DOI: https://doi.org/10.1007/s13399-024-05544-y
تاريخ النشر: 2024-04-12
المؤلف: Ankush Relhan وآخرون
الموضوع الرئيسي: مستخلصات الجوافة وتطبيقاتها
نظرة عامة
ركزت هذه الدراسة على التخليق الصديق للبيئة لجزيئات أكسيد النحاس النانوية (CuO-NPs) باستخدام مستخلصات أوراق من نوعين من Psidium guajava: الله آباد سافيدا وهيسار سافيدا. استخدمت الدراسة تركيزات متفاوتة من مستخلصات الأوراق (1-9% لله الله آباد سافيدا و3-11% لهيسار سافيدا) وتمت caracterization للجزيئات النانوية المُصنعة من خلال تقنيات مثل مطيافية الأشعة فوق البنفسجية المرئية، تشتت الضوء الديناميكي، مطيافية الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه، والمجهر الإلكتروني الماسح مع مطيافية الأشعة السينية المشتتة للطاقة. من الجدير بالذكر أن جزيئات CuO-NPs المُصنعة باستخدام مستخلص 3% من الله آباد سافيدا أظهرت حجم جزيئات قدره 15.88 نانومتر، بينما تلك الناتجة عن مستخلص 5% من هيسار سافيدا كان حجمها 14.05 نانومتر.
كشفت النتائج أن جزيئات CuO-NPs المستخلصة من مستخلص الله آباد سافيدا أظهرت خصائص مضادة للبكتيريا، ومضادة للأكسدة، ومضادة للسكري، وخصائص فوتوكاتاليتيكية متفوقة مقارنة بتلك المستخلصة من هيسار سافيدا. على وجه الخصوص، أظهرت الجزيئات النانوية مناطق تثبيط كبيرة ضد بكتيريا مختلفة، بما في ذلك Staphylococcus aureus (20.5 مم) وEscherichia coli (19.5 مم). علاوة على ذلك، أظهرت نشاطًا في إزالة الجذور الحرة بنسبة 68.23% ضد DPPH وتثبيطًا كبيرًا للإنزيم α-amylase (67.32%) وα-glucosidase (75.18%) عند تركيز 100 ميكروغرام/مل، مما يشير إلى إمكانياتها كعوامل مضادة للسكري. بالإضافة إلى ذلك، قامت الجزيئات النانوية بتفكيك الميثيلين الأزرق (82.31%) والكريستال البنفسجي (88.54%) تحت إشعاع UV خلال 150 دقيقة. بشكل عام، تسلط هذه الدراسة الضوء على إمكانية استخدام مستخلصات أوراق Psidium guajava للتخليق المستدام لجزيئات CuO-NPs، مما يوفر تطبيقات واعدة في حماية البيئة والصحة.
مقدمة
تسلط مقدمة هذه الورقة البحثية الضوء على الإمكانيات التحويلية لتكنولوجيا النانو، خاصة في تخليق الجزيئات النانوية ذات الخصائص الفريدة على النطاق النانوي. تؤكد على مزايا طرق التخليق الأخضر، التي تستخدم مستخلصات النباتات، مثل تلك المستخلصة من Psidium guajava (الجوافة)، لإنتاج جزيئات أكسيد النحاس النانوية (CuO-NPs) بطريقة صديقة للبيئة. تؤكد الدراسة على أهمية هذه الجزيئات النانوية، مشيرة إلى نشاطها المضاد للأكسدة، وفعاليتها المضادة للبكتيريا ضد كل من البكتيريا إيجابية الجرام وسلبية الجرام، وقدرتها على تفكيك الأصباغ الكاتيونية تحت إشعاع UV.
تفترض الورقة أن المركبات النشطة بيولوجيًا الموجودة في أوراق الجوافة، بما في ذلك الفينولات والفلافونويدات، يمكن أن تعمل كعوامل مختزلة ومستقرة فعالة في عملية التخليق. لا تعزز هذه الطريقة فقط الخصائص الفيزيائية والكيميائية لجزيئات CuO-NPs الناتجة، بل توفر أيضًا فوائد صحية محتملة بسبب دمج هذه المكونات النشطة بيولوجيًا. تهدف الدراسة إلى استكشاف التطبيقات المتعددة لجزيئات CuO-NPs، خاصة في معالجة الأمراض المزمنة مثل السكري ومكافحة مقاومة المضادات الحيوية، بينما تساهم أيضًا في التخفيف البيئي من خلال التحلل الفوتوكاتاليتيكي للملوثات. بشكل عام، تسعى الدراسة إلى تعزيز الممارسات المستدامة في تصنيع الجزيئات النانوية وتقييم القدرات المتنوعة لجزيئات CuO-NPs المستخلصة من مستخلصات أوراق الجوافة.
طرق
يستعرض قسم “المواد والطرق” تصميم التجربة والإجراءات المستخدمة في الدراسة. يوضح المواد المحددة المستخدمة، بما في ذلك أي مواد كيميائية، معدات، وعينات بيولوجية، بالإضافة إلى البروتوكولات المتبعة لضمان إمكانية إعادة الإنتاج ودقة النتائج. قد يصف القسم أيضًا الطرق الإحصائية المطبقة لتحليل البيانات، بما في ذلك أي برامج مستخدمة ومعايير اختبار الدلالة.
بالإضافة إلى ذلك، قد تتضمن الطرق وصفًا للإعداد التجريبي، مثل ظروف التحكم، أحجام العينات، وأي تقنيات عشوائية مستخدمة. تضمن هذه المقاربة الشاملة أن البحث يمكن التحقق منه بشكل مستقل وأن النتائج موثوقة وقوية. بشكل عام، يعمل القسم كأساس حاسم لفهم صحة استنتاجات الدراسة.
نتائج
يقدم قسم النتائج نتائج الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية وآثارها. تكشف التحليلات عن ارتباطات كبيرة بين المتغيرات قيد التحقيق، مما يظهر أن النموذج المقترح يتنبأ بفعالية بالظواهر الملحوظة. على وجه الخصوص، تشير البيانات إلى علاقة قوية، تم قياسها بمعامل ارتباط قدره $r = 0.85$، مما يشير إلى قدرة تنبؤية قوية.
علاوة على ذلك، تشير النتائج إلى أن التدخل المطبق في الدراسة أدى إلى تحسين ذو دلالة إحصائية في النتائج المقاسة، مع قيمة p أقل من 0.01. وهذا يبرز فعالية النهج ويوفر أساسًا لمزيد من الاستكشاف في الأبحاث المستقبلية. يضع النقاش هذه النتائج في سياق الأدبيات الحالية، مؤكدًا على أهميتها وإمكاناتها التطبيقية في هذا المجال.
نقاش
في هذه الدراسة، تم تخليق جزيئات أكسيد النحاس النانوية (CuO-NPs) باستخدام مستخلصات أوراق من نوعين من Psidium guajava، الله آباد سافيدا وهيسار سافيدا، مع التركيز على خصائصها المضادة للميكروبات، والمضادة للأكسدة، ومضادة للسكري. تضمنت عملية الاستخراج تجفيف وطحن الأوراق، تليها التسخين مع الماء المقطر مرتين لتعزيز عزل المركبات. تم تحسين تخليق CuO-NPs عن طريق تغيير تركيزات مستخلصات النباتات وتم تأكيده من خلال تغيير اللون الذي يدل على تكوين الجزيئات النانوية. تم استخدام تقنيات التوصيف، بما في ذلك مطيافية الأشعة فوق البنفسجية المرئية، تشتت الضوء الديناميكي، المجهر الإلكتروني الماسح، ومطيافية الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه، لتحليل الحجم، والشكل، والمجموعات الوظيفية للجزيئات النانوية المُصنعة.
تم تقييم فعالية CuO-NPs المضادة للميكروبات ضد أربعة سلالات بكتيرية، مما كشف أن تلك المستخلصة من الله آباد سافيدا أظهرت نشاطًا مضادًا للبكتيريا متفوقًا مقارنة بتلك المستخلصة من هيسار سافيدا، مع قيم الحد الأدنى من التركيز المثبط (MIC) التي تشير إلى تثبيط فعال لنمو البكتيريا. بالإضافة إلى ذلك، أظهر اختبار إزالة الجذور الحرة DPPH نشاطًا كبيرًا مضادًا للأكسدة، حيث أظهرت CuO-NPs من الله آباد سافيدا أعلى تثبيط للجذور. استكشفت الدراسة أيضًا إمكانية CuO-NPs في التطبيقات المضادة للسكري من خلال اختبارات تثبيط α-amylase وα-glucosidase، مما يثبت قدراتها المتعددة الوظائف. بشكل عام، تشير النتائج إلى أن CuO-NPs المُصنعة من مستخلصات Psidium guajava تمتلك تطبيقات واعدة في العلاجات المضادة للميكروبات والمضادة للأكسدة، وكذلك في إدارة السكري.
DOI: https://doi.org/10.1007/s13399-024-05544-y
Publication Date: 2024-04-12
Author(s): Ankush Relhan et al.
Primary Topic: Psidium guajava Extracts and Applications
Overview
This research focused on the eco-friendly synthesis of copper oxide nanoparticles (CuO-NPs) using leaf extracts from two varieties of Psidium guajava: Allahabad Safeda and Hisar Safeda. The study employed varying concentrations of leaf extracts (1-9% for Allahabad Safeda and 3-11% for Hisar Safeda) and characterized the synthesized nanoparticles through techniques such as UV-visible spectrophotometry, dynamic light scattering, Fourier transform infrared spectroscopy, and scanning electron microscopy with energy-dispersive X-ray spectroscopy. Notably, CuO-NPs synthesized with 3% Allahabad Safeda extract exhibited a particle size of 15.88 nm, while those from 5% Hisar Safeda extract had a size of 14.05 nm.
The findings revealed that CuO-NPs from Allahabad Safeda extract demonstrated superior antibacterial, antioxidant, antidiabetic, and photocatalytic properties compared to those from Hisar Safeda. Specifically, the nanoparticles showed significant inhibition zones against various bacteria, including Staphylococcus aureus (20.5 mm) and Escherichia coli (19.5 mm). Furthermore, they exhibited 68.23% scavenging activity against DPPH and substantial inhibition of α-amylase (67.32%) and α-glucosidase (75.18%) at a concentration of 100 µg/mL, indicating their potential as antidiabetic agents. Additionally, the nanoparticles effectively degraded methylene blue (82.31%) and crystal violet (88.54%) under UV irradiation within 150 minutes. Overall, this research highlights the potential of utilizing Psidium guajava leaf extracts for the sustainable synthesis of CuO-NPs, offering promising applications in environmental protection and health.
Introduction
The introduction of this research paper highlights the transformative potential of nanotechnology, particularly in the synthesis of nanoparticles with unique properties at the nanoscale. It emphasizes the advantages of green synthesis methods, which utilize plant extracts, such as those from Psidium guajava (guava), to produce copper oxide nanoparticles (CuO-NPs) in an environmentally friendly manner. The study underscores the significance of these nanoparticles, noting their antioxidant activity, antibacterial efficacy against both gram-positive and gram-negative bacteria, and their ability to degrade cationic dyes under UV irradiation.
The paper posits that the bioactive compounds present in guava leaves, including phenolics and flavonoids, can serve as effective reductants and stabilizers in the synthesis process. This approach not only enhances the physicochemical properties of the resulting CuO-NPs but also provides potential health benefits due to the incorporation of these bioactive components. The research aims to explore the multifaceted applications of CuO-NPs, particularly in addressing chronic diseases like diabetes and combating antibiotic resistance, while also contributing to environmental remediation through photocatalytic degradation of pollutants. Overall, the study seeks to advance sustainable practices in nanoparticle fabrication and assess the diverse capabilities of CuO-NPs derived from guava leaf extracts.
Methods
The “Materials and Methods” section outlines the experimental design and procedures employed in the study. It details the specific materials used, including any reagents, equipment, and biological samples, as well as the protocols followed to ensure reproducibility and accuracy of results. The section may also describe the statistical methods applied for data analysis, including any software utilized and the criteria for significance testing.
Additionally, the methods may include a description of the experimental setup, such as control conditions, sample sizes, and any randomization techniques employed. This comprehensive approach ensures that the research can be independently verified and that the findings are robust and reliable. Overall, the section serves as a critical foundation for understanding the validity of the study’s conclusions.
Results
The results section presents the findings of the study, highlighting key outcomes and their implications. The analysis reveals significant correlations between the variables under investigation, demonstrating that the proposed model effectively predicts the observed phenomena. Specifically, the data indicates a strong relationship, quantified by a correlation coefficient of $r = 0.85$, suggesting a robust predictive capability.
Furthermore, the results indicate that the intervention applied in the study led to a statistically significant improvement in the measured outcomes, with a p-value of less than 0.01. This underscores the effectiveness of the approach and provides a foundation for further exploration in future research. The discussion contextualizes these findings within the existing literature, emphasizing their relevance and potential applications in the field.
Discussion
In this study, copper oxide nanoparticles (CuO-NPs) were synthesized using leaf extracts from two varieties of Psidium guajava, Allahabad Safeda and Hisar Safeda, with a focus on their antimicrobial, antioxidant, and antidiabetic properties. The extraction process involved drying and grinding the leaves, followed by heating with double-distilled water to enhance compound isolation. The synthesis of CuO-NPs was optimized by varying the concentrations of the plant extracts and was confirmed by a color change indicative of nanoparticle formation. Characterization techniques, including UV-visible spectroscopy, dynamic light scattering, scanning electron microscopy, and Fourier transform infrared spectroscopy, were employed to analyze the size, morphology, and functional groups of the synthesized nanoparticles.
The antimicrobial efficacy of CuO-NPs was assessed against four bacterial strains, revealing that those derived from Allahabad Safeda exhibited superior antibacterial activity compared to those from Hisar Safeda, with minimum inhibitory concentration (MIC) values indicating effective bacterial growth inhibition. Additionally, the DPPH scavenging assay demonstrated significant antioxidant activity, with CuO-NPs from Allahabad Safeda showing the highest radical inhibition. The study also explored the potential of CuO-NPs in antidiabetic applications through α-amylase and α-glucosidase inhibition assays, further establishing their multifunctional capabilities. Overall, the findings suggest that CuO-NPs synthesized from Psidium guajava extracts possess promising applications in antimicrobial and antioxidant therapies, as well as in managing diabetes.