SCM–3CNFs/1CuNPs — кычкылдандырылган жүгөрү крахмалы, карбоксиметилцеллюлоза (CMC), микрокристаллдык целлюлоза (MCC), %3 целлюлоза нанобуласы (CNF) жана жашыл ыкма менен синтезделген жез нанобөлүкчөлөрү (CuNPs) бириктирилген биологиялык ажыроочу антибактериялык нанокомпозиттик пленка. Изилдөөдө жүгөрү кабыгынан целлюлоза туундуларын даярдоо, крахмалды суутек перекиси менен кычкылдандыруу, ар башка CNF үлүштөрүнүн механикалык бекемдикке таасири, CuNP кошуунун антибактериялык жана механикалык натыйжалары, ошондой эле акыркы пленканын FTIR, XRD, SEM, TGA жана топурактагы биологиялык ажыроо касиеттери изилденген. %3 CNF камтыган пленка 3,87 MPa менен эң жогорку механикалык бекемдикти көрсөткөн; 1 mL CuNP камтыган SCM–3CNFs/1CuNPs болжол менен 22 mm ингибиция зонасы менен сыналган CuNP жүктөмдөрүнүн ичинен эң жогорку антибактериялык активдүүлүктү берген. Бирок CuNP иммобилизациясы пленканын механикалык бекемдигин 1,3 MPa га чейин төмөндөтгөн. CuNP камтыган пленка 80 күн топуракка көмүлгөндөн кийин баштапкы массасынын %57 ин жоготкон. Бул жыйынтыктар лабораториялык шарттардагы материалдын көрсөткүчтөрүн көрсөтөт; чыныгы талаадагы мульча көрсөткүчү, Cu бөлүнүп чыгышы, өсүмдүктүн фитоуулуулугу жана узак мөөнөттүү экологиялык коопсуздук изилдөөнүн алкагында тастыкталган эмес.
Нанокомпозиттик конструкцияны оптималдаштыруунун биринчи баскычы — CNF үлүшү. CNF жок SCM пленкасында механикалык бекемдик 0,68 MPa болсо, %1 CNF менен 1,39 MPa га, %3 CNF менен 3,87 MPa га жогорулаган. CNF үлүшү %5 ке көбөйтүлгөндө бекемдик 1,85 MPa га чейин төмөндөгөн. Булак бул төмөндөөнү CNF курамы жогору болгондо пленканын структуралык деформациясы жана эрте сынууга болгон тенденциясы менен байланыштырган жана кийинки антибактериялык пленканы даярдоо үчүн %3 CNF үлүшүн тандаган.
Экинчи оптималдаштыруу баскычы — CuNP жүктөмү. 0,5; 0,75 жана 1 mL CuNP суспензиясы бар пленкаларда Bacillus mojavensis каршы болжол менен 15, 18 жана 22 mm ингибиция зоналары өлчөнгөн. Ошентип, сыналган шарттарда CuNP көлөмү көбөйгөн сайын ингибиция зонасы кеңейген. Бирок эң жогорку антибактериялык натыйжалуулукту берген 1 mL CuNP жүктөмү CNF менен бекемделген пленканын механикалык бекемдигин 3,87 MPa дан 1,3 MPa га түшүргөн. Демек, изилдөө антибактериялык функция менен механикалык бүтүндүктүн ортосунда ачык материалдык-дизайндык компромиссти көрсөтөт.
Топуракка көмүү сыноосунда SCM–3CNFs/1CuNPs пленкасында алгачкы 35 күндө байкаларлык масса өзгөрүүсү болгон эмес; 45. күнү баштапкы массанын болжол менен %96 сы, 55. күнү %80 и, 65. күнү %60 ы жана 80. күнү %43 ү калган. Топурактын pH көрсөткүчү 6,9 дан 7,0 ге өзгөргөн, ал эми гумус %3,4 деңгээлинде калган. Ошол эле учурда изилдөө Cu бөлүнүп чыгышын же топурактын узак мөөнөттүү экотоксикалуулугун түз өлчөгөн эмес.
Эмне үчүн биологиялык ажыроочу мульча пленкасы иштелип чыгууда?
Айыл чарбасында колдонулган полиэтилен жана полипропилен негизиндеги салттуу мульча пленкалары топурактын бетинен суунун бууланышын азайтып, нымдуулукту сактап жана топурактын температурасын жөнгө сала алат. Бирок бул полимерлердин биологиялык ажырабашы колдонгондон кийин аларды чогултуу жана кайра иштетүү зарылдыгын жаратат жана узак мөөнөттө топуракта пластик калдыктарынын топтолушуна алып келиши мүмкүн.
Изилдөөнүн материалдык дизайны бул көйгөйгө биополимер негизиндеги альтернатива иштеп чыгууну көздөйт. Крахмал арзан жана биологиялык ажыроочу пленка матрицасын камсыз кылса, целлюлоза булалары механикалык бекемдөө берет. CuNP болсо пленкага антибактериялык функция берүү максатында кошулган.
Материалдын негизги компоненттери кайсылар?
| Компонент | Булак / даярдоо жолу | Изилдөөдөгү функциясы |
|---|---|---|
| Кычкылдандырылган жүгөрү крахмалы | Жүгөрү крахмалын H2O2 менен кычкылдандыруу | Биополимердик пленка матрицасы жана реактивдүү карбонил/карбоксил топтору |
| MCC | Жүгөрү кабыгынан пероксисирке кислотасы менен экстракциялоо | Целлюлозалык структуралык компонент |
| CMC | Целлюлозаны карбоксиметилдөө | Гидрофилдүү пленка матрицасы жана пленка түзүү |
| CNF | MCC ни кумурска кислотасы менен гидролиздөө жана ультраүн иштетүү аркылуу нанобулага айландыруу | Механикалык бекемдөө |
| Сукцин ангидриди | Пленка аралашмасына кошулган кайчылаш байланыштыргыч | Полимер чынжырларынын ортосунда тармак түзүлүшүн колдоо |
| Глицерин | Пленка аралашмасына 3,8 mL кошулган | Пластификатор |
| CuNP | Cu(NO3)2 + гибискус экстракты менен жашыл синтез | Антибактериялык компонент |
Жүгөрү кабыгынан MCC кантип даярдалган?
Эрте бышуучу жүгөрү сортунун кабыгынан алынган 10 g чийки зат катуу/суюк катышы 1:18 g/mL болчудай пероксисирке кислотасы менен иштетилген. Делигнификация 90 ± 2 °C де үзгүлтүксүз аралаштыруу шартында 40 мүнөт жүргүзүлгөн. Суспензия 25 ± 2 °C ге чейин муздатылгандан кийин MCC фильтр аркылуу бөлүнүп, дистилденген суу менен pH 7 ге чейин нейтралдаштырылган жана 70 ± 2 °C де 4 саат туруктуу массага чейин кургатылган.
Булак MCC чыгымын %52 деп билдирет. SEM баалоосунда MCC булалары болжол менен 150–200 µm узундукта жана 13–20 µm кеңдикте, орой беттүү тасма сымал түзүлүштөрдү көрсөткөн.
CMC синтези
Булакта 5 g целлюлоза 100 mL %95 этанол жана 10 mL %45 NaOH эритмеси менен бөлмө температурасында 750 rpm де 60 мүнөт аралаштырылган. Андан кийин ыкма текстине ылайык 5 mL трихлорсирке кислотасы кошулуп, реакция 60 °C суу мончосунда 60 мүнөт улантылган. Аралашма 25 ± 2 °C ге чейин муздатылып, муздак сирке кислотасы менен pH 6–7 ге келтирилип, чыпкаланган жана 500 mL %80 этанол менен Soxhlet түзмөгүндө 3 саат жуулган. CMC чыгымы %32.
Булактагы шайкешсиздик: Материалдардын тизмесинде монохлорсирке кислотасы бар болсо, ыкма бөлүмүндө трихлорсирке кислотасы деп жазылган. Verianla бул химиялык аталышты үнсүз өзгөртпөйт; чыныгы реагент кайсы экени ушул PDF гана аркылуу такталбайт.
Крахмал эмне үчүн кычкылдандырылган?
Жүгөрү крахмалы менен суу 1:10 g/mL катышында даярдалып, 80 ± 2 °C де 1 саат аралаштырылган. Аралашма 25 ± 2 °C ге чейин муздатылгандан кийин 100 mL %8 H2O2 тамчылатып кошулган жана бөлмө температурасында 24 саат аралаштырылган. Суспензия pH 7 ге чейин жуулуп/нейтралдаштырылып, 50 ± 2 °C де вакуум астында туруктуу массага чейин кургатылган.
Кычкылдандырылган крахмалдын чыгымы %76,45; карбоксил тобунун курамы %0,0675 жана карбонил тобунун курамы %0,3192 деп билдирилген. SEM де баштапкы крахмал болжол менен 6–16 µm тыгыз гранулдарды көрсөткөн болсо, кычкылдандырылган крахмал 106–208 µm диапазонунда чоңураак, пластинка сымал жана көңдөйлүү түзүлүштөргө айланган.
CNF кантип даярдалган?
Целлюлоза нанобулалары булакта мурунку изилдөөгө негизделген кумурска кислотасынын гидролизи менен даярдалган. Алынган суспензия 3000 rpm де центрифугаланып, дистилденген суу менен pH 7 ге чейин нейтралдаштырылган, SCIENTZ-3000F ультраүндүк гомогенизаторунда 40 kHz де 15 мүнөт иштетилген жана −40 °C де 3 саат лиофилизацияланган. CNF чыгымы %71.
SEM анализинде CNF бир-бирине аралашкан жип сымал фибриллалар түрүндө байкалган жана фибрилла диаметри болжол менен 30–40 nm деп билдирилген. Булак кумурска кислотасы гидролизинин толук реакция шарттарын бул макалада кайра бербейт жана мурунку изилдөөсүнө шилтеме кылат.
%3 CNF Эмне Үчүн Эң Жогорку Механикалык Бекемдикти Берди?
Изилдөөдө сыналган курамдарда %3 CNF полимер матрицасын бекемдөөгө жетиштүү нанобула берип, ошол эле учурда %5 CNF деңгээлинде байкалган структуралык деформация жана эрте сынууга болгон тенденцияга жетпегендиктен эң жогорку механикалык бекемдикти берген; бул жыйынтык сыналган %0, %1, %3 жана %5 CNF курамдары үчүн гана жарактуу.
| Пленка | CNF курамы | Механикалык бекемдик (MPa) | SCM ге салыштырмалуу болжолдуу өзгөрүү |
|---|---|---|---|
| SCM | %0 | 0,68 | Эталон |
| SCM–1CNF | %1 | 1,39 | Болжол менен 2 эсе |
| SCM–3CNF | %3 | 3,87 | Болжол менен 5,7 эсе |
| SCM–5CNF | %5 | 1,85 | Болжол менен 2,7 эсе |
SCM–1CNF, SCM–3CNF жана SCM–5CNF пленкаларынын орточо калыңдыгы 38 ± 5 µm деп өлчөнгөн. Булак пленкаларды макроскопиялык жактан жарым тунук, ийкемдүү жана бир тектүү түзүлүшкө ээ деп сүрөттөйт.
FTIR пленка тармагынын түзүлүшү тууралуу эмнени көрсөттү?
MCC жана CNF спектрлеринде 655,9; 891; 1014,7; 1053,3; 1153,6; 1253,9; 1307,9; 1365,8; 1412,1; 1635,9; 2889,8 жана 3337,8 cm−1 айланасында целлюлоза түзүлүшүнө таандык деп эсептелген ар кандай тилкелер билдирилген. CMC де 3200–3600 cm−1 OH аймагы, болжол менен 1680 cm−1 карбонил тилкеси жана 1000–1200 cm−1 диапазонунда C–O камтыган термелүүлөр аныкталган.
Кычкылдандырылган крахмалда 1680 cm−1 тилкеси кычкылдануу менен пайда болгон карбоксил/карбонил топтору менен байланышкан. SCM–3CNFs пленкасында бул тилкенин интенсивдүүлүгүнүн төмөндөшүн авторлор сукцин ангидриди менен полимер чынжырларындагы кычкылтек камтыган функционалдык топтордун ортосундагы кайчылаш байланышуу аракеттенүүлөрү менен түшүндүрүшкөн.
Булактагы ыкма тууралуу эскертүү: FTIR ыкма бөлүмүндө “4500–4700 cm−1” диапазону берилет; ал эми жыйынтыктар чечмеленген тилкелер болжол менен 656–3338 cm−1 арасында жана булак спектринин огу кененирээк. Ошондуктан берилген ыкма диапазонунда жазуу же отчет берүү шайкешсиздиги болушу мүмкүн; Verianla диапазонду өз алдынча оңдобойт.
XRD эмнени көрсөттү?
MCC жана CNF үлгүлөрүндө 2θ = 15,6°, 16,5°, 22,2° жана 34,5° чокулары билдирилген. CMC де 21,3° айланасында мүнөздүү сигнал байкалган; кычкылдандырылган крахмалда 17,6°, 18,4° жана 23,0° айланасында A-түрүндөгү крахмал түзүлүшү менен байланышкан төмөн интенсивдүүлүктөгү чокулар аныкталган.
SCM–3CNFs пленкасында баштапкы компоненттердин сигналдары бири-бирине кабатталып, интенсивдүүлүгү азайган. Булак муну компоненттердин пленка түзүлүү учурунда структуралык өзгөрүүгө дуушар болушу менен байланыштырат.
Жез нанобөлүкчөлөрү кантип даярдалган?
Жашыл синтезде 50 mL 0,1 M Cu(NO3)2 эритмеси 70 °C ге чейин ысытылып, андан кийин калыбына келтирүүчү агент катары 50 mL сууда даярдалган гибискус экстракты кошулган. Аралашма 6 саат үзгүлтүксүз аралаштырылып, ачык кызгылт түс пайда болгону байкалган.
UV–Vis анализинде болжол менен 386 nm жана 516 nm де эки абсорбция тилкеси билдирилген. Булак аларды тиешелүүлүгүнө жараша CuO жана металлдык Cu бөлүкчөлөрүнүн беттик плазмон касиеттери менен байланыштырат. CuNP бөлүкчөлөрүнүн орточо өлчөмү болжол менен 44 nm деп табылган.
Булактагы ыкма эскертүүсү: CuNP синтези бөлүмүндө UV–Vis мүнөздөмөсү 300–800 nm диапазонунда берилсе, өзүнчө UV ыкма бөлүмүндө PE-5400 түзмөгү үчүн 190–1000 nm сканерлөө диапазону көрсөтүлгөн. Эки маани тең булакта бар жана Verianla алардын бирин экинчисинин ордуна үнсүз койбойт.
CuNP Кошуу Антибактериялык Натыйжалуулук менен Механикалык Бекемдиктин Ортосунда Кандай Компромисс Жаратты?
CuNP жүктөмүн көбөйтүү Bacillus mojavensis каршы ингибиция зонасын болжол менен 15 mm ден 22 mm ге чейин кеңейткен учурда, эң жогорку CuNP жүктөмү бар SCM–3CNFs/1CuNPs пленкасынын механикалык бекемдиги 3,87 MPa дан 1,3 MPa га чейин төмөндөгөн; башкача айтканда, сыналган шарттарда антибактериялык утуш механикалык бекемдиктин жоготуусу менен коштолгон.
| Пленка | Кошулган CuNP суспензиясы | Булакта берилген концентрация туюнтмасы | Болжолдуу ингибиция зонасы |
|---|---|---|---|
| SCM–3CNF/0.5CuNPs | 0,5 mL | 1,59 mg/mL | 15 mm |
| SCM–3CNF/0.75CuNPs | 0,75 mL | 2,38 mg/mL | 18 mm |
| SCM–3CNF/1CuNPs | 1 mL | 3,18 mg/mL | 22 mm |
Булак CuNP көлөмү көбөйгөн сайын mg/mL маанилерин да ар башка берет. Эгер бир эле сток суспензиянын көлөмү гана өзгөрсө, концентрация өзгөрбөшү күтүлмөк; бирок PDF бул туюнтмалар так сток концентрациясыбы же кошулган жалпы Cu көлөмүнөн чыгарылган мааниби — муну толук түшүндүрбөйт. Ошондуктан сандар булактагы түрүндө сакталган.
Антибактериялык тестте Bacillus mojavensis суспензиясы 0,5 McFarland булуттуулугуна, башкача айтканда 600 nm де болжол менен 0,08–0,12 оптикалык тыгыздыкка жөнгө салынган. Бирдей диаметри бар пленка дисктери инокуляцияланган агарга жайгаштырылып, эритромицин оң көзөмөл, активдүү компонент камтыбаган үлгүлөр терс көзөмөл катары колдонулган. Петри табактары 37 °C де 24 саат инкубацияланган.
Бул эксперимент колдонулган B. mojavensis штаммы жана агар диффузиясы шарттары үчүн гана антибактериялык натыйжалуулукту көрсөтөт. Пленка талаа патогендеринин кең панелине каршы, өсүмдүк ооруларын басууда же чыныгы топурак микробиомуна карата антибактериялык талаа продуктусу катары сыналган эмес.
CuNP иммобилизациясы FTIR жана XRD менен кантип колдоого алынган?
SCM–3CNFs/1CuNPs пленкасында 659 жана 880 cm−1 айланасында жаңы FTIR тилкелери билдирилген; алар тиешелүүлүгүнө жараша Cu–O жана Cu–OH байланыштары менен байланышкан. Булак бул жыйынтыктарды CuNP менен кычкылтек камтыган полимер топторунун өз ара аракеттенүүсүнүн көрсөткүчү катары чечмелейт.
XRD анализинде Cu/CuO камтыган пленкада 2θ = 20,14°, 26,4°, 31,6° жана 35,9° позицияларында чокулар билдирилген. Булак CuNP жана CuO үчүн эталон JCPDS маанилерине салыштырмалуу орточо чоку жылыштарын тиешелүүлүгүнө жараша %0,063 жана %0,124 деп берип, муну нанобөлүкчөлөрдүн пленка матрицасына ийгиликтүү иммобилизациясы менен байланыштырган.
CuNP механикалык түзүлүштү эмне үчүн алсыраткан болушу мүмкүн?
Булакта SCM–3CNFs пленкасынын бекемдиги 3,87 MPa болсо, SCM–3CNFs/1CuNPs пленкасы 1,3 MPa бекемдик көрсөткөн. Авторлор CuNP целлюлозанын кычкылтек камтыган функционалдык топтору менен өз ара аракеттенүү аркылуу чынжырлардын ортосундагы суутек байланыштарын алсыратышы жана мунун механикалык бүтүндүктү төмөндөтүшү мүмкүн экенин сунушташат.
SEM байкоолорунда CuNP камтыган пленканын беттик оройлугу көбөйүп, гетерогендүү структуралык өзгөрүүлөр жана микрожаракалар билдирилген. Бул микроструктуралык өзгөрүүлөр механикалык төмөндөө менен шайкеш болгону менен, изилдөө микрожарака тыгыздыгы менен механикалык бекемдиктин ортосунда сандык себептик моделди түзбөйт.
CuNP кошуу жылуулук жүрүм-турумун кантип өзгөрттү?
| Шарт | SCM–3CNFs | SCM–3CNFs/1CuNPs |
|---|---|---|
| 300 °C ге чейин | Болжол менен %15 жоготуу | Болжол менен %15 жоготуу; этаптуураак |
| Негизги ажыроо, 300–440 °C | Болжол менен %83 масса жоготуусу | Болжол менен %75 масса жоготуусу |
| 800 °C жалпы масса жоготуусу | %93 | %85 |
| 800 °C де болжолдуу калдык | %7 | %15 |
Булак CuNP камтыган пленкадагы жогорку жылуулук калдыгын металл нанобөлүкчөлөрдүн жылуулук ажыроо маалында органикалык эмес оксид калдыктарынын жана туруктуураак көмүртектүү фазалардын түзүлүшүнө салымы менен байланыштырат.
80 Күндүк Топурактагы Биологиялык Ажыроо Пленканын Талаадагы Коопсуздугун Далилдейби?
Жок. 80 күндүк эксперимент пленка контролдонуучу топурак шарттарында олуттуу масса жоготконун жана өлчөнгөн бир нече агрохимиялык топурак параметрлеринде чоң өзгөрүү байкалбаганын көрсөтөт; бирок Cu бөлүнүп чыгышы, өсүмдүктүн фитоуулуулугу, түшүмдүүлүк, кеңири топурак микробиому, узак мөөнөттүү Cu топтолушу жана чыныгы талаа экотоксикологиясы өлчөнбөгөндүктөн, бул толук экологиялык же айыл чарбалык коопсуздуктун далили эмес.
Биологиялык ажыроонун убакыт профили
| Күн | Калган баштапкы масса | Булактагы түшүндүрмө |
|---|---|---|
| 0–35 | Так маани берилген эмес | Байкаларлык масса өзгөрүүсү болгон эмес. |
| 45 | Болжол менен %96 | Макроскопиялык деформация жана масса жоготуусу башталган. |
| 55 | %80 | Тездетилген ажыроо мезгили. |
| 65 | %60 | Полисахарид матрицасында байкаларлык ажыроо. |
| 80 | %43 | Жалпы масса жоготуусу %57. |
Эксперимент учурунда температура 25–30 °C диапазонунда сакталган. Булак 70. күндөн кийин биологиялык ажыроо ылдамдыгы жайлаганын жана муну кристаллдуураак CNF компоненттери менен Cu камтыган модификацияланган полимер чынжырларынын туруктуураак болушу мүмкүн экендиги менен байланыштырат.
Кайра өндүрүү мүмкүнчүлүгүнүн чеги: Негизги ыкма бөлүмүндө топуракка көмүү экспериментинин үлгү аянты/массасы, көмүү тереңдиги, колдонулган топурак көлөмү, суу/нымдуулук башкаруусу, үлгүнү чыгаруу-жуу-кургатуу тартиби жана биологиялык/техникалык кайталанмалардын саны толук берилген эмес. Ошондуктан 80 күндүк биологиялык ажыроо процедурасын PDF гана аркылуу толук кайра түзүү мүмкүн эмес.
Топурактын агрохимиялык өлчөөлөрү
| Топурак шарты | pH | Гумус (%) | K (mg/kg) | Жеткиликтүү P (mg/kg) | Нымдуулук (%) | Жеткиликтүү S (mg/kg) | Нитрат N (mg/kg) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Биологиялык ажыроого чейин | 6,9 | 3,4 | 328,1 | 28,3 | 17,8 | 3,9 | 8,1 |
| SCM–3CNFs кийин | 7,0 | 3,4 | 327,4 | 27,1 | 19,2 | 3,7 | 8,0 |
| SCM–3CNFs/1CuNPs кийин | 7,0 | 3,4 | 308,2 | 26,5 | 20,2 | 3,4 | 7,8 |
Булак өзгөчө pH 6,9 дан 7,0 ге гана аз өзгөргөнүн жана CuNP бар пленкадан кийин топурак нымдуулугу %17,8 ден %20,2 ге жогорулаганын баса белгилейт. Авторлор нымдуулуктун жогорулашын CMC сыяктуу гидрофилдүү целлюлоза туундуларынын суу кармоо жөндөмү жана биологиялык ажыроо продуктулары менен байланыштырышат.
Калий, жеткиликтүү фосфор, күкүрт жана нитрат азотунун маанилеринде да өзгөрүүлөр бар. Булак бул өзгөрүүлөрдү өсүмдүктүн азык заттарды сиңирүүсү жана биологиялык ажыроо процесси менен түшүндүрөт. Бирок эксперименттик дизайндагы статистикалык кайталоолор жана инференциалдык тесттер билдирилбегендиктен, “маанилүү өзгөрүү жок” деген сөз бул жерде классикалык p-мааниге негизделген статистикалык маанисиздик катары түшүндүрүлбөшү керек.
Авторлор мындан тышкары пленканын полимер матрицасы топурак микрофлорасы тарабынан ажыроону улантканын CuNP жүктөмү микробдук ажыроону толук токтотпогон деп түшүндүрүшөт. Бирок изилдөөдө микробдук коомчулуктун курамы, жалпы тирүү клеткалардын саны, фермент активдүүлүгү же микробиом секвенирлөөсү жүргүзүлгөн эмес. Ошондуктан “топурак микроорганизмдери таасирленген жок” деген жыйынтык түз микробиологиялык өлчөө эмес, биологиялык ажыроонун уланышына негизделген автордук түшүндүрмө.
Изилдөөнүн Ыкмасы жана Жыйынтыктары
Пленканы даярдоо процедурасы
Алдын ала даярдалган %3 CMC эритмеси менен %2,5 MCC суспензиясы 3:7 катышында 50 mL идиште аралаштырылган. CNF суспензиялары жалпы көлөмдүн %1, %3 же %5 и болчудай кошулуп, аралашма 8 саат интенсивдүү аралаштырылган.
Андан соң 0,875 g кычкылдандырылган жүгөрү крахмалы кошулуп, 2 саат магниттик аралаштыруу жүргүзүлгөн. Пленка аралашмасына кайчылаш байланыштыргыч катары 0,75 g сукцин ангидриди жана пластификатор катары 3,8 mL глицерин кошулуп, бөлмө температурасында 30 мүнөт аралаштырылган.
Аралашма SCIENTZ-3000F түзмөгүндө 45 kHz де 30 мүнөт ультраүн менен иштетилип, кайчылаш байланышууну колдоо үчүн 60 ± 2 °C де 16 саат вакуум мешинде кургатылган.
Антибактериялык пленканы даярдоо процедурасы
Тандалган SCM–3CNFs пленка аралашмасына 0,5 mL, 0,75 mL же 1 mL CuNP суспензиясы кошулуп, 1 саат магниттик аралаштыруу менен гомогендештирилген. Аралашма 45 kHz ультраүн иштетүүдөн өткөрүлүп, диск формасындагы пластик калыптарга куюлган жана 60 ± 2 °C де 16 саат вакуумда кургатылган.
Булак бул кичи бөлүмдө 45 kHz ультраүн иштетүүнүн узактыгын кайра так көрсөтпөйт; ошондуктан мурунку 30 мүнөттүк пленка даярдоо убактысы CuNP пленкасына автоматтык түрдө колдонулган эмес.
Мүнөздөө ыкмалары
| Ыкма | Түзмөк / шарт | Максат |
|---|---|---|
| SEM | Quanta 200i 3D; жогорку вакуум; экинчи электрон; 15 kV | MCC, CNF, CMC, крахмал жана пленка бетинин морфологиясы |
| Механикалык тест | TA-3000; 0,01–60 N өлчөө диапазону; тест кыймылы 0,1 mm/мүн | Пленканын механикалык бекемдиги жана деформация жүрүм-туруму |
| FTIR | FTIR FT-801; 1 cm−1 чечилиш; 25 °C; 100 скан | Функционалдык топтор жана кайчылаш байланышуунун өз ара аракеттенүүсү |
| XRD | X'Pert PRO; CuKα, λ = 0,1542 Å; 2θ = 10–40°; 0,02° кадам; 40 kV; 30–45 mA; 0,5 s/кадам | Кристаллдык түзүлүш жана Cu/CuO сигналдары |
| UV–Vis | PE-5400; булакта 190–1000 nm сканерлөө диапазону, 240 nm/мүн | CuNP оптикалык абсорбциясы |
| Бөлүкчө өлчөмү | Zetasizer Nano ZS90 | CuNP өлчөм бөлүштүрүлүшү |
| TGA | STA200; аргон; 25 ± 2 mg; 30 ± 5 → 800 ± 5 °C; 10 ± 1 °C/мүн | Жылуулук ажыроо жана калдык масса |
SEM үлгүсүн даярдоо боюнча булактагы эскертүү
Булак MCC жана CNF порошокторунан 1 g үлгүлөр өз-өзүнчө 50 mL деиондоштурулган сууда жана 10−3 mol/L концентрациясында күмүш нанобөлүкчөлөрү бар чөйрөдө дисперсияланганын, 2 саат механикалык аралаштырылгандан кийин чыпкаланып, 50 ± 2 °C де 1 саат кургатылганын билдирет. Изилдөөнүн негизги функционалдык нанобөлүкчөсү CuNP болгонуна карабай, SEM даярдоодо Ag нанобөлүкчөлөрү эмне үчүн колдонулганы толук түшүндүрүлгөн эмес; бул процедура булакта кандай берилсе, ошондой сакталган.
Негизги сандык жыйынтыктарды бирге баалоо
| Метрика | Жыйынтык | Шарт / үлгү |
|---|---|---|
| MCC чыгымы | %52 | Жүгөрү кабыгын экстракциялоо |
| CMC чыгымы | %32 | Целлюлозаны карбоксиметилдөө |
| Кычкылдандырылган крахмал чыгымы | %76,45 | H2O2 кычкылдануусу |
| CNF чыгымы | %71 | Кумурска кислотасы гидролизи + ультраүн |
| CNF диаметри | Болжол менен 30–40 nm | SEM |
| CuNP орточо өлчөмү | Болжол менен 44 nm | Бөлүкчө өлчөмүн талдоо |
| SCM–3CNF бекемдиги | 3,87 MPa | %3 CNF |
| SCM–3CNFs/1CuNPs бекемдиги | 1,3 MPa | 1 mL CuNP |
| Эң чоң ингибиция зонасы | Болжол менен 22 mm | 1 mL CuNP, B. mojavensis |
| 800 °C жалпы масса жоготуусу | %85 | SCM–3CNFs/1CuNPs |
| 80 күндүк топурактагы масса жоготуусу | %57 | SCM–3CNFs/1CuNPs |
Изилдөө колдогон жыйынтыктар
- Жүгөрү кабыгынан MCC жана CNF өндүрүүгө мүмкүн болгон.
- Суутек перекиси менен иштетүү крахмалдын морфологиясын жана кычкылтек камтыган функционалдык топторун өзгөрткөн.
- Сыналган CNF үлүштөрүнүн ичинен %3 CNF эң жогорку механикалык бекемдикти берген.
- Сыналган CuNP өлчөмдөрүндө CuNP жүктөмү көбөйгөн сайын ингибиция зонасы чоңойгон.
- SCM–3CNFs/1CuNPs B. mojavensis каршы болжол менен 22 mm болгон эң чоң ингибиция зонасын көрсөткөн.
- CuNP иммобилизациясы пленканын ийкемдүүлүгүн арттырган, бирок механикалык бекемдигин азайткан структуралык өзгөрүү менен байланышкан.
- CuNP камтыган пленка 800 °C де CuNP жок пленкага салыштырмалуу жогорку калдык масса көрсөткөн.
- SCM–3CNFs/1CuNPs пленкасы контролдонуучу топуракка көмүү шартында 80 күндө %57 масса жоготкон.
- Өлчөнгөн топурак pH ы 6,9 дан 7,0 ге гана аз өзгөргөн.
Изилдөө колдобогон жыйынтыктар жана чектөөлөр
- Изилдөө чыныгы талаа шартында мульчалоо натыйжалуулугун сынаган эмес.
- Топурак температурасы, отоо чөптөрдү басуу, топурак бетинен суунун жоголушу же түшүмгө болгон чыныгы талаа таасири өлчөнгөн эмес.
- Антибактериялык тест B. mojavensis менен гана жүргүзүлгөн; фитопатогендердин кең панели сыналган эмес.
- CuNP бөлүнүп чыгуу көлөмү же топурактагы эриген Cu концентрациясы өлчөнгөн эмес.
- Өсүмдүктүн фитоуулуулугу бааланган эмес.
- Топуракта Cu узак мөөнөттүү топтолушу бааланган эмес.
- Топурак микробиомунун курамы же микробдук ар түрдүүлүк түз өлчөнгөн эмес.
- Тамак-аш таңгагы үчүн потенциалы айтылганы менен, тамак-аш менен контакт миграциясы, тосмо касиеттери жана тамак-аш коопсуздугу боюнча сыноолор жүргүзүлгөн эмес.
- Биологиялык ажыроо экспериментинин толук топуракка көмүү протоколу негизги ыкма бөлүмүндө толук берилген эмес.
- Булакта инференциалдык статистика, p-маани же так кайталоо саны билдирилбегендиктен, курамдар арасындагы айырмачылыктардын статистикалык маанилүүлүгүн ушул PDF аркылуу тастыктоо мүмкүн эмес.
Келечектеги изилдөөлөр үчүн булакта көрсөтүлгөн талаптар
Авторлор өзгөчө CuNP жүктөмүн антибактериялык натыйжалуулук менен механикалык бекемдиктин ортосунда жакшыраак тең салмак камсыз кыла тургандай оптималдаштырууну сунушташат. Мындан тышкары Cu бөлүнүп чыгышын сандык өлчөө, өсүмдүктүн фитоуулуулугун жана чыныгы талаа шартындагы узак мөөнөттүү экологиялык коопсуздукту баалоо зарылдыгын ачык белгилешет.
Булак жана Ыкма Жөнүндө Эскертүү
Түпнуска изилдөө: Production of Oxidized Starch-Cellulose Based Antibacterial Nanomulching Film: Synthesis and Characterization.
Авторлор: Kydyrmolla Akatan, Ainur Battalova, Nazym Sagiyeva, Nariman Kaiyrbekov, Ansagan Demeukhan, Esbol Shaimardan, Ainur Kabdrakhmanova, Madiar Beisebekov, Sana Kabdrakhmanova жана Sabu Thomas.
Жооптуу авторлор: Kydyrmolla Akatan, Sana Kabdrakhmanova жана Sabu Thomas.
Мекемелер: National Scientific Laboratory Collective Use, Sarsen Amanzholov East Kazakhstan University, Oskemen, Kazakhstan; Scientific Center of Composite Materials, Almaty, Kazakhstan; International R&D Center for Advanced Functional Materials and their Composites, Satbayev University, Almaty, Kazakhstan; School of Energy Materials, Mahatma Gandhi University, Kottayam, India.
Журнал: Eng.
Басмакана: MDPI.
Том / сан / макала номери: 7(9), 437.
DOI: 10.3390/eng7090437.
Тапшырылган: 31 Июль 2026.
Оңдолгон: 24 Август 2026.
Кабыл алынган: 28 Август 2026.
Жарыяланган: 1 Сентябрь 2026.
Булак түрү: Эксперименттик материал/инженериялык изилдөө макаласы.
Рецензия абалы: Изилдөө Eng журналында жарыяланган макала; жүктөлгөн PDF preprint катары белгиленген эмес.
Лицензия: Creative Commons Attribution (CC BY).
Негизги сөздөр: mulching film; cellulose nanofiber; oxidized starch; biofilm; composite film.
Антибактериялык тест организми: Bacillus mojavensis.
Негизги материал системасы: кычкылдандырылган жүгөрү крахмалы + CMC/MCC + CNF + сукцин ангидриди + глицерин + CuNP.
Негизги мүнөздөө: SEM, FTIR, XRD, UV–Vis/бөлүкчө өлчөмү, механикалык тест жана TGA.
Топурак баалоосу: 80 күнгө чейин биологиялык ажыроону байкоо жана pH, гумус, калий, жеткиликтүү фосфор, нымдуулук, жеткиликтүү күкүрт жана нитрат азотун салыштыруу.
Каржылоо: Science Committee of the Ministry of Science and Higher Education of the Republic of Kazakhstan, Grant No. AP23490029.
Институционалдык этика: Institutional Review Board — колдонулбайт.
Маалыматтуу макулдук: колдонулбайт.
Маалыматтын жеткиликтүүлүгү: Изилдөөдө түзүлгөн же талданган маалыматтар жарыяланган макалада бар экени; кошумча суроолор боюнча жооптуу авторлорго кайрылууга болору көрсөтүлгөн.
Кызыкчылыктардын кагылышуусу: Авторлор кызыкчылыктардын кагылышуусу жок экенин билдиришкен.
Авторлордун салымы: Концептуалдаштыруу Kydyrmolla Akatan жана Sana Kabdrakhmanova; методология Kydyrmolla Akatan, Ainur Battalova жана Sana Kabdrakhmanova; валидация Nazym Sagiyeva, Nariman Kaiyrbekov жана Ansagan Demeukhan; формалдык анализ Ainur Battalova, Esbol Shaimardan жана Ainur Kabdrakhmanova; изилдөө Kydyrmolla Akatan, Ainur Battalova, Nazym Sagiyeva, Nariman Kaiyrbekov, Ansagan Demeukhan, Esbol Shaimardan жана Ainur Kabdrakhmanova; ресурстар Madiar Beisebekov, Sana Kabdrakhmanova жана Sabu Thomas; маалыматтарды курациялоо Nazym Sagiyeva, Nariman Kaiyrbekov жана Esbol Shaimardan; алгачкы долбоор Kydyrmolla Akatan, Ainur Battalova жана Nazym Sagiyeva; карап чыгуу жана редакциялоо Sana Kabdrakhmanova, Madiar Beisebekov жана Sabu Thomas; визуалдаштыруу Ansagan Demeukhan, Esbol Shaimardan жана Ainur Kabdrakhmanova; жетекчилик Sana Kabdrakhmanova, Madiar Beisebekov жана Sabu Thomas; долбоорду башкаруу Kydyrmolla Akatan жана Sana Kabdrakhmanova; каржылоону алуу Kydyrmolla Akatan жана Madiar Beisebekov.
Булак ичиндеги химиялык шайкешсиздик: Материалдар тизмесинде monochloroacetic acid болсо, CMC синтези бөлүмүндө trichloroacetic acid деп жазылган. Туура реагент булак файлынан такталбагандыктан, үнсүз оңдоо жүргүзүлгөн эмес.
Булак ичиндеги FTIR шайкешсиздиги: Ыкма бөлүмү 4500–4700 cm−1 диапазонун билдирет; жыйынтыктарда болсо болжол менен 656–3338 cm−1 тилкелери жана кеңирээк FTIR спектри колдонулган.
Булак ичиндеги UV–Vis айырмасы: CuNP синтези бөлүмүндө 300–800 nm, өзүнчө UV ыкма бөлүмүндө 190–1000 nm өлчөө диапазону көрсөтүлгөн.
Маанилүү кайра өндүрүү чеги: Топурактагы биологиялык ажыроо экспериментинин үлгү өлчөмү, көмүү тереңдиги, топурак массасы, нымдуулукту көзөмөлдөө, кайталоо саны жана массаны өлчөө протоколу негизги эксперименттик ыкмада толук берилген эмес.
Статистикалык чектөө: Макалада механикалык, антибактериялык же топурак салыштыруулары үчүн өзүнчө статистикалык анализ бөлүмү, p-маани же так биологиялык кайталоо саны билдирилген эмес.
Пикир калтырыңыз
E-mail дарегиңиз жарыяланбайт. Милдеттүү талаалар * менен белгиленген