DOI: https://doi.org/10.1186/s11671-026-04474-0
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41712042
تاريخ النشر: 2026-02-19
المؤلف: Fatemeh Sheikh Ansari وآخرون
الموضوع الرئيسي: تحفيز ضوء TiO2 وخلايا الشمس
نظرة عامة
تقدم هذه الورقة البحثية طريقة مبتكرة وصديقة للبيئة لتخليق جزيئات النانو من البروكيت باستخدام مستخلص مائي من أوراق السبانخ لتقليل TiOSO4. تظهر الجزيئات الناتجة خصائص مرغوبة، بما في ذلك نقاء الطور، وشكل محكوم، وخصائص سطحية مناسبة، وهي ضرورية لتطبيقها في مجالات مختلفة. ينتج عن التخليق جزيئات نانو بروكيت كروية تتراوح أحجامها بين 5 إلى 12 نانومتر، مع أسطح غنية بجزيئات عضوية.
تسلط الدراسة الضوء على الفعالية المضادة للميكروبات لهذه الجزيئات النانوية الخضراء، مما يوضح قدرتها على تثبيط نمو البكتيريا مثل *E. coli* و *S. aureus* تحت ظروف الظلام والضوء، مع نشاط قاتل للبكتيريا ملحوظ تحت إشعاع الضوء. من المهم أن الجزيئات النانوية لم تظهر أي مقاومة بكتيرية، على الأرجح بسبب آليتها في إحداث ضرر جسدي لخلايا البكتيريا. هذه الخاصية تضع جزيئات النانو بروكيت كبديل واعد في مكافحة مقاومة المضادات الحيوية. ومع ذلك، يشير المؤلفون إلى أن أداء هذه الجزيئات النانوية كمواد محفزة للضوء المرئي قد يتأثر بالتعديلات الهيكلية ومكونات السطح، مما يستدعي مزيدًا من التحقيق. بشكل عام، فإن فهم شامل لتطور هيكل البروكيت ضروري لتحسين خصائصه وتعزيز تطبيقاته العملية.
طرق
يستعرض قسم “المواد والطرق” تصميم التجربة والإجراءات المستخدمة في الدراسة. يوضح اختيار المواد، بما في ذلك الكواشف والمعدات المحددة المستخدمة لجمع البيانات وتحليلها. يتم وصف المنهجية بطريقة منهجية، مما يضمن إمكانية تكرار التجارب.
تُبرز التقنيات والبروتوكولات الرئيسية، مثل الطرق الإحصائية المستخدمة لتحليل البيانات، وإجراءات إعداد العينات، وأي ضوابط تم تنفيذها للتحقق من النتائج. يؤكد القسم على أهمية هذه الطرق في تحقيق نتائج موثوقة ودقيقة، وهي ضرورية للتفسير اللاحق للبيانات المقدمة في الدراسة.
نتائج
في هذه الدراسة، تم التحقيق في تخليق جزيئات النانو من ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO₂) من مرحلة البروكيت باستخدام مستخلص أوراق السبانخ، مما يبرز إمكانيات الطرق المعتمدة على النباتات لتصنيع الجزيئات النانوية. تؤكد الأبحاث على أهمية التركيب الكيميائي النباتي، الذي يؤثر على خصائص الجزيئات النانوية وتطبيقاتها. تضمنت عملية التخليق تعديلات دقيقة في الرقم الهيدروجيني، حيث تم تفضيل تكوين البروكيت تحت ظروف حمضية ضعيفة. أشارت الملاحظات البصرية إلى تكوين الجزيئات النانوية من خلال تغيرات اللون في المستخلص، مدعومة بتحليلات الطيف فوق البنفسجي والمرئي (UV-Vis) وطيف الانعكاس المنتشر (DRS) التي كشفت عن قمم امتصاص مميزة عند 245 نانومتر و275 نانومتر، وهي مميزة لجزيئات النانو بروكيت.
أكدت تقنيات التوصيف، بما في ذلك مطيافية الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FTIR) وحيود الأشعة السينية (XRD)، نجاح تخليق جزيئات النانو من TiO₂ بروكيت بحجم بلوري متوسط يبلغ حوالي 12.5 نانومتر. أظهر طيف FTIR قممًا تتوافق مع المجموعات الوظيفية من مستخلص النبات، مما يدل على دورها في استقرار وتغطية الجزيئات النانوية. بالإضافة إلى ذلك، كشفت المجهر الإلكتروني الماسح بالانبعاث الميداني (FESEM) عن شكل موحد بحجم جزيئات متوسط يبلغ حوالي 14 نانومتر. أكدت تحليلات طيف الأشعة السينية المشتتة بالطاقة (EDX) تركيب الجزيئات النانوية، التي تتكون أساسًا من التيتانيوم والأكسجين، مع آثار من الكربون والنيتروجين والحديد، مما يشير إلى وجود مكونات عضوية من مستخلص السبانخ. بشكل عام، تؤكد النتائج جدوى استخدام مستخلصات النباتات للتخليق الصديق للبيئة لجزيئات النانو من TiO₂ بروكيت، التي تظهر خصائص محفزة ومضادة للبكتيريا واعدة.
مناقشة
يستعرض قسم المناقشة في الورقة البحثية المنهجية لتخليق جزيئات النانو من ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO₂) باستخدام نهج صديق للبيئة يتضمن مستخلص أوراق السبانخ. تم زراعة السبانخ محليًا في طهران، إيران، وشمل عملية الاستخراج غسل وتجفيف وطحن الأوراق، تلاها سلسلة من التفاعلات مع كبريتات الأكسيد التيتانيوم وهيدروكسيد الصوديوم لإنتاج جزيئات النانو من TiO₂. تم استخدام تقنيات التوصيف، بما في ذلك مطيافية UV-Vis، وطيف الانعكاس المنتشر (DRS)، ومطيافية الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FTIR)، وحيود الأشعة السينية (XRD)، لتحليل الخصائص الهيكلية والبصرية للجزيئات النانوية التي تم تخليقها. أشارت النتائج إلى النجاح في تشكيل جزيئات النانو بروكيت مع فجوة طاقة تبلغ حوالي 3.3 إلكترون فولت، مما يعزز النشاط التحفيزي الضوئي.
تم تقييم الفعالية التحفيزية الضوئية لجزيئات النانو بروكيت التي تم تخليقها من خلال تحلل صبغة الميثيلين الأزرق تحت إشعاع الضوء فوق البنفسجي والأزرق، مما يظهر معدلات تحلل كبيرة، خاصة تحت الضوء فوق البنفسجي. بالإضافة إلى ذلك، تم تقييم الخصائص المضادة للبكتيريا للجزيئات النانوية ضد البكتيريا إيجابية الجرام (S. aureus) وسلبية الجرام (E. coli)، مما يكشف أن الجزيئات النانوية أظهرت تركيزات مثبطة دنيا (MIC) تبلغ 1 ملغ/مل لـ E. coli و2 ملغ/مل لـ S. aureus، مع ملاحظة نشاط مضاد للبكتيريا معزز تحت التعرض للضوء. تختتم الدراسة بأن التخليق الأخضر لجزيئات النانو بروكيت لا يوفر فقط طريقة مستدامة لإنتاجها، بل يبرز أيضًا تطبيقاتها المحتملة في معالجة مقاومة المضادات الحيوية وإزالة التلوث البيئي، مما يستدعي مزيدًا من التحقيق في خصائصها الهيكلية وتحسين أدائها للتطبيقات العملية.
DOI: https://doi.org/10.1186/s11671-026-04474-0
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41712042
Publication Date: 2026-02-19
Author(s): Fatemeh Sheikh Ansari et al.
Primary Topic: TiO2 Photocatalysis and Solar Cells
Overview
This research paper presents an innovative and environmentally friendly method for synthesizing brookite nanoparticles using an aqueous extract from spinach leaves to reduce TiOSO4. The resulting nanoparticles exhibit desirable characteristics, including phase purity, controlled morphology, and suitable surface properties, essential for their application in various fields. The synthesis yields spherical brookite nanoparticles ranging from 5 to 12 nm in size, with surfaces enriched with organic molecules.
The study highlights the antimicrobial efficacy of these green-synthesized brookite nanoparticles, demonstrating their ability to inhibit the growth of bacteria such as *E. coli* and *S. aureus* under both dark and light conditions, with notable bactericidal activity under light irradiation. Importantly, the nanoparticles have not shown any bacterial resistance, likely due to their mechanism of inducing physical damage to bacterial cells. This characteristic positions brookite nanoparticles as a promising alternative in combating antibiotic resistance. However, the authors note that the performance of these nanoparticles as visible light photocatalysts may be influenced by structural modifications and surface components, warranting further investigation. Overall, a comprehensive understanding of brookite’s structural evolution is essential for optimizing its properties and enhancing its practical applications.
Methods
The “Materials and Methods” section outlines the experimental design and procedures employed in the study. It details the selection of materials, including specific reagents and equipment utilized for data collection and analysis. The methodology is described in a systematic manner, ensuring reproducibility of the experiments.
Key techniques and protocols are highlighted, such as the statistical methods used for data analysis, sample preparation procedures, and any controls implemented to validate the results. The section emphasizes the importance of these methods in achieving reliable and accurate findings, which are critical for the subsequent interpretation of the data presented in the study.
Results
In this study, the synthesis of brookite-phase titanium dioxide (TiO₂) nanoparticles using spinach leaf extract was investigated, highlighting the potential of plant-based methods for nanoparticle fabrication. The research emphasizes the importance of the phytochemical composition of the plant, which influences the nanoparticles’ properties and applications. The synthesis process involved careful pH adjustments, with the formation of brookite being favored under weakly acidic conditions. Visual observations indicated nanoparticle formation through color changes in the extract, supported by UV-Vis and diffuse reflectance spectroscopy (DRS) analyses that revealed distinct absorption peaks at 245 nm and 275 nm, characteristic of brookite nanoparticles.
Characterization techniques, including Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) and X-ray diffraction (XRD), confirmed the successful synthesis of brookite TiO₂ nanoparticles with an average crystallite size of approximately 12.5 nm. The FTIR spectrum showed peaks corresponding to functional groups from the plant extract, indicating their role in stabilizing and capping the nanoparticles. Additionally, field emission scanning electron microscopy (FESEM) revealed a uniform morphology with an average particle size of around 14 nm. Energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX) analysis confirmed the composition of the nanoparticles, primarily consisting of titanium and oxygen, with traces of carbon, nitrogen, and iron, suggesting the presence of organic components from the spinach extract. Overall, the findings underscore the feasibility of using plant extracts for the eco-friendly synthesis of brookite TiO₂ nanoparticles, which exhibit promising photocatalytic and antibacterial properties.
Discussion
The discussion section of the research paper outlines the methodology for synthesizing titanium dioxide (TiO₂) nanoparticles using an environmentally friendly approach involving spinach leaf extract. The spinach was cultivated locally in Tehran, Iran, and the extraction process involved washing, drying, and grinding the leaves, followed by a series of reactions with titanium oxy sulfate and sodium hydroxide to produce TiO₂ nanoparticles. Characterization techniques, including UV-Vis spectroscopy, diffuse reflectance spectroscopy (DRS), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), and X-ray diffraction (XRD), were employed to analyze the structural and optical properties of the synthesized nanoparticles. The results indicated the successful formation of brookite nanoparticles with a band gap of approximately 3.3 eV, which is conducive to photocatalytic activity.
The photocatalytic efficacy of the synthesized brookite nanoparticles was evaluated through the degradation of methylene blue dye under UV and blue light irradiation, demonstrating significant degradation rates, particularly under UV light. Additionally, the antibacterial properties of the nanoparticles were assessed against Gram-positive (S. aureus) and Gram-negative (E. coli) bacteria, revealing that the nanoparticles exhibited minimum inhibitory concentrations (MIC) of 1 mg/mL for E. coli and 2 mg/mL for S. aureus, with enhanced antibacterial activity observed under light exposure. The study concludes that the green synthesis of brookite nanoparticles not only provides a sustainable method for their production but also highlights their potential applications in addressing antibiotic resistance and environmental remediation, warranting further investigation into their structural properties and performance optimization for practical applications.