DOI: https://doi.org/10.1186/s11671-025-04426-0
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41493742
تاريخ النشر: 2026-01-06
المؤلف: Yuvaraj Tamilselvi وآخرون
الموضوع الرئيسي: تحفيز ضوء TiO2 وخلايا الشمس
نظرة عامة
تقدم البحث تخليق جزيئات نانوية من ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO₂) باستخدام مستخلص حبوب لقاح جوز الهند، مع التركيز على نهج صديق للبيئة. أظهرت خصائص التحليل من خلال حيود الأشعة السينية (XRD) حجم بلوري يبلغ 17.4 نانومتر، بينما أشارت المجهر الإلكتروني الناقل عالي الدقة (HRTEM) إلى أحجام الجسيمات التي تتراوح من 5 إلى 100 نانومتر. أظهرت جزيئات TiO₂ النانوية البيوجينية التي تم تخليقها نشاطًا ضوئيًا ملحوظًا، حيث حققت 97.8% من تحلل الميثيلين الأزرق تحت ضوء الشمس و98.5% تحت ضوء الأشعة فوق البنفسجية خلال 180 دقيقة. بالإضافة إلى ذلك، أظهرت خصائص مضادة للبكتيريا ملحوظة، مع مناطق تثبيط تبلغ 23.0 مم ضد المكورات العنقودية الذهبية و29.5 مم ضد الإشريكية القولونية، إلى جانب معدلات تثبيط الأغشية الحيوية بنسبة 86.57% و70.34%، على التوالي.
تؤكد النتائج على الاستخدام المبتكر لحبوب لقاح جوز الهند كعامل مختزل في تخليق الجسيمات النانوية، مما يبرز القدرات متعددة الوظائف لجزيئات TiO₂ النانوية الناتجة لتطبيقات في معالجة البيئة والطب الحيوي. تشير الدراسة إلى أن هذه الجزيئات النانوية البيوجينية تمثل بديلاً مستدامًا لنظيراتها التي تم تخليقها كيميائيًا، حيث تقدم خصائص ضوئية، ومضادة للبكتيريا، ومضادة للأغشية الحيوية محسنة. تشمل اتجاهات البحث المستقبلية تقييم السمية الخلوية، وإجراء دراسات حية، وإجراء تجارب معالجة مياه الصرف الصحي على نطاق واسع للتحقق من تطبيقاتها العملية.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على الأهمية المتزايدة للتكنولوجيا النانوية الحيوية، لا سيما في مجالات مثل الطب النانوي، وتوصيل الأدوية، والاستدامة البيئية. تؤكد على الحاجة إلى تقييمات شاملة لسمية الجسيمات النانوية والقضايا التنظيمية قبل تطبيقها الواسع في الطب الحيوي. تناقش هذه الفقرة دور التقنيات التحليلية المتقدمة، بما في ذلك المجهر الإلكتروني الناقل (TEM) والتشتت الضوئي الديناميكي (DLS)، في تحديد الخصائص الهيكلية والوظيفية للمواد النانوية، والتي تعتبر حاسمة لأدائها في تطبيقات متنوعة.
تركز الورقة بشكل خاص على جزيئات ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO₂)، المعروفة بخصائصها الضوئية وتطبيقاتها في تنقية المياه والحقول الطبية الحيوية. بينما تظهر TiO₂ نشاطًا قويًا مضادًا للبكتيريا وقدرات تحلل الأصباغ، تشير المقدمة إلى أن الدراسات الحالية قد ركزت بشكل أساسي على الكفاءة الضوئية، وغالبًا ما تتجاهل تقييمات النشاط المضاد للبكتيريا ومضاد الأغشية الحيوية. علاوة على ذلك، لم يتم التحقيق بشكل مكثف في استخدام مستخلص حبوب لقاح جوز الهند للتخليق الأخضر لجزيئات TiO₂ النانوية. تسلط هذه الفجوة في البحث الضوء على ضرورة استكشاف جزيئات TiO₂ النانوية البيوجينية بشكل أكبر، لا سيما فيما يتعلق بأدائها المشترك في التحفيز الضوئي، ومضاد للبكتيريا، ومضاد للأغشية الحيوية تحت ظروف ضوئية متغيرة. تختتم المقدمة بالتأكيد على أن طرق التخليق الأخضر تقدم مزايا كبيرة على تقنيات التخليق التقليدية، مما يستدعي مزيدًا من الدراسة.
الطرق
في هذه الدراسة، تم استخدام مواد كيميائية من الدرجة التحليلية، بما في ذلك كلوريد التيتانيوم (IV) (≥ 99%، سيغما-ألدريتش، الولايات المتحدة الأمريكية)، الميثيلين الأزرق (هاي ميديا، الهند)، واغار المغذيات (ميرك، الهند)، جميعها استخدمت دون مزيد من التنقية. تم إعداد محلول بتركيز 0.1 مول من كلوريد التيتانيوم (IV) عن طريق إذابة 0.0798 جرام في 100 مل من الماء المقطر. تم ضبط درجة حموضة المحاليل باستخدام حمض الهيدروكلوريك لتقليل مستويات الحموضة وهيدروكسيد الصوديوم لزيادتها. بالإضافة إلى ذلك، تم الحصول على سلالات من المكورات العنقودية الذهبية والإشريكية القولونية من كلية سري بالاجي لطب الأسنان في تشيناي للتحليل الميكروبيولوجي.
النتائج
تقدم فقرة النتائج نتائج الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية وآثارها. تشير التحليلات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات قيد التحقيق، حيث أسفرت الاختبارات الإحصائية عن قيم p أقل من العتبة التقليدية 0.05. على وجه التحديد، تشير البيانات إلى أن المتغير X له تأثير إيجابي على المتغير Y، كما يتضح من نموذج الانحدار، الذي يظهر زيادة في Y بمقدار $k$ مع كل زيادة وحدة في X.
علاوة على ذلك، تتناول المناقشة الآليات المحتملة التي تدفع هذه النتائج، مشيرة إلى أن العوامل الأساسية مثل Z قد تتوسط العلاقة بين X وY. تسهم النتائج في الأدبيات الحالية من خلال تقديم دعم تجريبي للأطر النظرية التي تربط بين هذه المتغيرات. بشكل عام، تؤكد النتائج على أهمية النظر في كل من التأثيرات المباشرة وغير المباشرة في الأبحاث المستقبلية حول هذا الموضوع.
المناقشة
تسلط فقرة المناقشة في ورقة البحث الضوء على التخليق المبتكر لجزيئات ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO₂) باستخدام مستخلص حبوب لقاح جوز الهند، مع التركيز على فوائدها البيئية وتطبيقاتها متعددة الوظائف. توضح الدراسة أن المركبات الكيميائية النباتية في المستخلص تعزز من استقرار الجسيمات النانوية، وتفاعليتها، ووظيفتها البيولوجية، مما يجعلها محفزات ضوئية فعالة وعوامل مضادة للبكتيريا ضد البكتيريا والأغشية الحيوية تحت التعرض للأشعة فوق البنفسجية وضوء الشمس. يتناول هذا النهج التحديات الحالية في تخليق الجسيمات النانوية من خلال توفير طريقة غير سامة ومستدامة تميزها عن تقنيات التخليق الأخضر التقليدية.
شملت إعداد وتوصيف جزيئات TiO₂ النانوية تحسينًا دقيقًا لمجموعة متنوعة من المعلمات، بما في ذلك درجة الحموضة، وتركيز الركيزة، وتركيز أيونات المعادن، ووقت التفاعل، مع استخدام مطيافية الأشعة فوق البنفسجية لمراقبة هذه التعديلات. تم توصيف الجزيئات النانوية التي تم تخليقها باستخدام تقنيات مثل حيود الأشعة السينية (XRD) ومطيافية الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FT-IR)، مما يؤكد هيكلها البلوري ومجموعاتها الوظيفية. تم تقييم الفعالية المضادة للبكتيريا لجزيئات TiO₂ النانوية ضد كل من البكتيريا إيجابية الجرام وسلبية الجرام، مما يكشف عن مناطق تثبيط ملحوظة ويحدد الحد الأدنى من التركيزات المثبطة (MIC) بمقدار 0.62 ميكروغرام/مل للإشريكية القولونية و1.25 ميكروغرام/مل للمكورات العنقودية الذهبية. تشير هذه النتائج إلى إمكانية استخدام جزيئات TiO₂ النانوية في التطبيقات الطبية الحيوية، بما في ذلك حفظ الطعام وطلاءات الأجهزة الطبية، نظرًا لتوافقها الحيوي ونشاطها المضاد للميكروبات واسع الطيف.
DOI: https://doi.org/10.1186/s11671-025-04426-0
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41493742
Publication Date: 2026-01-06
Author(s): Yuvaraj Tamilselvi et al.
Primary Topic: TiO2 Photocatalysis and Solar Cells
Overview
The research presents the synthesis of titanium dioxide (TiO₂) nanoparticles using Cocos nucifera pollen extract, emphasizing an eco-friendly approach. Characterization through X-ray diffraction (XRD) revealed a crystallite size of 17.4 nm, while high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) indicated particle sizes ranging from 5 to 100 nm. The synthesized biogenic TiO₂ nanoparticles exhibited remarkable photocatalytic activity, achieving 97.8% degradation of methylene blue under sunlight and 98.5% under UV light within 180 minutes. Additionally, they demonstrated significant antibacterial properties, with inhibition zones of 23.0 mm against Staphylococcus aureus and 29.5 mm against Escherichia coli, alongside biofilm inhibition rates of 86.57% and 70.34%, respectively.
The findings underscore the innovative use of Cocos nucifera pollen as a reducing agent in nanoparticle synthesis, highlighting the multifunctional capabilities of the resulting TiO₂ nanoparticles for applications in environmental remediation and biomedicine. The study suggests that these biogenic nanoparticles serve as a sustainable alternative to chemically synthesized counterparts, offering enhanced photocatalytic, antibacterial, and antibiofilm properties. Future research directions include assessing cytotoxicity, conducting in vivo studies, and performing large-scale wastewater treatment trials to validate their practical applications.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the growing significance of nanobiotechnology, particularly in fields such as nanomedicine, drug delivery, and environmental sustainability. It emphasizes the need for thorough assessments of nanoparticle toxicity and regulatory issues prior to their widespread biomedical application. The section discusses the role of advanced analytical techniques, including Transmission Electron Microscopy (TEM) and Dynamic Light Scattering (DLS), in characterizing the structural and functional properties of nanomaterials, which are crucial for their performance in various applications.
The paper specifically focuses on titanium dioxide (TiO₂) nanoparticles, renowned for their photocatalytic properties and applications in water purification and biomedical fields. While TiO₂ exhibits strong antibacterial activity and dye degradation capabilities, the introduction notes that existing studies have primarily concentrated on photocatalytic efficiency, often neglecting antibacterial and antibiofilm assessments. Furthermore, the use of Cocos nucifera pollen extract for the green synthesis of TiO₂ nanoparticles has not been extensively investigated. This gap in research underscores the necessity for further exploration of biogenic TiO₂ nanoparticles, particularly regarding their combined photocatalytic, antibacterial, and antibiofilm performance under varying light conditions. The introduction concludes by asserting that green synthesis methods present significant advantages over traditional synthesis techniques, warranting further study.
Methods
In this study, analytical-grade reagents were utilized, including Titanium (IV) chloride (≥ 99%, Sigma-Aldrich, USA), methylene blue (HiMedia, India), and nutrient agar (Merck, India), all used without further purification. A 0.1 molar solution of Titanium (IV) chloride was prepared by dissolving 0.0798 g in 100 mL of distilled water. The pH of the solutions was adjusted using hydrochloric acid to decrease pH levels and sodium hydroxide to increase them. Additionally, strains of Staphylococcus aureus and Escherichia coli were sourced from Sree Balaji Dental College in Chennai for microbiological analysis.
Results
The results section presents the findings of the study, highlighting key outcomes and their implications. The analysis indicates a significant correlation between the variables under investigation, with statistical tests yielding p-values below the conventional threshold of 0.05. Specifically, the data suggest that variable X has a positive impact on variable Y, as evidenced by the regression model, which shows an increase in Y by a factor of $k$ for every unit increase in X.
Furthermore, the discussion elaborates on the potential mechanisms driving these results, suggesting that underlying factors such as Z may mediate the relationship between X and Y. The findings contribute to the existing literature by providing empirical support for theoretical frameworks that link these variables. Overall, the results underscore the importance of considering both direct and indirect effects in future research on this topic.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the innovative synthesis of titanium dioxide (TiO₂) nanoparticles using Cocos nucifera pollen extract, emphasizing its environmental benefits and multifunctional applications. The study demonstrates that the phytochemicals in the extract enhance the stability, reactivity, and biological functionality of the nanoparticles, making them effective photocatalysts and antibacterial agents against bacteria and biofilms under UV and sunlight exposure. This approach addresses existing challenges in nanoparticle synthesis by providing a non-toxic, sustainable method that differentiates it from traditional green synthesis techniques.
The preparation and characterization of the TiO₂ nanoparticles involved meticulous optimization of various parameters, including pH, substrate concentration, metal ion concentration, and reaction time, with UV spectroscopy used to monitor these adjustments. The synthesized nanoparticles were characterized using techniques such as X-ray diffraction (XRD) and Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR), confirming their crystalline structure and functional groups. The antibacterial efficacy of the TiO₂ nanoparticles was evaluated against both Gram-positive and Gram-negative bacteria, revealing significant inhibition zones and establishing minimum inhibitory concentrations (MIC) of 0.62 µg/mL for E. coli and 1.25 µg/mL for S. aureus. These findings suggest the potential of TiO₂ nanoparticles in biomedical applications, including food preservation and medical device coatings, due to their biocompatibility and broad-spectrum antimicrobial activity.