SCM–3CNFs/1CuNPs — oksidlangan makkajo‘xori kraxmali, karboksimetilsellyuloza (CMC), mikrokristall sellyuloza (MCC), %3 sellyuloza nanotolasi (CNF) va yashil usulda sintez qilingan mis nanozarrachalari (CuNPs) birlashtirilgan biologik parchalanadigan antibakterial nanokompozit plyonkadir. Tadqiqotda makkajo‘xori po‘stlog‘idan sellyuloza hosilalarini tayyorlash, kraxmalni vodorod peroksid bilan oksidlash, turli CNF ulushlarining mexanik mustahkamlikka ta’siri, CuNP qo‘shilishining antibakterial va mexanik natijalari hamda yakuniy plyonkaning FTIR, XRD, SEM, TGA va tuproqdagi biologik parchalanish xususiyatlari o‘rganilgan. %3 CNF saqlovchi plyonka 3,87 MPa bilan eng yuqori mexanik mustahkamlikni ko‘rsatgan; 1 mL CuNP saqlovchi SCM–3CNFs/1CuNPs taxminan 22 mm ingibitsiya zonasi bilan sinovdan o‘tkazilgan CuNP yuklamalari ichida eng yuqori antibakterial faollikni bergan. Biroq CuNP immobilizatsiyasi plyonkaning mexanik mustahkamligini 1,3 MPa gacha pasaytirgan. CuNP-li plyonka 80 kunlik tuproqqa ko‘mishdan so‘ng boshlang‘ich massasining %57 ini yo‘qotgan. Bu natijalar laboratoriya sharoitidagi material samaradorligini ko‘rsatadi; haqiqiy dala sharoitidagi mulchlash samarasi, Cu ajralishi, o‘simlik fitotoksikligi va uzoq muddatli ekologik xavfsizlik tadqiqot doirasida tasdiqlanmagan.
Nanokompozit dizaynining birinchi optimallashtirish bosqichi CNF ulushidir. CNF saqlamaydigan SCM plyonkasida mexanik mustahkamlik 0,68 MPa bo‘lgan bo‘lsa, %1 CNF bilan 1,39 MPa gacha, %3 CNF bilan 3,87 MPa gacha oshgan. CNF ulushi %5 ga ko‘tarilganda mustahkamlik 1,85 MPa gacha pasaygan. Manba bu pasayishni yuqori CNF tarkibida plyonkaning strukturaviy deformatsiyasi va erta sinishga moyilligi bilan bog‘lagan hamda keyingi antibakterial plyonka tayyorlash uchun %3 CNF ulushini tanlagan.
Ikkinchi optimallashtirish bosqichi CuNP yuklamasidir. 0,5; 0,75 va 1 mL CuNP suspenziyasi saqlovchi plyonkalarda Bacillus mojavensis ga qarshi taxminan 15, 18 va 22 mm ingibitsiya zonalari o‘lchangan. Shunday qilib, sinov sharoitlarida CuNP miqdori ortishi bilan ingibitsiya zonasi kengaygan. Biroq eng yuqori antibakterial samarani bergan 1 mL CuNP yuklamasi CNF bilan mustahkamlangan plyonkaning mexanik mustahkamligini 3,87 MPa dan 1,3 MPa gacha tushirgan. Demak, tadqiqot antibakterial funksiya bilan mexanik yaxlitlik o‘rtasida aniq material-dizayn murosasini ko‘rsatadi.
Tuproqqa ko‘mish tajribasida SCM–3CNFs/1CuNPs plyonkasida dastlabki 35 kun sezilarli massa o‘zgarishi kuzatilmagan; 45. kunda boshlang‘ich massaning taxminan %96 i, 55. kunda %80 i, 65. kunda %60 i va 80. kunda %43 i qolgan. Tuproq pH i 6,9 dan 7,0 ga o‘zgargan, humus esa %3,4 darajasida qolgan. Shunga qaramay, tadqiqot Cu ajralishini yoki uzoq muddatli tuproq ekotoksikligini bevosita o‘lchamagan.
Nega biologik parchalanadigan mulch plyonka ishlab chiqilmoqda?
Qishloq xo‘jaligida ishlatiladigan polietilen va polipropilen asosidagi an’anaviy mulch plyonkalar tuproq yuzasidan suv bug‘lanishini kamaytirishi, namlikni saqlashi va tuproq haroratini tartibga solishi mumkin. Biroq bu polimerlarning biologik parchalanmasligi foydalanilgandan keyin yig‘ish va qayta ishlash zaruratini tug‘diradi hamda uzoq muddatda tuproqda plastik qoldiqlarning to‘planishiga olib kelishi mumkin.
Tadqiqotdagi material dizayni ushbu muammoga biopolimer asosidagi muqobil yechim yaratishni maqsad qilgan. Kraxmal iqtisodiy va biologik parchalanadigan plyonka matritsasini bersa, sellyuloza tolalari mexanik mustahkamlashni ta’minlaydi. CuNP-lar esa plyonkaga antibakterial funksiya berish uchun qo‘shilgan.
Materialning asosiy tarkibiy qismlari nimalardan iborat?
| Tarkibiy qism | Manba / tayyorlash usuli | Tadqiqotdagi vazifasi |
|---|---|---|
| Oksidlangan makkajo‘xori kraxmali | Makkajo‘xori kraxmalini H2O2 bilan oksidlash | Biopolimer plyonka matritsasi va reaktiv karbonil/karboksil guruhlari |
| MCC | Makkajo‘xori po‘stlog‘idan peroksisirka kislotasi bilan ekstraksiya | Sellyulozali strukturaviy tarkibiy qism |
| CMC | Sellyulozani karboksimetillash | Gidrofil plyonka matritsasi va plyonka hosil qilish |
| CNF | MCC ni chumoli kislotasi gidrolizi va ultratovush ishlovi bilan nanotolalash | Mexanik mustahkamlash |
| Suktsin angidridi | Plyonka aralashmasiga qo‘shilgan ko‘ndalang bog‘lovchi | Polimer zanjirlari orasida tarmoq hosil bo‘lishini qo‘llab-quvvatlash |
| Glitserol | Plyonka aralashmasiga 3,8 mL qo‘shilgan | Plastifikator |
| CuNP | Cu(NO3)2 + gibiskus ekstrakti bilan yashil sintez | Antibakterial tarkibiy qism |
Makkajo‘xori po‘stlog‘idan MCC qanday tayyorlangan?
Erta pishadigan makkajo‘xori navining po‘stlog‘idan olingan 10 g xomashyo qattiq/suyuqlik nisbati 1:18 g/mL bo‘ladigan tarzda peroksisirka kislotasi bilan ishlangan. Delignifikatsiya 90 ± 2 °C da uzluksiz aralashtirish sharoitida 40 daqiqa davom ettirilgan. Suspenziya 25 ± 2 °C gacha sovutilgach, MCC filtr orqali ajratilgan, distillangan suv bilan pH 7 gacha neytrallangan va 70 ± 2 °C da 4 soat davomida doimiy massagacha quritilgan.
Manba MCC chiqimini %52 deb bildiradi. SEM baholashida MCC tolalari taxminan 150–200 µm uzunlik va 13–20 µm kenglikda, dag‘al yuzali tasmasimon tuzilmalarni ko‘rsatgan.
CMC sintezi
Manbada 5 g sellyuloza, 100 mL %95 etanol va 10 mL %45 NaOH eritmasi bilan xona haroratida 750 rpm da 60 daqiqa aralashtirilgan. Keyin usul matniga ko‘ra 5 mL trixlorsirka kislotasi qo‘shilib, reaksiya 60 °C suv hammomida 60 daqiqa davom ettirilgan. Aralashma 25 ± 2 °C gacha sovutilgan, muzli sirka kislotasi bilan pH 6–7 gacha keltirilgan, filtrlangan va 500 mL %80 etanol bilan Soxhlet qurilmasida 3 soat yuvilgan. CMC chiqimi %32.
Manba nomuvofiqligi: Materiallar ro‘yxatida monoxlorsirka kislotasi keltirilgan, usul bo‘limida esa trixlorsirka kislotasi yozilgan. Verianla ushbu kimyoviy nomni yashirincha o‘zgartirmaydi; haqiqiy reaktiv qaysi biri ekani faqat ushbu PDF asosida aniqlab bo‘lmaydi.
Kraxmal nega oksidlangan?
Makkajo‘xori kraxmali va suv 1:10 g/mL nisbatda tayyorlangan va 80 ± 2 °C da 1 soat aralashtirilgan. Aralashma 25 ± 2 °C gacha sovutilgach, 100 mL %8 H2O2 tomchilab qo‘shilgan va xona haroratida 24 soat aralashtirilgan. Suspenziya pH 7 gacha yuvilgan/neytrallangan va 50 ± 2 °C da vakuum ostida doimiy massagacha quritilgan.
Oksidlangan kraxmal chiqimi %76,45; karboksil guruhi miqdori %0,0675 va karbonil guruhi miqdori %0,3192 deb bildirilgan. SEM da boshlang‘ich kraxmal taxminan 6–16 µm zich granulalarni ko‘rsatgan bo‘lsa, oksidlangan kraxmal 106–208 µm oralig‘ida kattaroq, plastinkasimon va g‘ovak tuzilmalarga aylangan.
CNF qanday tayyorlangan?
Sellyuloza nanotolalari manbada avvalgi tadqiqotga tayanuvchi chumoli kislotasi gidrolizi orqali tayyorlangan. Olingan suspenziya 3000 rpm da sentrifugalangan, distillangan suv bilan pH 7 gacha neytrallangan, SCIENTZ-3000F ultratovushli gomogenizatorda 40 kHz da 15 daqiqa ishlangan va −40 °C da 3 soat liyofilizatsiya qilingan. CNF chiqimi %71.
SEM tahlilida CNF-lar bir-biriga chirmashgan ipsimon fibrillalar ko‘rinishida kuzatilgan va fibrilla diametri taxminan 30–40 nm deb bildirilgan. Manba chumoli kislotasi gidrolizining to‘liq reaksiya sharoitlarini ushbu maqolada qayta bermaydi va avvalgi tadqiqotiga yo‘naltiradi.
Nega %3 CNF Eng Yuqori Mexanik Mustahkamlikni Berdi?
Tadqiqot sinagan tarkiblarda %3 CNF polimer matritsasini mustahkamlash uchun yetarli nanotola bergani, ammo %5 CNF darajasida kuzatilgan strukturaviy deformatsiya va erta sinishga moyillik darajasiga yetmagani sababli eng yuqori mexanik mustahkamlikni ko‘rsatgan; bu natija faqat sinovdan o‘tkazilgan %0, %1, %3 va %5 CNF tarkiblari uchun amal qiladi.
| Plyonka | CNF tarkibi | Mexanik mustahkamlik (MPa) | SCM ga nisbatan taxminiy o‘zgarish |
|---|---|---|---|
| SCM | %0 | 0,68 | Etalon |
| SCM–1CNF | %1 | 1,39 | Taxminan 2 baravar |
| SCM–3CNF | %3 | 3,87 | Taxminan 5,7 baravar |
| SCM–5CNF | %5 | 1,85 | Taxminan 2,7 baravar |
SCM–1CNF, SCM–3CNF va SCM–5CNF plyonkalarining o‘rtacha qalinligi 38 ± 5 µm deb o‘lchangan. Manba plyonkalarni makroskopik jihatdan yarim shaffof, egiluvchan va bir jinsli tuzilishga ega deb ta’riflaydi.
FTIR plyonka tarmog‘ining hosil bo‘lishi haqida nimani ko‘rsatdi?
MCC va CNF spektrlarida 655,9; 891; 1014,7; 1053,3; 1153,6; 1253,9; 1307,9; 1365,8; 1412,1; 1635,9; 2889,8 va 3337,8 cm−1 atrofida sellyuloza tuzilishiga tegishli deb qaralgan turli polosalar bildirilgan. CMC da 3200–3600 cm−1 OH sohasi, taxminan 1680 cm−1 karbonil polosasi va 1000–1200 cm−1 oralig‘ida C–O ni o‘z ichiga oluvchi tebranishlar aniqlangan.
Oksidlangan kraxmalda 1680 cm−1 polosasi oksidlanish natijasida hosil bo‘lgan karboksil/karbonil guruhlari bilan bog‘langan. SCM–3CNFs plyonkasida ushbu polosa intensivligining kamayishi mualliflar tomonidan suktsin angidridi va polimer zanjirlaridagi kislorod saqlovchi funksional guruhlar o‘rtasidagi ko‘ndalang bog‘lanish o‘zaro ta’sirlari bilan izohlangan.
Manba usuliga oid izoh: FTIR usuli bo‘limi “4500–4700 cm−1” oralig‘ini bildiradi; biroq natijalar sharhlanadigan polosalar taxminan 656–3338 cm−1 oralig‘ida bo‘lib, manba spektri o‘qi kengroq. Shu sababli keltirilgan usul oralig‘ida yozuv yoki hisobot nomuvofiqligi bo‘lishi mumkin; Verianla bu oraliqni o‘zicha tuzatmaydi.
XRD nimani ko‘rsatdi?
MCC va CNF namunalarida 2θ = 15,6°, 16,5°, 22,2° va 34,5° cho‘qqilar bildirilgan. CMC da 21,3° atrofida xarakteristik signal kuzatilgan; oksidlangan kraxmalda 17,6°, 18,4° va 23,0° atrofida A-turdagi kraxmal tuzilishi bilan bog‘langan past intensivlikli cho‘qqilar aniqlangan.
SCM–3CNFs plyonkasida boshlang‘ich tarkibiy qismlarning signallari ustma-ust tushgan va intensivligi susaygan. Manba buni plyonka hosil bo‘lishi davomida tarkibiy qismlarning strukturaviy o‘zgarishga uchrashi bilan bog‘laydi.
Mis nanozarrachalari qanday tayyorlangan?
Yashil sintezda 50 mL 0,1 M Cu(NO3)2 eritmasi 70 °C gacha qizdirilgan, so‘ng qaytaruvchi agent sifatida 50 mL suvli gibiskus ekstrakti qo‘shilgan. Aralashma 6 soat davomida uzluksiz aralashtirilgan va och qizg‘ish rang paydo bo‘lishi kuzatilgan.
UV–Vis tahlilida taxminan 386 nm va 516 nm da ikkita absorbsiya polosasi bildirilgan. Manba ularni mos ravishda CuO va metall Cu zarrachalarining sirt plazmon xususiyatlari bilan bog‘laydi. O‘rtacha CuNP zarracha o‘lchami taxminan 44 nm deb topilgan.
Manba usuli izohi: CuNP sintezi kichik bo‘limida UV–Vis xarakterizatsiyasi 300–800 nm oralig‘ida berilgan bo‘lsa, alohida UV usuli bo‘limida PE-5400 qurilmasi uchun 190–1000 nm skanerlash oralig‘i ko‘rsatilgan. Har ikkala qiymat manbada mavjud va Verianla ulardan birini yashirincha boshqasining o‘rniga qo‘ymaydi.
CuNP Qo‘shilishi Antibakterial Samaradorlik va Mexanik Mustahkamlik O‘rtasida Qanday Murosa Hosil Qildi?
CuNP yuklamasini oshirish Bacillus mojavensis ga qarshi ingibitsiya zonasini taxminan 15 mm dan 22 mm gacha oshirgan bir paytda, eng yuqori CuNP yuklamasiga ega SCM–3CNFs/1CuNPs plyonkasining mexanik mustahkamligi 3,87 MPa dan 1,3 MPa gacha kamaygan; ya’ni sinov sharoitlarida antibakterial yutuq mexanik mustahkamlik yo‘qotilishi bilan birga yuz bergan.
| Plyonka | Qo‘shilgan CuNP suspenziyasi | Manbada berilgan konsentratsiya ifodasi | Taxminiy ingibitsiya zonasi |
|---|---|---|---|
| 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 |
Manba CuNP hajmi oshishi bilan birga mg/mL qiymatlarini ham turlicha beradi. Agar bir xil stok suspenziyaning faqat hajmi o‘zgarsa, konsentratsiya o‘zgarmasligi kutilardi; biroq PDF bu ifodalar aynan stok konsentratsiyasimi yoki qo‘shilgan umumiy Cu miqdoridan hosil qilingan qiymatmi, buni batafsil tushuntirmaydi. Shu sababli raqamlar manbadagi shaklida saqlangan.
Antibakterial testda Bacillus mojavensis suspenziyasi 0,5 McFarland loyqaligiga, ya’ni 600 nm da taxminan 0,08–0,12 optik zichlikka sozlangan. Bir xil diametrli plyonka disklari inokulyatsiya qilingan agarga joylashtirilgan, eritromitsin musbat nazorat va faol komponent saqlamaydigan namunalar manfiy nazorat sifatida ishlatilgan. Petri kosachalari 37 °C da 24 soat inkubatsiya qilingan.
Bu tajriba faqat ishlatilgan B. mojavensis shtammi va agar diffuziyasi sharoitlari uchun antibakterial samaradorlikni ko‘rsatadi. Plyonka dala patogenlarining keng paneliga qarshi, o‘simlik kasalliklarini bostirishda yoki haqiqiy tuproq mikrobiomi ustida antibakterial dala mahsuloti sifatida sinovdan o‘tkazilmagan.
CuNP immobilizatsiyasi FTIR va XRD bilan qanday qo‘llab-quvvatlangan?
SCM–3CNFs/1CuNPs plyonkasida 659 va 880 cm−1 atrofida yangi FTIR polosalari bildirilgan; ular mos ravishda Cu–O va Cu–OH bog‘lari bilan bog‘langan. Manba bu natijalarni CuNP-larning kislorod saqlovchi polimer guruhlari bilan o‘zaro ta’sirining ko‘rsatkichi sifatida talqin qiladi.
XRD tahlilida Cu/CuO saqlovchi plyonkada 2θ = 20,14°, 26,4°, 31,6° va 35,9° nuqtalarda cho‘qqilar qayd etilgan. Manba CuNP va CuO uchun etalon JCPDS qiymatlariga ko‘ra o‘rtacha cho‘qqi siljishlarini mos ravishda %0,063 va %0,124 deb bergan va ularni nanozarrachalarning plyonka matritsasiga muvaffaqiyatli immobilizatsiyasi bilan bog‘lagan.
CuNP mexanik tuzilmani nega zaiflashtirgan bo‘lishi mumkin?
Manbada SCM–3CNFs plyonkasi mustahkamligi 3,87 MPa bo‘lgan bo‘lsa, SCM–3CNFs/1CuNPs plyonkasi 1,3 MPa mustahkamlik ko‘rsatgan. Mualliflar CuNP-lar sellyulozaning kislorod saqlovchi funksional guruhlari bilan o‘zaro ta’sirlashib, zanjirlar orasidagi vodorod bog‘larini zaiflashtirishi va buning mexanik yaxlitlikni pasaytirishi mumkinligini ilgari suradilar.
SEM kuzatuvlarida CuNP saqlovchi plyonka yuzasining g‘adir-budurligi oshgani, geterogen strukturaviy o‘zgarishlar va mikroyoriqlar qayd etilgan. Ushbu mikrostrukturaviy o‘zgarishlar mexanik pasayish bilan mos bo‘lsa-da, tadqiqot mikroyoriq zichligi bilan mexanik mustahkamlik o‘rtasida miqdoriy sababiy model qurmaydi.
CuNP qo‘shilishi termik xatti-harakatni qanday o‘zgartirdi?
| Sharoit | SCM–3CNFs | SCM–3CNFs/1CuNPs |
|---|---|---|
| 300 °C gacha | Taxminan %15 yo‘qotish | Taxminan %15 yo‘qotish; bosqichma-bosqichroq |
| Asosiy parchalanish, 300–440 °C | Taxminan %83 massa yo‘qotilishi | Taxminan %75 massa yo‘qotilishi |
| 800 °C dagi umumiy massa yo‘qotilishi | %93 | %85 |
| 800 °C da taxminiy qoldiq | %7 | %15 |
Manba CuNP saqlovchi plyonkadagi yuqoriroq termik qoldiqni metall nanozarrachalarning termik parchalanish vaqtida noorganik oksid qoldiqlari va barqarorroq uglerodli fazalar hosil bo‘lishiga qo‘shgan hissasi bilan bog‘laydi.
80 Kunlik Tuproqdagi Biologik Parchalanish Plyonkaning Dala Xavfsizligini Isbotlaydimi?
Yo‘q. 80 kunlik tajriba plyonkaning nazorat qilinadigan tuproq sharoitida sezilarli massa yo‘qotganini va o‘lchangan bir nechta agrokimyoviy tuproq parametrlarida katta o‘zgarish kuzatilmaganini ko‘rsatadi; biroq Cu ajralishi, o‘simlik fitotoksikligi, hosildorlik, keng tuproq mikrobiomi, uzoq muddatli Cu to‘planishi va haqiqiy dala ekotoksikologiyasi o‘lchanmaganligi sababli bu to‘liq ekologik yoki qishloq xo‘jaligi xavfsizligi isboti emas.
Biologik parchalanishning vaqt profili
| Kun | Qolgan boshlang‘ich massa | Manba izohi |
|---|---|---|
| 0–35 | Aniq qiymat berilmagan | Sezilarli massa o‘zgarishi kuzatilmagan. |
| 45 | Taxminan %96 | Makroskopik deformatsiya va massa yo‘qotilishi boshlangan. |
| 55 | %80 | Tezlashgan parchalanish davri. |
| 65 | %60 | Polisaxarid matritsasida sezilarli parchalanish. |
| 80 | %43 | Umumiy massa yo‘qotilishi %57. |
Tajriba vaqtida harorat 25–30 °C oralig‘ida saqlangan. Manba 70. kundan keyin biologik parchalanish tezligi sekinlashganini va buni kristalliroq CNF tarkibiy qismlari hamda Cu saqlovchi modifikatsiyalangan polimer zanjirlarining chidamliroq bo‘lishi mumkinligi bilan bog‘laydi.
Qayta ishlab chiqarish chegarasi: Asosiy usul bo‘limida tuproqqa ko‘mish tajribasining namuna maydoni/massasi, ko‘mish chuqurligi, ishlatilgan tuproq miqdori, suv/namlik boshqaruvi, namunani chiqarish-yuvish-quritish tartibi va biologik/texnik takrorlar soni batafsil berilmagan. Shu sababli 80 kunlik biologik parchalanish tartibini faqat PDF asosida to‘liq qayta tiklab bo‘lmaydi.
Tuproqning agrokimyoviy o‘lchovlari
| Tuproq sharoiti | pH | Humus (%) | K (mg/kg) | O‘zlashtiriladigan P (mg/kg) | Namlik (%) | O‘zlashtiriladigan S (mg/kg) | Nitrat N (mg/kg) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Biologik parchalanishdan oldin | 6,9 | 3,4 | 328,1 | 28,3 | 17,8 | 3,9 | 8,1 |
| SCM–3CNFs dan keyin | 7,0 | 3,4 | 327,4 | 27,1 | 19,2 | 3,7 | 8,0 |
| SCM–3CNFs/1CuNPs dan keyin | 7,0 | 3,4 | 308,2 | 26,5 | 20,2 | 3,4 | 7,8 |
Manba ayniqsa pH 6,9 dan 7,0 ga faqat kichik o‘zgarish ko‘rsatganini va CuNP-li plyonkadan keyin tuproq namligi %17,8 dan %20,2 gacha oshganini ta’kidlaydi. Mualliflar namlik ortishini CMC kabi gidrofil sellyuloza hosilalarining suv ushlash qobiliyati va biologik parchalanish mahsulotlari bilan bog‘laydilar.
Kaliy, o‘zlashtiriladigan fosfor, oltingugurt va nitrat azoti qiymatlarida ham o‘zgarishlar mavjud. Manba bu o‘zgarishlarni o‘simlikning oziq moddalarni o‘zlashtirishi va biologik parchalanish jarayoni bilan izohlaydi. Biroq tajriba dizaynining statistik takrorlari va inferensial testlari bildirilmaganligi sababli “muhim o‘zgarish yo‘q” ifodasi bu yerda klassik p-qiymatga asoslangan statistik ahamiyatsizlik natijasi sifatida talqin qilinmasligi kerak.
Mualliflar, shuningdek, plyonka polimer matritsasining tuproq mikroflorasi tomonidan parchalanishda davom etishini CuNP yuklamasi mikrobial parchalanishni butunlay to‘xtatmagan deb talqin qiladilar. Biroq tadqiqotda mikrob jamoasi tarkibi, umumiy tirik hujayralar soni, ferment faolligi yoki mikrobiom sekvenslash o‘tkazilmagan. Shu sababli “tuproq mikroorganizmlari ta’sirlanmadi” xulosasi bevosita mikrobiologik o‘lchov emas, biologik parchalanishning davom etishiga asoslangan muallif talqinidir.
Tadqiqot Usuli va Natijalari
Plyonka tayyorlash tartibi
Oldindan tayyorlangan %3 CMC eritmasi bilan %2,5 MCC suspenziyasi 3:7 nisbatda 50 mL li idishda aralashtirilgan. CNF suspenziyalari umumiy hajmning %1, %3 yoki %5 i bo‘ladigan tarzda qo‘shilgan va aralashma 8 soat kuchli aralashtirilgan.
So‘ng 0,875 g oksidlangan makkajo‘xori kraxmali qo‘shilgan va 2 soat magnitli aralashtirish qo‘llangan. Plyonka aralashmasiga ko‘ndalang bog‘lovchi sifatida 0,75 g suktsin angidridi va plastifikator sifatida 3,8 mL glitserol qo‘shilib, xona haroratida 30 daqiqa aralashtirilgan.
Aralashma SCIENTZ-3000F qurilmasida 45 kHz da 30 daqiqa ultratovush bilan ishlangan va ko‘ndalang bog‘lanishni qo‘llab-quvvatlash uchun 60 ± 2 °C da 16 soat vakuum pechida quritilgan.
Antibakterial plyonka tayyorlash tartibi
Tanlangan SCM–3CNFs plyonka aralashmasiga 0,5 mL, 0,75 mL yoki 1 mL CuNP suspenziyasi qo‘shilib, 1 soat magnitli aralashtirish bilan gomogenlashtirilgan. Aralashma 45 kHz ultratovush ishlovidan o‘tkazilgan, disk shaklidagi plastik qoliplarga quyilgan va 60 ± 2 °C da 16 soat vakuumda quritilgan.
Manba ushbu kichik bo‘limda 45 kHz ultratovush ishlovining davomiyligini aniq qayta ko‘rsatmaydi; shu sababli avvalgi 30 daqiqalik plyonka tayyorlash vaqti CuNP-li plyonka uchun avtomatik ravishda qabul qilinmagan.
Xarakterizatsiya usullari
| Usul | Qurilma / sharoit | Maqsad |
|---|---|---|
| SEM | Quanta 200i 3D; yuqori vakuum; ikkilamchi elektron; 15 kV | MCC, CNF, CMC, kraxmal va plyonka sirt morfologiyasi |
| Mexanik test | TA-3000; 0,01–60 N o‘lchash oralig‘i; sinov harakati 0,1 mm/min | Plyonkaning mexanik mustahkamligi va deformatsiya xatti-harakati |
| FTIR | FTIR FT-801; 1 cm−1 aniqlik; 25 °C; 100 skan | Funksional guruh va ko‘ndalang bog‘lanish o‘zaro ta’sirlari |
| XRD | X'Pert PRO; CuKα, λ = 0,1542 Å; 2θ = 10–40°; 0,02° qadam; 40 kV; 30–45 mA; 0,5 s/qadam | Kristall tuzilish va Cu/CuO signallari |
| UV–Vis | PE-5400; manbada 190–1000 nm skanerlash oralig‘i, 240 nm/min | CuNP optik absorbsiya |
| Zarracha o‘lchami | Zetasizer Nano ZS90 | CuNP o‘lcham taqsimoti |
| TGA | STA200; argon; 25 ± 2 mg; 30 ± 5 → 800 ± 5 °C; 10 ± 1 °C/min | Termik parchalanish va qoldiq massa |
SEM namunasini tayyorlash bo‘yicha manba izohi
Manbada MCC va CNF kukunlaridan 1 g lik namunalar alohida 50 mL deionizatsiyalangan suvda va 10−3 mol/L konsentratsiyada kumush nanozarrachalari mavjud muhitda dispersiyalangan, 2 soat mexanik aralashtirilgach filtrlangan va 50 ± 2 °C da 1 soat quritilganligi bildirilgan. Tadqiqotning asosiy funksional nanozarrachasi CuNP bo‘lishiga qaramay, SEM tayyorlashda Ag nanozarrachalari nima sababdan ishlatilgani batafsil tushuntirilmagan; bu protsedura manbada qanday berilgan bo‘lsa, shunday saqlangan.
Asosiy miqdoriy natijalarni birgalikda baholash
| Ko‘rsatkich | Natija | Sharoit / namuna |
|---|---|---|
| MCC chiqimi | %52 | Makkajo‘xori po‘stlog‘i ekstraksiyasi |
| CMC chiqimi | %32 | Sellyulozani karboksimetillash |
| Oksidlangan kraxmal chiqimi | %76,45 | H2O2 oksidlanishi |
| CNF chiqimi | %71 | Chumoli kislotasi gidrolizi + ultratovush |
| CNF diametri | Taxminan 30–40 nm | SEM |
| CuNP o‘rtacha o‘lchami | Taxminan 44 nm | Zarracha o‘lchami tahlili |
| SCM–3CNF mustahkamligi | 3,87 MPa | %3 CNF |
| SCM–3CNFs/1CuNPs mustahkamligi | 1,3 MPa | 1 mL CuNP |
| Eng katta ingibitsiya zonasi | Taxminan 22 mm | 1 mL CuNP, B. mojavensis |
| 800 °C dagi umumiy massa yo‘qotilishi | %85 | SCM–3CNFs/1CuNPs |
| 80 kunlik tuproqdagi massa yo‘qotilishi | %57 | SCM–3CNFs/1CuNPs |
Tadqiqot qo‘llab-quvvatlaydigan xulosalar
- Makkajo‘xori po‘stlog‘idan MCC va CNF ishlab chiqarish mumkin bo‘lgan.
- Vodorod peroksid ishlovi kraxmalning morfologiyasi va kislorod saqlovchi funksional guruhlarini o‘zgartirgan.
- Sinovdan o‘tkazilgan CNF ulushlari ichida %3 CNF eng yuqori mexanik mustahkamlikni bergan.
- Sinovdan o‘tkazilgan CuNP miqdorlarida CuNP yuklamasi oshgani sari ingibitsiya zonasi kattalashgan.
- SCM–3CNFs/1CuNPs B. mojavensis ga qarshi taxminan 22 mm lik eng katta ingibitsiya zonasini ko‘rsatgan.
- CuNP immobilizatsiyasi plyonkaning egiluvchanligini oshiruvchi, ammo mexanik mustahkamligini kamaytiruvchi strukturaviy o‘zgarish bilan bog‘langan.
- CuNP saqlovchi plyonka 800 °C da CuNP saqlamaydigan plyonkaga qaraganda yuqoriroq qoldiq massa ko‘rsatgan.
- SCM–3CNFs/1CuNPs plyonkasi nazorat qilinadigan tuproqqa ko‘mish sharoitida 80 kunda %57 massa yo‘qotgan.
- O‘lchangan tuproq pH i 6,9 dan 7,0 ga faqat kichik o‘zgarish ko‘rsatgan.
Tadqiqot qo‘llab-quvvatlamaydigan xulosalar va cheklovlar
- Tadqiqot haqiqiy dala sharoitida mulchlash samaradorligini sinamagan.
- Tuproq harorati, begona o‘tlarni bostirish, tuproq yuzasidan suv yo‘qotilishi yoki hosildorlikka haqiqiy dala ta’siri o‘lchanmagan.
- Antibakterial test faqat B. mojavensis bilan o‘tkazilgan; keng fitopatogenlar paneli sinovdan o‘tkazilmagan.
- CuNP ajralish miqdori yoki tuproqdagi erigan Cu konsentratsiyasi o‘lchanmagan.
- O‘simlik fitotoksikligi baholanmagan.
- Uzoq muddatli tuproq Cu to‘planishi baholanmagan.
- Tuproq mikrobiomi tarkibi yoki mikrob xilma-xilligi bevosita o‘lchanmagan.
- Oziq-ovqat qadoqlash salohiyati ko‘rsatilgan bo‘lsa-da, oziq-ovqat bilan kontakt migratsiyasi, to‘siq xususiyatlari va oziq-ovqat xavfsizligi sinovlari o‘tkazilmagan.
- Biologik parchalanish tajribasining batafsil tuproqqa ko‘mish protokoli asosiy usul bo‘limida to‘liq berilmagan.
- Manbada inferensial statistika, p-qiymat yoki aniq takrorlar soni bildirilmaganligi sababli tarkiblar orasidagi farqlarning statistik ahamiyatini ushbu PDF asosida tasdiqlab bo‘lmaydi.
Kelajak tadqiqotlari uchun manbada ko‘rsatilgan talablar
Mualliflar ayniqsa CuNP yuklamasini antibakterial samaradorlik va mexanik mustahkamlik o‘rtasida yaxshiroq muvozanat ta’minlaydigan tarzda optimallashtirishni tavsiya qiladilar. Bundan tashqari, Cu ajralishini miqdoriy o‘lchash, o‘simlik fitotoksikligi va haqiqiy dala sharoitida uzoq muddatli ekologik xavfsizlikni baholash zarurligini ochiq ta’kidlaydilar.
Manba va Usul Haqida Izoh
Asl tadqiqot: Production of Oxidized Starch-Cellulose Based Antibacterial Nanomulching Film: Synthesis and Characterization.
Mualliflar: Kydyrmolla Akatan, Ainur Battalova, Nazym Sagiyeva, Nariman Kaiyrbekov, Ansagan Demeukhan, Esbol Shaimardan, Ainur Kabdrakhmanova, Madiar Beisebekov, Sana Kabdrakhmanova va Sabu Thomas.
Mas’ul mualliflar: Kydyrmolla Akatan, Sana Kabdrakhmanova va Sabu Thomas.
Muassasalar: 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.
Jurnal: Eng.
Nashriyot: MDPI.
Jild / son / maqola raqami: 7(9), 437.
DOI: 10.3390/eng7090437.
Topshirilgan: 31 Iyul 2026.
Qayta ko‘rib chiqilgan: 24 Avgust 2026.
Qabul qilingan: 28 Avgust 2026.
Nashr qilingan: 1 Sentyabr 2026.
Manba turi: Eksperimental material/muhandislik tadqiqot maqolasi.
Taqriz holati: Tadqiqot Eng jurnalida nashr qilingan maqoladir; yuklangan PDF preprint sifatida belgilangan emas.
Litsenziya: Creative Commons Attribution (CC BY).
Kalit so‘zlar: mulching film; cellulose nanofiber; oxidized starch; biofilm; composite film.
Antibakterial test organizmi: Bacillus mojavensis.
Asosiy material tizimi: oksidlangan makkajo‘xori kraxmali + CMC/MCC + CNF + suktsin angidridi + glitserol + CuNP.
Asosiy xarakterizatsiya: SEM, FTIR, XRD, UV–Vis/zarracha o‘lchami, mexanik test va TGA.
Tuproq baholashi: 80 kungacha biologik parchalanishni kuzatish hamda pH, humus, kaliy, o‘zlashtiriladigan fosfor, namlik, o‘zlashtiriladigan oltingugurt va nitrat azotini taqqoslash.
Moliyalashtirish: Science Committee of the Ministry of Science and Higher Education of the Republic of Kazakhstan, Grant No. AP23490029.
Institutsional etika: Institutional Review Board — qo‘llanilmaydi.
Axborotli rozilik: qo‘llanilmaydi.
Ma’lumotlardan foydalanish: Tadqiqotda yaratilgan yoki tahlil qilingan ma’lumotlar nashr qilingan maqolada mavjud ekani; qo‘shimcha savollar uchun mas’ul mualliflarga murojaat qilish mumkinligi ko‘rsatilgan.
Manfaatlar to‘qnashuvi: Mualliflar manfaatlar to‘qnashuvi yo‘qligini bildirgan.
Muallif hissalari: Konseptuallashtirish Kydyrmolla Akatan va Sana Kabdrakhmanova; metodologiya Kydyrmolla Akatan, Ainur Battalova va Sana Kabdrakhmanova; validatsiya Nazym Sagiyeva, Nariman Kaiyrbekov va Ansagan Demeukhan; formal tahlil Ainur Battalova, Esbol Shaimardan va Ainur Kabdrakhmanova; tadqiqot Kydyrmolla Akatan, Ainur Battalova, Nazym Sagiyeva, Nariman Kaiyrbekov, Ansagan Demeukhan, Esbol Shaimardan va Ainur Kabdrakhmanova; resurslar Madiar Beisebekov, Sana Kabdrakhmanova va Sabu Thomas; ma’lumotlar kuratsiyasi Nazym Sagiyeva, Nariman Kaiyrbekov va Esbol Shaimardan; dastlabki qoralama Kydyrmolla Akatan, Ainur Battalova va Nazym Sagiyeva; ko‘rib chiqish va tahrirlash Sana Kabdrakhmanova, Madiar Beisebekov va Sabu Thomas; vizualizatsiya Ansagan Demeukhan, Esbol Shaimardan va Ainur Kabdrakhmanova; ilmiy rahbarlik Sana Kabdrakhmanova, Madiar Beisebekov va Sabu Thomas; loyiha boshqaruvi Kydyrmolla Akatan va Sana Kabdrakhmanova; moliyalashtirishni jalb qilish Kydyrmolla Akatan va Madiar Beisebekov.
Manba ichidagi kimyoviy nomuvofiqlik: Materiallar ro‘yxatida monochloroacetic acid mavjud, CMC sintezi kichik bo‘limida esa trichloroacetic acid yozilgan. To‘g‘ri reaktiv manba faylidan aniqlab bo‘lmagani uchun yashirin tuzatish kiritilmagan.
Manba ichidagi FTIR nomuvofiqligi: Usul bo‘limi 4500–4700 cm−1 oralig‘ini bildiradi; natijalarda esa taxminan 656–3338 cm−1 polosalar va kengroq FTIR spektri ishlatiladi.
Manba ichidagi UV–Vis farqi: CuNP sintezi bo‘limida 300–800 nm, alohida UV usuli bo‘limida 190–1000 nm o‘lchash oralig‘i ko‘rsatilgan.
Muhim qayta ishlab chiqarish cheklovi: Tuproqdagi biologik parchalanish tajribasining namuna o‘lchami, ko‘mish chuqurligi, tuproq massasi, namlik nazorati, takrorlar soni va massa o‘lchash protokoli asosiy tajriba usulida batafsil berilmagan.
Statistik cheklov: Maqolada mexanik, antibakterial yoki tuproq taqqoslashlari uchun alohida statistik tahlil bo‘limi, p-qiymat yoki aniq biologik takrorlar soni bildirilmagan.
Izoh qoldiring
E-pochta manzilingiz chop etilmaydi. Majburiy maydonlar * bilan belgilangan