دراسة تجريبية ودراسة ديناميكية جزيئية لخصائص الجسيمات النانوية للمواد القائمة على الكربون Étude expérimentale et étude de dynamique moléculaire sur les propriétés des nanoparticules de matériaux à base de carbone

Abstract

تهدف هذه الدراسة إلى التعرف على أهم خصائص الجسيمات الكربون النانوية (CNPs) وChitosan@CNPsالمشتقة من قشور البطيخ الأحمر والبصل والبرتقال، و تم تحليل هذه الجسيمات باستخدام التقنيات القياسية مثلUV-VisوFT-IRوXRDوSEM/EDX، كما تم تقييم أنشطتها في النشاط المضاد للأكسدة، واختبار النشاط المضاد للانحلال الدموي، واختبارات السمية الخلوية، وتم تقيم قدرتها في تثبيط نمو خلايا المبيضة البيضاء باستخدام صبغة البرتقالي الأكريديني، بالإضافة إلى ذلك تم دراسة المحاكاة الجزيئية باستخدام نظريات الكم مثل DFT لمركبCQD-Chitosan بواسطة برنامج المحاكات الديناميكية Materials Studio. أظهرت نتائج تحليل أطيافUV-Visوجود قمم امتصاص مميزة عند 260 و283 و278 نانومتر، على التوالي، للجسيمات المستخلصة من قشور البطيخ والبصل والبرتقال، بينما تم حساب طاقات فجوة النطاق لهذه الجسيمات وكانت 3.94، 3.90 و3.81 الكترون فولط، على التوالي، و عند دمج الشيتوزان مع الجسيمات النانوية الكربونية، أظهرت أطيافUV-Vis لـChitosan@CNPs قمم امتصاص عند 290 و243 و282 نانومتر مع طاقات فجوة النطاق التي بلغت 3.42 و4.40 و3.81 الكترون فولط، على التوالي ، و تم تقييم النشاط المضاد للأكسدة باستخدام اختبارDPPH، حيث كانت قيمIC50لـCNPsهي 0.773 مغ/مل (برتقال)، 0.383 مغ/مل (بصل)، و0.638 مغ/مل (بطيخ)، أماChitosan@CNPsفقد أظهرت خصائص مضادة للأكسدة أفضل مع قيمIC50بلغت 0.617 مغ/مل (برتقال)، 0.3145 مغ/مل (بصل)، و0.37905 مغ/مل (بطيخ)، وتم اختبار النشاط المضاد للانحلال الدموي للجسيماتCNPsوChitosan@CNPs، وأظهرتCNPsمن البرتقال نشاطًا مضادًا للانحلال الدموي بنسبة 70.1% عند التركيز الأعلى (20 مغ/مل)، بينما كانت النسبة 69.5% لـCNPsمن البصل. وقد كان هذا الاتجاه ثابتًا عبر جميع التركيزات، وتم إجراء اختبارات السمية الخلوية على خلاياSaccharomyces cerevisiaeوCandida albicansباستخدام تراكيز مختلفة منCNPs وChitosan@CNPs.لم تظهر الاختبارات تأثيرًا كبيرًا على قابلية الخلايا للبقاء أو النمو عند التركيزات المختبرة (حتى 20 مغ/مل)، مما يشير إلى أن الجسيمات النانوية لا تمتلك نشاطًا مضادًا للفطريات ضدCandida albicansعند التركيزات التي تم اختبارها. أوضحت نتائج المحاكاة الجزيئية وجود فجوة طاقة منخفضة (1.75 إلكترون فولت) مع خصائص إلكترونية مميزة، حيث أظهر تحليل UV-Vis ذروة امتصاص رئيسية بين 350-400 نانومتر مع انزياح أحمر حتى 550 نانومتر، و كما أكد تحليلFTIR وجود روابط C-OوC=O في النطاق 1000-1700 سم⁻¹،بينماأبرزتحليلDOS كثافة حالات عالية بين -2 و-1 إلكترون فولت، وكشف ESP عن توزيع شحنات سالبة مرتفعة حول الشيتوزان وموجبة حول CQDs، مع تدرج حاد في توزيع الشحنة يدعم نقل الشحنة، و تتماشى هذه النتائج مع النتائج التجريبية، مثل انخفاض فجوة النطاق (3.42-4.40 إلكترون فولت) وطيف FTIR في 1050-1650 سم⁻¹،ممايعززجدواهافيالتطبيقاتالطبيةوالبيئية. من خلال هذه الدراسة، يتم تسليط الضوء على الإمكانيات البيولوجية والبيئية للجسيمات النانوية الكربونية، وخاصة فيما يتعلق بتثمين النفايات الزراعية من قشور الفواكه والخضروات، مما يفتح آفاقًا لتطبيقاتها المستقبلية في مجال معالجة التلوث وتحقيق التنمية المستدامة.