DOI: https://doi.org/10.1038/s40494-025-01868-8
تاريخ النشر: 2025-09-15
المؤلف: Salwa M. Mahmoud وآخرون
الموضوع الرئيسي: تحليل مواد التراث الثقافي
نظرة عامة
تقدم هذه الدراسة تطبيقًا جديدًا للمركبات النشطة بيولوجيًا—جيرانيول، β-لينالول، وأسيتات ليناليل—كعوامل مضادة للأكسدة ومضادة للفطريات ضد تدهور الأشعة فوق البنفسجية وسلالات فطرية معينة، *Aspergillus fumigatus* (AUMC16601) و*Aspergillus terreus* (AUMC16602). تهدف الأبحاث إلى تعزيز العلاج والحماية طويلة الأمد للمخطوطات الورقية من التدهور، والعدوى الفطرية، وتغيرات اللون، وآثار الشيخوخة الناتجة عن الأشعة فوق البنفسجية.
تم تقييم فعالية هذه المركبات بتركيزات متفاوتة (50-4000 μL/mL) باستخدام طريقة الكمادات. تم استخدام مجموعة شاملة من التقنيات التحليلية، بما في ذلك اختبارات انتشار الأقراص، المجهر الإلكتروني الماسح مع مطيافية الأشعة السينية المشتتة للطاقة (SEM-EDX)، المجهر الإلكتروني الناقل (TEM)، المجهر الضوئي الذري (AFM)، تحليل الجهد الزتاوي، قياسات تشتت الحجم، تقييمات تغير اللون، حيود الأشعة السينية (XRD)، ومطيافية الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FTIR)، لتحديد التركيز الأمثل والتحقق من فعالية المركبات في الحفاظ على المخطوطات الورقية التي تحتوي على حبر الجالي.
الطرق
يستعرض قسم “الطرق” الإجراءات التجريبية والتحليلية المستخدمة في الدراسة. يوضح اختيار المشاركين، وتصميم التجارب، والتقنيات المحددة المستخدمة لجمع البيانات وتحليلها. استخدم الباحثون مزيجًا من الطرق الكمية والنوعية لضمان فهم شامل للظواهر قيد التحقيق.
تم إجراء التحليلات الإحصائية باستخدام برامج مناسبة، مع تحديد مستويات الدلالة عند p < 0.05. كما شملت المنهجية تدابير تحكم لتقليل التحيز وتعزيز موثوقية النتائج. بالإضافة إلى ذلك، يصف القسم النماذج الرياضية المطبقة لتفسير البيانات، مما يضمن أن النتائج قوية وقابلة للتكرار. بشكل عام، كانت الطرق المستخدمة مصممة بدقة لمعالجة أسئلة البحث بفعالية.
النتائج
قيمت الدراسة الأنشطة المضادة للفطريات للمونوتيربينات β-لينالول، أسيتات ليناليل، وجيرانيول ضد *Aspergillus fumigatus* و*Aspergillus terreus* باستخدام اختبار انتشار الأقراص. أشارت النتائج إلى أن β-لينالول لم يظهر أي تثبيط ضد *A. fumigatus* عند تركيزات 50 و100 μL/mL، ولكنه أظهر تثبيطًا كبيرًا يتراوح من 12.74% إلى 24.44% عند تركيزات أعلى (200 إلى 1000 μL/mL). ومن الجدير بالذكر أنه حقق تثبيطًا كاملاً (100%) عند تركيزات 2000 و4000 μL/mL ضد *A. terreus*، مع زيادة معدلات التثبيط من 8.33% إلى 51.28% مع ارتفاع التركيز.
أظهر أسيتات ليناليل معدل تثبيط معتدل قدره 5.37% عند 200 μL/mL ضد *A. fumigatus*، والذي زاد إلى 54.96% عند 2000 μL/mL و66.52% عند 4000 μL/mL. ضد *A. terreus*، ارتفع معدل التثبيط بشكل كبير من 7.03% إلى 83.48% مع زيادة التركيز من 50 إلى 4000 μL/mL. كان جيرانيول هو المركب الأكثر فعالية، حيث حقق معدل تثبيط قدره 37.70% عند 50 μL/mL ووصل إلى 100% تثبيط عند 600 μL/mL لكلا النوعين الفطريين. تم تحديد قيم IC50 للمركبات على أنها 1138.5 μL/mL لأسيتات ليناليل، 996.5 μL/mL لβ-لينالول، و136.7 μL/mL لجيرانيول، مما يبرز قوة جيرانيول المضادة للفطريات المتفوقة.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم التحقيق في تدهور الورق بحبر الجالي، مع التركيز على فعالية المونوتيربينات—تحديدًا β-لينالول، جيرانيول، وأسيتات ليناليل—كعوامل مضادة للفطريات ومضادة للأكسدة. خضعت عينات الورق لعمليات شيخوخة صناعية، تحاكي حوالي 50 عامًا من الشيخوخة الطبيعية، تلتها معالجة بالمونوتيربينات. أشارت النتائج إلى أن جيرانيول أظهر أكبر نشاط مضاد للفطريات، حيث قام بتثبيط نمو *Aspergillus terreus* و*Aspergillus fumigatus* بتركيز 136.7 μL/mL، بينما حافظ أيضًا على سلامة عينات الورق. كشفت تحليلات المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) ومطيافية الأشعة السينية المشتتة للطاقة (EDX) أن معالجة جيرانيول حافظت على محتوى الحديد والكبريت في الحبر، مما يتناقض مع التدهور الملحوظ في العينات غير المعالجة.
بالإضافة إلى ذلك، أظهر المجهر الضوئي الذري (AFM) أن معالجة جيرانيول أدت إلى سطح أكثر سلاسة للورق، مما يشير إلى تقليل الخشونة مقارنة بالعينات غير المعالجة التي تعرضت للشيخوخة. أظهر تحليل حيود الأشعة السينية (XRD) أن درجة بلورية السليلوز كانت محفوظة بشكل أفضل في العينات المعالجة بجيرانيول، مما يبرز دوره في التخفيف من آثار التدهور الأكسيدي. بشكل عام، تشير النتائج إلى أن جيرانيول هو مركب نشط بيولوجيًا واعد للحفاظ على القطع الورقية، حيث يقدم خصائص مضادة للفطريات ومضادة للأكسدة بينما يعزز من طول عمر ومظهر حبر الجالي. تضع هذه الأبحاث الأساس لاستكشاف المزيد من المركبات النشطة بيولوجيًا في الحفاظ على الورق التراثي.
DOI: https://doi.org/10.1038/s40494-025-01868-8
Publication Date: 2025-09-15
Author(s): Salwa M. Mahmoud et al.
Primary Topic: Cultural Heritage Materials Analysis
Overview
This study introduces a novel application of bioactive compounds—geraniol, β-linalool, and linalyl acetate—as antioxidants and antifungal agents against UV degradation and specific fungal strains, Aspergillus fumigatus (AUMC16601) and Aspergillus terreus (AUMC16602). The research aims to enhance the treatment and long-term protection of paper manuscripts from deterioration, fungal infestations, color alterations, and UV aging effects.
The efficacy of these compounds was evaluated at varying concentrations (50-4000 μL/mL) using the poultice method. A comprehensive set of analytical techniques, including disc diffusion assays, scanning electron microscopy with energy-dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDX), transmission electron microscopy (TEM), atomic force microscopy (AFM), zeta potential analysis, size dispersion measurements, color change assessments, X-ray diffraction (XRD), and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), were employed to determine the optimal concentration and to validate the compounds’ effectiveness in the conservation of paper manuscripts containing iron gall ink.
Methods
The “Methods” section outlines the experimental and analytical procedures employed in the study. It details the selection of participants, the design of the experiments, and the specific techniques used for data collection and analysis. The researchers utilized a combination of quantitative and qualitative methods to ensure a comprehensive understanding of the phenomena under investigation.
Statistical analyses were performed using appropriate software, with significance levels set at p < 0.05. The methodology also included control measures to minimize bias and enhance the reliability of the results. Additionally, the section describes the mathematical models applied to interpret the data, ensuring that the findings are robust and reproducible. Overall, the methods employed were rigorously designed to address the research questions effectively.
Results
The study evaluated the antifungal activities of the monoterpenoids β-Linalool, linalyl acetate, and geraniol against *Aspergillus fumigatus* and *Aspergillus terreus* using the disc diffusion assay. The results indicated that β-Linalool exhibited no inhibition against *A. fumigatus* at concentrations of 50 and 100 μL/mL, but showed significant inhibition ranging from 12.74% to 24.44% at higher concentrations (200 to 1000 μL/mL). Notably, it achieved complete inhibition (100%) at concentrations of 2000 and 4000 μL/mL against *A. terreus*, with inhibition rates increasing from 8.33% to 51.28% as the concentration rose.
Linalyl acetate demonstrated a modest inhibition rate of 5.37% at 200 μL/mL against *A. fumigatus*, which increased to 54.96% at 2000 μL/mL and 66.52% at 4000 μL/mL. Against *A. terreus*, the inhibition rate rose significantly from 7.03% to 83.48% as the concentration increased from 50 to 4000 μL/mL. Geraniol was the most effective compound, achieving an inhibition rate of 37.70% at 50 μL/mL and reaching 100% inhibition at 600 μL/mL for both fungal species. The IC50 values for the compounds were determined as 1138.5 μL/mL for linalyl acetate, 996.5 μL/mL for β-Linalool, and 136.7 μL/mL for geraniol, highlighting geraniol’s superior antifungal potency.
Discussion
In this study, the degradation of paper with iron gall ink was investigated, focusing on the efficacy of monoterpenes—specifically β-linalool, geraniol, and linalyl acetate—as antifungal and antioxidant agents. The paper samples underwent artificial aging processes, simulating approximately 50 years of natural aging, followed by treatment with the monoterpenes. The results indicated that geraniol exhibited the most significant antifungal activity, effectively inhibiting the growth of *Aspergillus terreus* and *Aspergillus fumigatus* at a concentration of 136.7 μL/mL, while also preserving the integrity of the paper samples. Scanning electron microscopy (SEM) and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX) analyses revealed that geraniol treatment maintained the iron and sulfur content of the ink, contrasting with the degradation observed in untreated samples.
Additionally, atomic force microscopy (AFM) demonstrated that geraniol treatment resulted in a smoother surface profile of the paper, indicating reduced roughness compared to aged untreated samples. X-ray diffraction (XRD) analysis showed that the degree of cellulose crystallinity was better preserved in geraniol-treated samples, highlighting its role in mitigating the effects of oxidative degradation. Overall, the findings suggest that geraniol is a promising bioactive compound for the conservation of paper artifacts, offering both antifungal and antioxidant properties while enhancing the longevity and appearance of iron gall ink. This research lays the groundwork for further exploration of bioactive compounds in heritage paper conservation.