SCM–3CNFs/1CuNPs як плёнкаи нанокомпозитии зиддибактериявии биотаҷзияшаванда мебошад, ки аз крахмали ҷуворимаккаи оксидшуда, карбоксиметилселлюлоза (CMC), селлюлозаи микрокристаллӣ (MCC), %3 нанонахи селлюлоза (CNF) ва нанозарраҳои мис (CuNPs), ки бо усули сабз синтез шудаанд, таркиб ёфтааст. Таҳқиқот омода кардани ҳосилаҳои селлюлоза аз пӯсти ҷуворимакка, оксидкунии крахмал бо пероксиди гидроген, таъсири нисбатҳои гуногуни CNF ба устувории механикӣ, натиҷаҳои зиддибактериявӣ ва механикии иловаи CuNP, инчунин хусусиятҳои FTIR, XRD, SEM, TGA ва биотаҷзияшавӣ дар хокро барои плёнкаи ниҳоӣ баррасӣ кардааст. Плёнкаи дорои %3 CNF бо 3,87 MPa баландтарин устувории механикиро нишон додааст; SCM–3CNFs/1CuNPs бо 1 mL CuNP ва минтақаи боздорӣ тақрибан 22 mm дар байни борҳои озмудашудаи CuNP баландтарин фаъолияти зиддибактериявиро додааст. Бо вуҷуди ин, иммобилизатсияи CuNP устувории механикии плёнкаро то 1,3 MPa паст кардааст. Плёнкаи дорои CuNP пас аз 80 рӯзи гӯронидан дар хок %57 массаи ибтидоии худро гум кардааст. Ин натиҷаҳо самаранокии маводро дар шароити лабораторӣ нишон медиҳанд; самаранокии воқеии мулч дар саҳро, хориҷшавии Cu, фитотоксикии растанӣ ва бехатарии дарозмуддати муҳити зист дар доираи таҳқиқот тасдиқ нашудаанд.
Марҳилаи якуми оптимизатсияи тарҳи нанокомпозитӣ нисбати CNF мебошад. Дар плёнкаи SCM-и бе CNF устувории механикӣ 0,68 MPa буд, бо %1 CNF то 1,39 MPa ва бо %3 CNF то 3,87 MPa афзуд. Ҳангоми зиёд кардани CNF то %5 устуворӣ то 1,85 MPa коҳиш ёфт. Манбаъ ин коҳишро бо деформатсияи сохтории плёнка ва майли шикастани бармаҳал дар миқдори баланди CNF вобаста карда, барои тайёр кардани плёнкаи зиддибактериявии баъдӣ нисбати %3 CNF-ро интихоб кардааст.
Марҳилаи дуюми оптимизатсия бори CuNP мебошад. Дар плёнкаҳои дорои 0,5; 0,75 ва 1 mL суспензияи CuNP нисбат ба Bacillus mojavensis минтақаҳои боздорӣ тақрибан 15, 18 ва 22 mm чен карда шудаанд. Ҳамин тавр, дар шароити озмудашуда бо зиёд шудани миқдори CuNP минтақаи боздорӣ васеъ шудааст. Аммо бори 1 mL CuNP, ки баландтарин самаранокии зиддибактериявиро таъмин кардааст, устувории механикии плёнкаи бо CNF мустаҳкамшударо аз 3,87 MPa то 1,3 MPa паст кардааст. Аз ин рӯ, таҳқиқот миёни фаъолияти зиддибактериявӣ ва тамомияти механикӣ як созиши равшани тарҳи маводро нишон медиҳад.
Дар таҷрибаи гӯронидан дар хок барои плёнкаи SCM–3CNFs/1CuNPs дар 35 рӯзи аввал тағйироти назарраси масса мушоҳида нашудааст; дар рӯзи 45 тақрибан %96, дар рӯзи 55 %80, дар рӯзи 65 %60 ва дар рӯзи 80 %43 массаи ибтидоӣ боқӣ мондааст. pH-и хок аз 6,9 то 7,0 тағйир ёфта, гумус дар сатҳи %3,4 боқӣ мондааст. Бо вуҷуди ин, таҳқиқот хориҷшавии Cu ё экотоксикии дарозмуддати хокро мустақим чен накардааст.
Чаро плёнкаи мулчи биотаҷзияшаванда таҳия мешавад?
Плёнкаҳои анъанавии мулч, ки дар кишоварзӣ аз полиэтилен ва полипропилен истифода мешаванд, метавонанд бухоршавии обро аз сатҳи хок кам кунанд, намиро нигоҳ доранд ва ҳарорати хокро танзим намоянд. Аммо таҷзия нашудани биологии ин полимерҳо пас аз истифода зарурати ҷамъоварӣ ва коркарди дубораро ба вуҷуд оварда, дар дарозмуддат метавонад ба ҷамъшавии боқимондаҳои пластикӣ дар хок оварда расонад.
Тарҳи маводи таҳқиқот барои ин масъала як алтернативаи биополимерӣ таҳия карданро ҳадаф дорад. Крахмал матритсаи арзон ва биотаҷзияшавандаи плёнкаро таъмин мекунад, дар ҳоле ки нахҳои селлюлоза таҳкими механикӣ медиҳанд. CuNP барои додани фаъолияти зиддибактериявӣ ба плёнка илова шудаанд.
Компонентҳои асосии мавод кадомҳоянд?
| Компонент | Манбаъ / роҳи омодасозӣ | Вазифа дар таҳқиқот |
|---|---|---|
| Крахмали ҷуворимаккаи оксидшуда | Оксидкунии крахмали ҷуворимакка бо H2O2 | Матритсаи плёнкаи биополимерӣ ва гурӯҳҳои реактивии карбонил/карбоксил |
| MCC | Экстраксия аз пӯсти ҷуворимакка бо кислотаи пероксисирко | Компоненти сохтории селлюлозӣ |
| CMC | Карбоксиметилкунии селлюлоза | Матритсаи гидрофилии плёнка ва ташаккули плёнка |
| CNF | Нанонахӣ кардани MCC тавассути гидролизи кислотаи формик ва коркарди ултрасадоӣ | Таҳкими механикӣ |
| Ангидриди сукцинӣ | Пайвасткунандаи салибӣ, ки ба омехтаи плёнка илова шудааст | Дастгирии ташаккули шабака байни занҷирҳои полимерӣ |
| Глицерин | Ба омехтаи плёнка 3,8 mL илова шудааст | Пластификатор |
| CuNP | Синтези сабз бо Cu(NO3)2 + экстракти гибискус | Компоненти зиддибактериявӣ |
MCC аз пӯсти ҷуворимакка чӣ гуна омода шудааст?
10 g ашёи хом аз пӯсти навъи ҷуворимаккаи барвақтпаз бо кислотаи пероксисирко дар таносуби сахт/моеъ 1:18 g/mL коркард шудааст. Делигнификатсия дар 90 ± 2 °C зери омехтаи доимӣ 40 дақиқа гузаронида шудааст. Пас аз сард кардани суспензия то 25 ± 2 °C, MCC бо филтр ҷудо, бо оби дистиллшуда то pH 7 безарар ва дар 70 ± 2 °C 4 соат то массаи доимӣ хушк карда шудааст.
Манбаъ баромади MCC-ро %52 гузориш медиҳад. Дар арзёбии SEM нахҳои MCC сохторҳои тасмашакли сатҳи ноҳамвор бо дарозии тақрибан 150–200 µm ва паҳноии 13–20 µm нишон додаанд.
Синтези CMC
Дар манбаъ 5 g селлюлоза бо 100 mL %95 этанол ва 10 mL маҳлули %45 NaOH дар ҳарорати хона дар 750 rpm 60 дақиқа омехта шудааст. Сипас тибқи матни усул 5 mL кислотаи трихлорасетик илова шуда, реаксия дар ҳаммоми обии 60 °C 60 дақиқа идома дода шудааст. Омехта то 25 ± 2 °C сард, бо кислотаи сиркои яхин то pH 6–7 оварда, филтр ва бо 500 mL %80 этанол дар дастгоҳи Soxhlet 3 соат шуста шудааст. Баромади CMC %32 мебошад.
Номувофиқии манбаъ: Дар рӯйхати мавод кислотаи монохлорасетик оварда шудааст, аммо дар бахши усул кислотаи трихлорасетик навишта шудааст. Verianla ин номи химиявиро хомӯшона иваз намекунад; аз ҳамин PDF танҳо муайян кардани реагенти воқеӣ имконнопазир аст.
Чаро крахмал оксид карда шудааст?
Крахмали ҷуворимакка ва об бо таносуби 1:10 g/mL омода шуда, дар 80 ± 2 °C 1 соат омехта шудаанд. Пас аз сард кардани омехта то 25 ± 2 °C, 100 mL %8 H2O2 қатра-қатра илова шуда, дар ҳарорати хона 24 соат омехта шудааст. Суспензия то pH 7 шуста/безарар ва дар 50 ± 2 °C зери вакуум то массаи доимӣ хушк карда шудааст.
Баромади крахмали оксидшуда %76,45, миқдори гурӯҳи карбоксил %0,0675 ва миқдори гурӯҳи карбонил %0,3192 гузориш шудааст. Дар SEM крахмали ибтидоӣ гранулаҳои зичи тақрибан 6–16 µm нишон дода, крахмали оксидшуда ба сохторҳои калонтар, лавҳашакл ва ковок дар ҳудуди 106–208 µm табдил ёфтааст.
CNF чӣ гуна омода шудааст?
Нанонахи селлюлоза дар манбаъ бо гидролизи кислотаи формик, ки ба таҳқиқоти қаблӣ такя мекунад, омода шудааст. Суспензияи ҳосилшуда дар 3000 rpm сентрифуга, бо оби дистиллшуда то pH 7 безарар, дар гомогенизатори ултрасадоии SCIENTZ-3000F дар 40 kHz 15 дақиқа коркард ва дар −40 °C 3 соат лиофилизатсия шудааст. Баромади CNF %71 мебошад.
Дар таҳлили SEM CNF ҳамчун фибриллаҳои ришташакли ба ҳам печида мушоҳида шуда, диаметри фибрилла тақрибан 30–40 nm гузориш шудааст. Манбаъ шароити пурраи реаксияи гидролизи кислотаи формикро дар ин мақола такроран намедиҳад ва ба таҳқиқоти қаблии худ муроҷиат мекунад.
Чаро %3 CNF Баландтарин Устувории Механикиро Дод?
Дар таркибҳои санҷидашуда %3 CNF барои таҳкими матритсаи полимерӣ нанонахи кофӣ таъмин кард ва ба деформатсияи сохторӣ ва майли шикастани бармаҳал, ки дар сатҳи %5 CNF мушоҳида шуд, нарасид; бинобар ин баландтарин устувории механикиро дод. Ин натиҷа танҳо барои таркибҳои санҷидашудаи %0, %1, %3 ва %5 CNF эътибор дорад.
| Плёнка | Миқдори CNF | Устувории механикӣ (MPa) | Тағйироти тахминӣ нисбат ба SCM |
|---|---|---|---|
| SCM | %0 | 0,68 | Марҷаъ |
| SCM–1CNF | %1 | 1,39 | Тақрибан 2 маротиба |
| SCM–3CNF | %3 | 3,87 | Тақрибан 5,7 маротиба |
| SCM–5CNF | %5 | 1,85 | Тақрибан 2,7 маротиба |
Ғафсии миёнаи плёнкаҳои SCM–1CNF, SCM–3CNF ва SCM–5CNF 38 ± 5 µm чен карда шудааст. Манбаъ плёнкаҳоро аз ҷиҳати макроскопӣ нимшаффоф, чандир ва дорои сохтори якхела тавсиф мекунад.
FTIR дар бораи ташаккули шабакаи плёнка чӣ нишон дод?
Дар спектрҳои MCC ва CNF дар атрофи 655,9; 891; 1014,7; 1053,3; 1153,6; 1253,9; 1307,9; 1365,8; 1412,1; 1635,9; 2889,8 ва 3337,8 cm−1 бандҳои гуногуне гузориш шудаанд, ки ба сохтори селлюлоза нисбат дода шудаанд. Дар CMC минтақаи OH-и 3200–3600 cm−1, банди карбонилии тақрибан 1680 cm−1 ва ларзишҳои дорои C–O дар ҳудуди 1000–1200 cm−1 муайян шудаанд.
Дар крахмали оксидшуда банди 1680 cm−1 бо гурӯҳҳои карбоксил/карбониле, ки аз оксидшавӣ ба вуҷуд омадаанд, вобаста карда шудааст. Дар плёнкаи SCM–3CNFs коҳиши шиддати ин банд аз ҷониби муаллифон бо ҳамтаъсириҳои пайвастшавии салибӣ байни ангидриди сукцинӣ ва гурӯҳҳои функсионалии дорои оксиген дар занҷирҳои полимерӣ шарҳ дода шудааст.
Ёддошт оид ба усули манбаъ: Бахши усули FTIR ҳудуди “4500–4700 cm−1”-ро гузориш медиҳад; дар ҳоле ки бандҳои тафсиршудаи натиҷаҳо тақрибан дар 656–3338 cm−1 ҷой доранд ва меҳвари спектри манбаъ васеътар аст. Аз ин рӯ, дар ҳудуди гузоришшудаи усул мумкин аст номувофиқии навишт ё гузориш вуҷуд дошта бошад; Verianla ин ҳудудро худсарона ислоҳ намекунад.
XRD чӣ нишон дод?
Дар намунаҳои MCC ва CNF қуллаҳои 2θ = 15,6°, 16,5°, 22,2° ва 34,5° гузориш шудаанд. Дар CMC сигнали хос дар атрофи 21,3° мушоҳида шудааст; дар крахмали оксидшуда қуллаҳои пастшиддат дар атрофи 17,6°, 18,4° ва 23,0° муайян шудаанд, ки бо сохтори крахмали навъи A вобаста карда шудаанд.
Дар плёнкаи SCM–3CNFs сигналҳои компонентҳои ибтидоӣ ба ҳам рост омада, шиддаташон паст шудааст. Манбаъ инро бо тағйироти сохтории компонентҳо ҳангоми ташаккули плёнка вобаста мекунад.
Нанозарраҳои мис чӣ гуна омода шудаанд?
Дар синтези сабз 50 mL маҳлули 0,1 M Cu(NO3)2 то 70 °C гарм карда шуда, баъдан ҳамчун агенти барқароркунанда 50 mL экстракти обии гибискус илова шудааст. Омехта 6 соат пайваста омехта шуда, пайдо шудани ранги сурхтоб мушоҳида шудааст.
Дар таҳлили UV–Vis ду банди абсорбсия тақрибан дар 386 nm ва 516 nm гузориш шудааст. Манбаъ онҳоро мутаносибан бо хусусиятҳои плазмони сатҳии зарраҳои CuO ва Cu-и металлӣ вобаста мекунад. Андозаи миёнаи зарраҳои CuNP тақрибан 44 nm муайян шудааст.
Ёддошти усули манбаъ: Дар зербахши синтези CuNP характерикунонии UV–Vis дар ҳудуди 300–800 nm дода шудааст, аммо дар бахши алоҳидаи усули UV барои дастгоҳи PE-5400 ҳудуди сканкунии 190–1000 nm нишон дода мешавад. Ҳар ду арзиш дар манбаъ мавҷуданд ва Verianla яке аз онҳоро хомӯшона ба ҷойи дигаре намегузорад.
Иловаи CuNP Миёни Самаранокии Зиддибактериявӣ ва Устувории Механикӣ Чӣ Гуна Созиш Эҷод Кард?
Зиёд кардани бори CuNP минтақаи боздориро нисбат ба Bacillus mojavensis аз тақрибан 15 mm то 22 mm зиёд кард, дар ҳоле ки устувории механикии плёнкаи SCM–3CNFs/1CuNPs бо баландтарин бори CuNP аз 3,87 MPa то 1,3 MPa коҳиш ёфт; яъне дар шароити санҷидашуда фоидаи зиддибактериявӣ бо талафи устувории механикӣ ҳамроҳ буд.
| Плёнка | Суспензияи CuNP-и иловашуда | Ифодаи консентратсия дар манбаъ | Минтақаи тахминии боздорӣ |
|---|---|---|---|
| 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 |
Манбаъ ҳамзамон бо зиёд шудани ҳаҷми CuNP арзишҳои mg/mL-ро низ гуногун медиҳад. Агар танҳо ҳаҷми як суспензияи захиравӣ тағйир ёбад, интизор меравад консентратсия тағйир наёбад; аммо PDF муфассал шарҳ намедиҳад, ки ин ифодаҳо маҳз консентратсияи захиравӣ ҳастанд ё арзише, ки аз миқдори умумии Cu-и иловашуда ҳосил шудааст. Аз ин рӯ, рақамҳо дар шакли манбаъ нигоҳ дошта шудаанд.
Дар озмоиши зиддибактериявӣ суспензияи Bacillus mojavensis ба хирагии 0,5 McFarland, яъне ба зичии оптикии тақрибан 0,08–0,12 дар 600 nm танзим шудааст. Дискҳои плёнкаи диаметрашон баробар дар агари инокулятсияшуда ҷойгир шудаанд, эритромицин ҳамчун назорати мусбат ва намунаҳои бе компоненти фаъол ҳамчун назорати манфӣ истифода шудаанд. Табақчаҳои Петри дар 37 °C 24 соат инкубатсия шудаанд.
Ин таҷриба танҳо барои штамми истифодашудаи B. mojavensis ва шароити диффузияи агар самаранокии зиддибактериявиро нишон медиҳад. Плёнка бар зидди панели васеи патогенҳои саҳроӣ, барои фурӯ нишондани бемориҳои растанӣ ё ҳамчун маҳсулоти зиддибактериявии саҳроӣ дар микробиоми воқеии хок санҷида нашудааст.
Иммобилизатсияи CuNP бо FTIR ва XRD чӣ гуна дастгирӣ шуд?
Дар плёнкаи SCM–3CNFs/1CuNPs бандҳои нави FTIR дар атрофи 659 ва 880 cm−1 гузориш шудаанд; онҳо мутаносибан бо пайвандҳои Cu–O ва Cu–OH вобаста карда шудаанд. Манбаъ ин натиҷаҳоро ҳамчун нишондиҳандаи ҳамтаъсири CuNP бо гурӯҳҳои полимерии дорои оксиген тафсир мекунад.
Дар таҳлили XRD дар плёнкаи дорои Cu/CuO қуллаҳо дар мавқеъҳои 2θ = 20,14°, 26,4°, 31,6° ва 35,9° гузориш шудаанд. Манбаъ ҷойивазкунии миёнаи қуллаҳоро нисбат ба арзишҳои истинодии JCPDS барои CuNP ва CuO мутаносибан %0,063 ва %0,124 дода, онҳоро бо иммобилизатсияи муваффақи нанозарраҳо дар матритсаи плёнка вобаста кардааст.
Чаро CuNP метавонад сохтори механикиро заиф карда бошад?
Дар манбаъ устувории плёнкаи SCM–3CNFs 3,87 MPa буд, дар ҳоле ки плёнкаи SCM–3CNFs/1CuNPs устувории 1,3 MPa нишон дод. Муаллифон пешниҳод мекунанд, ки CuNP бо гурӯҳҳои функсионалии дорои оксигени селлюлоза ҳамтаъсир шуда, пайвандҳои гидрогениро байни занҷирҳо заиф карда метавонад ва ин метавонад тамомияти механикиро коҳиш диҳад.
Дар мушоҳидаҳои SEM ноҳамвории сатҳи плёнкаи дорои CuNP зиёд шуда, тағйироти сохтории гетерогенӣ ва микротрещинаҳо гузориш шудаанд. Гарчанде ин тағйироти микросохторӣ бо коҳиши механикӣ мувофиқанд, таҳқиқот байни зичии микротрещинаҳо ва устувории механикӣ модели миқдории сабабӣ намесозад.
Иловаи CuNP рафтори гармиро чӣ гуна тағйир дод?
| Шароит | SCM–3CNFs | SCM–3CNFs/1CuNPs |
|---|---|---|
| То 300 °C | Тақрибан %15 талаф | Тақрибан %15 талаф; тадриҷитар |
| Таҷзияи асосӣ, 300–440 °C | Тақрибан %83 талафи масса | Тақрибан %75 талафи масса |
| Талафи умумии масса дар 800 °C | %93 | %85 |
| Боқимондаи тахминӣ дар 800 °C | %7 | %15 |
Манбаъ боқимондаи баландтари гармиро дар плёнкаи дорои CuNP бо саҳми нанозарраҳои металлӣ дар ташаккули боқимондаҳои оксиди ғайриорганикӣ ва фазаҳои карбонии устувортар ҳангоми таҷзияи гармӣ вобаста мекунад.
Оё 80 Рӯзи Биотаҷзияшавӣ дар Хок Бехатарии Плёнкаро дар Саҳро Исбот Мекунад?
Не. Таҷрибаи 80-рӯза нишон медиҳад, ки плёнка дар шароити назоратшавандаи хок миқдори назарраси масса гум кардааст ва дар чанд параметри агрохимиявии ченшудаи хок тағйироти калон дида нашудааст; аммо азбаски хориҷшавии Cu, фитотоксикии растанӣ, ҳосилнокӣ, микробиоми васеи хок, ҷамъшавии дарозмуддати Cu ва экотоксикологияи воқеии саҳроӣ чен нашудаанд, ин далели пурраи бехатарии экологӣ ё кишоварзӣ нест.
Профили вақтии биотаҷзияшавӣ
| Рӯз | Массаи ибтидоии боқимонда | Шарҳи манбаъ |
|---|---|---|
| 0–35 | Арзиши дақиқ дода нашудааст | Тағйироти назарраси масса мушоҳида нашуд. |
| 45 | Тақрибан %96 | Деформатсияи макроскопӣ ва талафи масса оғоз шуд. |
| 55 | %80 | Давраи тезшавии таҷзия. |
| 65 | %60 | Таҷзияи назаррас дар матритсаи полисахаридӣ. |
| 80 | %43 | Талафи умумии масса %57. |
Дар ҷараёни таҷриба ҳарорат дар ҳудуди 25–30 °C нигоҳ дошта шудааст. Манбаъ суст шудани суръати биотаҷзияшавиро пас аз рӯзи 70 бо эҳтимоли устувортар будани компонентҳои кристаллии CNF ва занҷирҳои полимерии тағйирёфтаи дорои Cu вобаста мекунад.
Маҳдудияти такрорпазирӣ: Дар бахши асосии усул майдон/массаи намуна, чуқурии гӯронидан, миқдори хоки истифодашуда, идоракунии об/намӣ, тартиби баровардан-шӯстан-хушконидани намуна ва шумораи такрорҳои биологӣ/техникӣ барои таҷрибаи гӯронидан дар хок муфассал дода нашудаанд. Аз ин рӯ, тартиби 80-рӯзаи биотаҷзияшавиро танҳо аз рӯи PDF пурра бозсозӣ кардан мумкин нест.
Ченкуниҳои агрохимиявии хок
| Шароити хок | pH | Гумус (%) | K (mg/kg) | P-и дастрас (mg/kg) | Намӣ (%) | S-и дастрас (mg/kg) | Нитрат N (mg/kg) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Пеш аз биотаҷзияшавӣ | 6,9 | 3,4 | 328,1 | 28,3 | 17,8 | 3,9 | 8,1 |
| Пас аз SCM–3CNFs | 7,0 | 3,4 | 327,4 | 27,1 | 19,2 | 3,7 | 8,0 |
| Пас аз SCM–3CNFs/1CuNPs | 7,0 | 3,4 | 308,2 | 26,5 | 20,2 | 3,4 | 7,8 |
Манбаъ махсус таъкид мекунад, ки pH аз 6,9 то 7,0 танҳо кам тағйир ёфтааст ва пас аз плёнкаи дорои CuNP намии хок аз %17,8 то %20,2 афзудааст. Муаллифон афзоиши намиро бо қобилияти нигоҳдории оби ҳосилаҳои гидрофилии селлюлоза ба монанди CMC ва маҳсулоти биотаҷзияшавӣ вобаста мекунанд.
Дар арзишҳои калий, фосфори дастрас, сулфур ва нитрати азот низ тағйирот ҳастанд. Манбаъ ин тағйиротро бо азхудкунии маводи ғизоӣ аз ҷониби растанӣ ва раванди биотаҷзияшавӣ тафсир мекунад. Бо вуҷуди ин, азбаски такрорҳои оморӣ ва санҷишҳои инференсиалии тарҳи таҷриба гузориш нашудаанд, ифодаи “тағйироти муҳим нест” набояд дар ин ҷо ҳамчун натиҷаи классикии номуҳимии оморӣ бар асоси p-арзиш тафсир шавад.
Муаллифон ҳамчунин идома ёфтани таҷзияи матритсаи полимерии плёнка аз ҷониби микрофлораи хокро чунин тафсир мекунанд, ки бори CuNP таҷзияи микробиро пурра бознадоштааст. Аммо дар таҳқиқот таркиби ҷомеаи микробӣ, шумораи умумии ҳуҷайраҳои зинда, фаъолияти ферментҳо ё секвениронии микробиом анҷом дода нашудааст. Аз ин рӯ, хулосаи “микроорганизмҳои хок таъсир надиданд” ченкунии мустақими микробиологӣ нест, балки тафсири муаллифон бар асоси идома ёфтани биотаҷзияшавӣ мебошад.
Усул ва Натиҷаҳои Таҳқиқот
Тартиби омода кардани плёнка
Маҳлули пешакӣ омодашудаи %3 CMC ва суспензияи %2,5 MCC бо таносуби 3:7 дар зарфи 50 mL омехта шудаанд. Суспензияҳои CNF ба андозаи %1, %3 ё %5 аз ҳаҷми умумӣ илова шуда, омехта 8 соат шадидан омехта шудааст.
Сипас 0,875 g крахмали ҷуворимаккаи оксидшуда илова ва 2 соат омехтаи магнитӣ истифода шудааст. Ба омехтаи плёнка ҳамчун пайвасткунандаи салибӣ 0,75 g ангидриди сукцинӣ ва ҳамчун пластификатор 3,8 mL глицерин илова шуда, дар ҳарорати хона 30 дақиқа омехта шудааст.
Омехта дар дастгоҳи SCIENTZ-3000F дар 45 kHz 30 дақиқа бо ултрасадо коркард ва барои дастгирии пайвастшавии салибӣ дар 60 ± 2 °C 16 соат дар кӯраи вакуумӣ хушк карда шудааст.
Тартиби омода кардани плёнкаи зиддибактериявӣ
Ба омехтаи интихобшудаи SCM–3CNFs 0,5 mL, 0,75 mL ё 1 mL суспензияи CuNP илова шуда, бо омехтаи магнитӣ 1 соат якхела карда шудааст. Омехта аз коркарди ултрасадоии 45 kHz гузаронида, ба қолабҳои пластикии дискшакл рехта ва дар 60 ± 2 °C 16 соат дар вакуум хушк карда шудааст.
Манбаъ дар ин зербахш давомнокии коркарди ултрасадоии 45 kHz-ро дубора равшан намегӯяд; аз ин рӯ, вақти қаблии 30-дақиқаии омодасозии плёнка барои плёнкаи CuNP худкорона фарз карда нашудааст.
Усулҳои характерикунонӣ
| Усул | Дастгоҳ / шароит | Ҳадаф |
|---|---|---|
| SEM | Quanta 200i 3D; вакууми баланд; электрони дуюмдараҷа; 15 kV | Морфологияи сатҳи MCC, CNF, CMC, крахмал ва плёнка |
| Озмоиши механикӣ | TA-3000; ҳудуди ченкунии 0,01–60 N; ҳаракати озмоиш 0,1 mm/дақ | Устувории механикӣ ва рафтори деформатсияи плёнка |
| FTIR | FTIR FT-801; ҳалли 1 cm−1; 25 °C; 100 скан | Гурӯҳҳои функсионалӣ ва ҳамтаъсири пайвастшавии салибӣ |
| XRD | X'Pert PRO; CuKα, λ = 0,1542 Å; 2θ = 10–40°; қадами 0,02°; 40 kV; 30–45 mA; 0,5 s/қадам | Сохтори кристаллӣ ва сигналҳои Cu/CuO |
| UV–Vis | PE-5400; дар манбаъ ҳудуди сканкунии 190–1000 nm, 240 nm/дақ | Абсорбсияи оптикии CuNP |
| Андозаи зарра | Zetasizer Nano ZS90 | Тақсимоти андозаи CuNP |
| TGA | STA200; аргон; 25 ± 2 mg; 30 ± 5 → 800 ± 5 °C; 10 ± 1 °C/дақ | Таҷзияи гармӣ ва массаи боқимонда |
Ёддошти манбаъ оид ба омодасозии намунаи SEM
Манбаъ гузориш медиҳад, ки намунаҳои 1 g аз хокаҳои MCC ва CNF алоҳида дар 50 mL оби деионидашуда ва дар муҳити дорои 10−3 mol/L консентратсияи нанозарраҳои нуқра дисперсия карда шуда, пас аз 2 соат омехтаи механикӣ филтр ва дар 50 ± 2 °C 1 соат хушк карда шудаанд. Бо вуҷуди он ки нанозарраи функсионалии асосии таҳқиқот CuNP мебошад, сабаби истифодаи нанозарраҳои Ag ҳангоми омодасозии SEM муфассал шарҳ дода нашудааст; ин тартиб дар шакли манбаъ нигоҳ дошта шудааст.
Арзёбии якҷояи натиҷаҳои асосии миқдорӣ
| Метрика | Натиҷа | Шароит / намуна |
|---|---|---|
| Баромади MCC | %52 | Экстраксияи пӯсти ҷуворимакка |
| Баромади CMC | %32 | Карбоксиметилкунии селлюлоза |
| Баромади крахмали оксидшуда | %76,45 | Оксидкунии H2O2 |
| Баромади CNF | %71 | Гидролизи кислотаи формик + ултрасадо |
| Диаметри CNF | Тақрибан 30–40 nm | SEM |
| Андозаи миёнаи CuNP | Тақрибан 44 nm | Таҳлили андозаи зарра |
| Устувории SCM–3CNF | 3,87 MPa | %3 CNF |
| Устувории SCM–3CNFs/1CuNPs | 1,3 MPa | 1 mL CuNP |
| Калонтарин минтақаи боздорӣ | Тақрибан 22 mm | 1 mL CuNP, B. mojavensis |
| Талафи умумии масса дар 800 °C | %85 | SCM–3CNFs/1CuNPs |
| Талафи масса дар хок дар 80 рӯз | %57 | SCM–3CNFs/1CuNPs |
Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ мекунад
- Аз пӯсти ҷуворимакка MCC ва CNF истеҳсол кардан мумкин буд.
- Коркарди пероксиди гидроген морфология ва гурӯҳҳои функсионалии дорои оксигени крахмалро тағйир дод.
- Дар байни нисбатҳои санҷидашудаи CNF, %3 CNF баландтарин устувории механикиро дод.
- Дар миқдорҳои санҷидашудаи CuNP минтақаи боздорӣ бо зиёд шудани бори CuNP калон шуд.
- SCM–3CNFs/1CuNPs нисбат ба B. mojavensis калонтарин минтақаи боздорӣ, тақрибан 22 mm, нишон дод.
- Иммобилизатсияи CuNP бо тағйироти сохторӣ вобаста карда шуд, ки чандирии плёнкаро зиёд, аммо устувории механикиро кам мекунад.
- Плёнкаи дорои CuNP дар 800 °C нисбат ба плёнкаи бе CuNP массаи боқимондаи бештар нишон дод.
- Плёнкаи SCM–3CNFs/1CuNPs дар шароити назоратшавандаи гӯронидан дар хок дар 80 рӯз %57 масса гум кард.
- pH-и ченшудаи хок аз 6,9 то 7,0 танҳо тағйироти хурд нишон дод.
Натиҷаҳо ва маҳдудиятҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ намекунад
- Таҳқиқот самаранокии мулчро дар шароити воқеии саҳро санҷида нашудааст.
- Ҳарорати хок, фурӯнишонии алафҳои бегона, талафи об аз сатҳи хок ё таъсири воқеии саҳроӣ ба ҳосилнокӣ чен нашудааст.
- Озмоиши зиддибактериявӣ танҳо бо B. mojavensis гузаронида шудааст; панели васеи фитопатогенҳо санҷида нашудааст.
- Миқдори хориҷшавии CuNP ё консентратсияи Cu-и ҳалшуда дар хок чен нашудааст.
- Фитотоксикии растанӣ арзёбӣ нашудааст.
- Ҷамъшавии дарозмуддати Cu дар хок арзёбӣ нашудааст.
- Таркиби микробиоми хок ё гуногунии микробӣ мустақим чен нашудааст.
- Гарчанде потенсиали бастабандии ғизо зикр шудааст, муҳоҷирати тамоси ғизоӣ, хусусиятҳои монеагӣ ва санҷишҳои бехатарии ғизо гузаронида нашудаанд.
- Протоколи муфассали гӯронидан дар хок барои таҷрибаи биотаҷзияшавӣ дар бахши асосии усул пурра дода нашудааст.
- Азбаски дар манбаъ омори инференсиалӣ, p-арзиш ё шумораи равшани такрорҳо гузориш нашудааст, аҳамияти омории фарқиятҳои байни таркибҳоро аз ҳамин PDF тасдиқ кардан мумкин нест.
Талаботе, ки манбаъ барои таҳқиқоти оянда нишон медиҳад
Муаллифон махсусан тавсия медиҳанд, ки бори CuNP тавре оптимизатсия шавад, ки миёни самаранокии зиддибактериявӣ ва устувории механикӣ тавозуни беҳтар диҳад. Онҳо ҳамчунин зарурати ченкунии миқдории хориҷшавии Cu, арзёбии фитотоксикии растанӣ ва бехатарии дарозмуддати муҳити зистро дар шароити воқеии саҳро ошкоро зикр мекунанд.
Ёддошт оид ба Манбаъ ва Усул
Таҳқиқоти аслӣ: Production of Oxidized Starch-Cellulose Based Antibacterial Nanomulching Film: Synthesis and Characterization.
Муаллифон: Kydyrmolla Akatan, Ainur Battalova, Nazym Sagiyeva, Nariman Kaiyrbekov, Ansagan Demeukhan, Esbol Shaimardan, Ainur Kabdrakhmanova, Madiar Beisebekov, Sana Kabdrakhmanova ва Sabu Thomas.
Муаллифони масъул: Kydyrmolla Akatan, Sana Kabdrakhmanova ва Sabu Thomas.
Муассисаҳо: 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.
Маҷалла: Eng.
Ношир: MDPI.
Ҷилд / шумора / рақами мақола: 7(9), 437.
DOI: 10.3390/eng7090437.
Пешниҳод: 31 Июл 2026.
Бознигарӣ: 24 Август 2026.
Қабул: 28 Август 2026.
Нашр: 1 Сентябр 2026.
Навъи манбаъ: Мақолаи таҷрибавии маводшиносӣ/муҳандисӣ.
Ҳолати ҳамсолсанҷӣ: Таҳқиқот мақолаи нашршуда дар маҷаллаи Eng мебошад; PDF-и боршуда ҳамчун preprint ишора нашудааст.
Литсензия: Creative Commons Attribution (CC BY).
Калимаҳои калидӣ: mulching film; cellulose nanofiber; oxidized starch; biofilm; composite film.
Организми озмоиши зиддибактериявӣ: Bacillus mojavensis.
Низоми асосии мавод: крахмали ҷуворимаккаи оксидшуда + CMC/MCC + CNF + ангидриди сукцинӣ + глицерин + CuNP.
Характеризатсияи асосӣ: SEM, FTIR, XRD, UV–Vis/андозаи зарра, озмоиши механикӣ ва TGA.
Арзёбии хок: Мушоҳидаи биотаҷзияшавӣ то 80 рӯз ва муқоисаи pH, гумус, калий, фосфори дастрас, намӣ, сулфури дастрас ва нитратии азот.
Маблағгузорӣ: Science Committee of the Ministry of Science and Higher Education of the Republic of Kazakhstan, Grant No. AP23490029.
Этикаи институтсионалӣ: Institutional Review Board — татбиқ намешавад.
Ризоияти огоҳона: татбиқ намешавад.
Дастрасии маълумот: Гуфта шудааст, ки маълумоти тавлидшуда ё таҳлилшуда дар таҳқиқот дар мақолаи нашршуда ҷой доранд; барои саволҳои иловагӣ метавон ба муаллифони масъул муроҷиат кард.
Бархӯрди манфиатҳо: Муаллифон изҳор кардаанд, ки бархӯрди манфиатҳо вуҷуд надорад.
Саҳми муаллифон: Консептуализатсия Kydyrmolla Akatan ва Sana Kabdrakhmanova; методология Kydyrmolla Akatan, Ainur Battalova ва Sana Kabdrakhmanova; санҷиш Nazym Sagiyeva, Nariman Kaiyrbekov ва Ansagan Demeukhan; таҳлили расмӣ Ainur Battalova, Esbol Shaimardan ва Ainur Kabdrakhmanova; таҳқиқот Kydyrmolla Akatan, Ainur Battalova, Nazym Sagiyeva, Nariman Kaiyrbekov, Ansagan Demeukhan, Esbol Shaimardan ва Ainur Kabdrakhmanova; захираҳо Madiar Beisebekov, Sana Kabdrakhmanova ва Sabu Thomas; куратсияи маълумот Nazym Sagiyeva, Nariman Kaiyrbekov ва Esbol Shaimardan; тарҳи аввал Kydyrmolla Akatan, Ainur Battalova ва Nazym Sagiyeva; бозбинӣ ва таҳрир Sana Kabdrakhmanova, Madiar Beisebekov ва Sabu Thomas; визуализатсия Ansagan Demeukhan, Esbol Shaimardan ва Ainur Kabdrakhmanova; роҳбарӣ Sana Kabdrakhmanova, Madiar Beisebekov ва Sabu Thomas; идоракунии лоиҳа Kydyrmolla Akatan ва Sana Kabdrakhmanova; дарёфти маблағ Kydyrmolla Akatan ва Madiar Beisebekov.
Номувофиқии химиявии дохили манбаъ: Дар рӯйхати мавод monochloroacetic acid омадааст, аммо дар зербахши синтези CMC trichloroacetic acid навишта шудааст. Азбаски реагенти дуруст аз файли манбаъ муайян карда намешавад, ислоҳи хомӯшона анҷом дода нашудааст.
Номувофиқии FTIR дар дохили манбаъ: Бахши усул ҳудуди 4500–4700 cm−1-ро гузориш медиҳад; дар натиҷаҳо бошад бандҳои тақрибан 656–3338 cm−1 ва спектри васеътари FTIR истифода шудаанд.
Фарқи UV–Vis дар дохили манбаъ: Дар бахши синтези CuNP ҳудуди 300–800 nm, дар бахши алоҳидаи усули UV ҳудуди 190–1000 nm нишон дода шудааст.
Маҳдудияти муҳими такрорпазирӣ: Андозаи намуна, чуқурии гӯронидан, массаи хок, назорати намӣ, шумораи такрорҳо ва протоколи ченкунии масса барои таҷрибаи биотаҷзияшавии хок дар усули асосии таҷрибавӣ муфассал нестанд.
Маҳдудияти оморӣ: Дар мақола барои муқоисаҳои механикӣ, зиддибактериявӣ ё хок бахши алоҳидаи таҳлили оморӣ, p-арзиш ё шумораи равшани такрорҳои биологӣ гузориш нашудааст.
Шарҳ гузоред
Нишонии почтаи электронии шумо нашр намешавад. Майдонҳои ҳатмӣ бо * нишон дода шудаанд