DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-38677-3
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41644656
تاريخ النشر: 2026-02-05
المؤلف: Kimia Ramezani Moghadam وآخرون
الموضوع الرئيسي: الجسيمات النانوية: التركيب والتطبيقات
نظرة عامة
تقدم هذه الدراسة أول تخليق ناجح لجزيئات الذهب النانوية (NPs) باستخدام مستخلص الطحالب الحمراء، Gracilaria gracilis، مما يبرز نهجًا فعالًا من حيث التكلفة وصديقًا للبيئة. تم توصيف الجزيئات النانوية المُصنعة من خلال تقنيات تحليلية متنوعة، بما في ذلك المجهر الإلكتروني الناقل (TEM)، والمجهر الإلكتروني الماسح بالانبعاث الميداني (FESEM)، وتحليل الأشعة السينية المشتتة للطاقة (EDX)، وطيف الأشعة فوق البنفسجية والمرئية (UV-Vis)، وتفريق الأشعة السينية بالمسحوق (PXRD)، وطيف الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FTIR)، وتحليل الجهد زتا. أكدت النتائج تشكيل جزيئات نانوية كروية بحجم متوسط يبلغ 10.49 نانومتر وحجم بلوري يقارب 39.5 نانومتر، إلى جانب محتوى عالٍ من الذهب ووجود مركبات نشطة حيويًا على سطحها.
كما قامت الدراسة بتقييم النشاط المضاد للأكسدة لجزيئات الذهب النانوية المُصنعة حيويًا باستخدام اختبار DPPH، الذي أظهر تأثيرات سحب الجذور الحرة المعتمدة على الجرعة. من المهم أن تشير اختبارات السمية الخلوية إلى أن هذه الجزيئات النانوية لم تظهر سمية كبيرة تجاه خلايا الفيبروبلاست البشرية، مما يبرز توافقها الحيوي الممتاز. يكمن الجانب الابتكاري في هذا العمل في الدور المزدوج لـ Gracilaria gracilis كعامل مختزل ومستقر، مما يسهل إنتاج جزيئات ذهب نانوية أحادية التوزيع ومستقرة هيكليًا. بينما تعتبر النتائج واعدة للتطبيقات في الصناعات الطبية الحيوية والصيدلانية والغذائية، تعترف الدراسة بالقيود المتعلقة بالاختبارات في المختبر وتدعو إلى مزيد من التقييمات في الجسم الحي والدراسات الآلية لتقييم سلامة وفعالية هذه الجزيئات النانوية بشكل كامل.
الطرق
في هذه الدراسة، تم الحصول على قضيب ذهب عيار 24 قيراطًا من متجر بارس للذهب في مشهد، إيران، ليكون المادة الأساسية للتجارب. تشمل المواد الكيميائية المستخدمة حمض النيتريك (HNO₃)، وحمض الهيدروكلوريك (HCl)، وهيدروكسيد الصوديوم (NaOH)، وبولي فينيل بيروليدون (PVP)، وبوروهيدريد الصوديوم (NaBH₄)، جميعها تم الحصول عليها من ميرك، ألمانيا. بالإضافة إلى ذلك، تم توفير وسط DMEM-عالي الجلوكوز (DMEM-HG) من داسل، إيران، بينما تم الحصول على مكونات أساسية أخرى مثل بنسلين-ستربتومايسين (Pen-Strep)، ومصل جنين البقر (FBS)، ومحلول ملحي مخفف بالفوسفات (PBS)، وتربسين من دينازست، إيران. تم شراء قوارير الثقافة وأنابيب فالكون من SPL، كوريا، وتم الحصول على مسحوق MTT مع ثنائي ميثيل سلفوكسيد (DMSO) من بيتا سيل، إيران، مما يشير إلى اختيار شامل للمواد لإجراءات التجارب.
النتائج
تظهر نتائج الدراسة التخليق الناجح لجزيئات الذهب النانوية (AuNPs) من الطحالب الحمراء، كما يتضح من تحليل تفريق الأشعة السينية بالمسحوق (PXRD). كشف نمط PXRD عن قمم مميزة عند قيم 2θ تبلغ 38.5°، 44.5°، 64.6°، و77.5°، والتي تتوافق مع المستويات (111)، (200)، (220)، و(311) من الذهب المكعب المركز الوجهي (FCC)، مما يؤكد الطبيعة البلورية للجزيئات النانوية. كان حجم البلورات المتوسطة المحسوبة يقارب 39.5 نانومتر، مما يتماشى بشكل وثيق مع حجم الجسيمات الملحوظ في صور المجهر الإلكتروني الماسح بالانبعاث الميداني (FESEM) (10.49 نانومتر)، مما يشير إلى درجة عالية من البلورية تتماشى مع المعايير المعمول بها.
بالإضافة إلى ذلك، تم تقييم النشاط المضاد للأكسدة لجزيئات AuNPs المُصنعة حيويًا باستخدام اختبار الجذور الحرة DPPH، مما كشف عن خصائص قوية لسحب الجذور الحرة مقارنة بالهيدروكسي أنيسول المربوط (BHA). أظهر كفاءة السحب زيادة تعتمد على الجرعة، مما يشير إلى إمكانات مضادة للأكسدة كبيرة. تشمل الآليات الكامنة وراء هذا النشاط مسارات كسر السلسلة والمثبطات، حيث يمكن لجزيئات AuNPs إما التبرع بالإلكترونات للجذور الحرة أو تقليد نشاط الكاتالاز لتفكيك بيروكسيد الهيدروجين. تساهم الميزات الفريدة على النانو ومركبات السطح لجزيئات GG-AuNPs، المعززة بواسطة عوامل التغطية الطبيعية من Gracilaria gracilis، في قدراتها الفعالة المضادة للأكسدة، مما يجعلها مرشحة واعدة لمجموعة متنوعة من التطبيقات الصناعية والطبية الحيوية.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم تخليق جزيئات الذهب النانوية (AuNPs) باستخدام مستخلص *Gracilaria gracilis*، مما يظهر نهجًا فعالًا من حيث التكلفة وصديقًا للبيئة. شمل التخليق إعداد مستخلص الطحالب، يليه تقليل حمض الكلور الذهب لتشكيل AuNPs، والتي تم توصيفها من خلال تقنيات متنوعة بما في ذلك طيف الأشعة فوق البنفسجية والمرئية (UV-Vis)، وتفريق الأشعة السينية (XRD)، وطيف الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FTIR)، والمجهر الإلكتروني (FESEM وTEM). عرضت الجزيئات النانوية الناتجة حجمًا موحدًا يقارب 10.49 نانومتر وأظهرت نشاطًا ممتازًا مضادًا للأكسدة دون سمية كبيرة تجاه خلايا الفيبروبلاست البشرية، مما يشير إلى توافقها الحيوي.
تسلط النتائج الضوء على إمكانات *G. gracilis* كعامل مختزل ومستقر مزدوج في تخليق الجزيئات النانوية، مما يؤدي إلى جزيئات AuNPs أحادية التوزيع ومستقرة هيكليًا مع تطبيقات واعدة في الطب الحيوي والصيدلة. ومع ذلك، تعترف الدراسة بالقيود، مثل الاستخدام الحصري للاختبارات في المختبر، وتدعو إلى مزيد من البحث، بما في ذلك التقييمات في الجسم الحي وتقييمات الاستقرار على المدى الطويل، للتحقق بشكل شامل من سلامة وفعالية هذه الجزيئات النانوية المُصنعة حيويًا. بشكل عام، تسهم هذه الدراسة في المجال المتزايد للتخليق الأخضر للجزيئات النانوية، مما يبرز أنشطتها البيولوجية المتنوعة وإمكاناتها للتطبيقات المبتكرة في مختلف القطاعات.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-38677-3
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41644656
Publication Date: 2026-02-05
Author(s): Kimia Ramezani Moghadam et al.
Primary Topic: Nanoparticles: synthesis and applications
Overview
This research presents the first successful synthesis of gold nanoparticles (NPs) using the extract of red algae, Gracilaria gracilis, highlighting a cost-effective and eco-friendly approach. The synthesized NPs were characterized through various analytical techniques, including Transmission Electron Microscopy (TEM), Field Emission Scanning Electron Microscopy (FESEM), Energy Dispersive X-ray Analysis (EDX), UV-Vis spectroscopy, Powder X-ray Diffraction (PXRD), Fourier-transform Infrared Spectroscopy (FTIR), and Zeta-potential analysis. The results confirmed the formation of spherical nanoparticles with an average size of 10.49 nm and a crystalline size of approximately 39.5 nm, alongside a high gold content and the presence of bioactive compounds on their surface.
The study further evaluated the antioxidant activity of the biosynthesized gold NPs using the DPPH assay, which demonstrated dose-dependent radical scavenging effects. Importantly, cytotoxicity tests indicated that these nanoparticles exhibited no significant toxicity towards human fibroblast cells, underscoring their excellent biocompatibility. The innovative aspect of this work lies in the dual role of Gracilaria gracilis as both a reducing and stabilizing agent, facilitating the production of highly monodisperse and structurally stable gold nanoparticles. While the findings are promising for applications in biomedical, pharmaceutical, and food industries, the study acknowledges limitations related to in-vitro assays and calls for further in-vivo evaluations and mechanistic studies to fully assess the safety and efficacy of these nanoparticles.
Methods
In this study, a 24-karat gold bar was sourced from Parsis Gold Shop in Mashhad, Iran, serving as the primary material for the experiments. The chemical reagents utilized included nitric acid (HNO₃), hydrochloric acid (HCl), sodium hydroxide (NaOH), polyvinylpyrrolidone (PVP), and sodium borohydride (NaBH₄), all acquired from Merck, Germany. Additionally, DMEM-High Glucose (DMEM-HG) medium was supplied by Dacell, Iran, while other essential components such as Penicillin-Streptomycin (Pen-Strep), fetal bovine serum (FBS), phosphate-buffered saline (PBS), and trypsin were obtained from Denazist, Iran. Culture flasks and Falcon tubes were purchased from SPL, Korea, and MTT powder along with dimethyl sulfoxide (DMSO) were sourced from Betacell, Iran, indicating a comprehensive selection of materials for the experimental procedures.
Results
The results of the study demonstrate the successful biosynthesis of gold nanoparticles (AuNPs) from red algae, as evidenced by Powder X-ray diffraction (PXRD) analysis. The PXRD pattern revealed characteristic peaks at 2θ values of 38.5°, 44.5°, 64.6°, and 77.5°, corresponding to the (111), (200), (220), and (311) planes of face-centered cubic (FCC) gold, confirming the crystalline nature of the nanoparticles. The calculated average crystallite size was approximately 39.5 nm, which aligns closely with the particle size observed in Field Emission Scanning Electron Microscopy (FESEM) images (10.49 nm), indicating a high degree of crystallinity consistent with established standards.
Additionally, the antioxidant activity of the biosynthesized AuNPs was assessed using the DPPH radical assay, revealing strong free-radical scavenging properties comparable to butylated hydroxyanisole (BHA). The scavenging efficiency exhibited a dose-dependent increase, suggesting significant antioxidant potential. The mechanisms underlying this activity include chain-breaking and inhibitory pathways, where AuNPs can either donate electrons to free radicals or mimic catalase activity to decompose hydrogen peroxide. The unique nanoscale features and surface chemistry of the GG-AuNPs, enhanced by natural capping agents from Gracilaria gracilis, contribute to their effective antioxidant capabilities, positioning them as promising candidates for various industrial and biomedical applications.
Discussion
In this study, gold nanoparticles (AuNPs) were synthesized using the extract of *Gracilaria gracilis*, demonstrating a cost-effective and environmentally friendly approach. The synthesis involved preparing the algal extract, followed by the reduction of chloroauric acid to form AuNPs, characterized through various techniques including UV-Vis spectroscopy, X-ray diffraction (XRD), Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), and electron microscopy (FESEM and TEM). The resulting nanoparticles exhibited a uniform size of approximately 10.49 nm and displayed excellent antioxidant activity without significant cytotoxicity towards human fibroblast cells, indicating their biocompatibility.
The findings highlight the potential of *G. gracilis* as a dual reducing and stabilizing agent in nanoparticle synthesis, yielding highly monodisperse and structurally stable AuNPs with promising applications in biomedicine and pharmaceuticals. However, the study acknowledges limitations, such as the exclusive use of in vitro assays, and calls for further research, including in vivo evaluations and long-term stability assessments, to comprehensively validate the safety and efficacy of these biosynthesized nanoparticles. Overall, this research contributes to the growing field of green synthesis of nanoparticles, emphasizing their diverse biological activities and potential for innovative applications in various sectors.