نوع مقاله: مقاله پژوهشی
چکیده
کلیدواژهها
عنوان مقاله [English]
Biosynthesis of nanoparticle offers a vast studied today. Plant extracts are eco-friendly and cost effective to synthesis nanoparticles. In present study, has been presented a simple biosynthesis of gold nanoparticles usingZataria multiflora leaf’s extract.
The aqua extract from Zataria multiflora leaf’sextract was prepared. This extract in different concentration with HAuCl4 solution was mixed. Synthesized nanoparticle investigated by the change of color of auric chloride, and growth of nanoparticle in different time andconcentration was monitored by using UV-Vis Spectroscopy, transmission electron microscope (TEM) was used to analyze the shape and size nanoparticles, Energy-dispersive X-ray spectroscopy )EDS( analysis for evaluated present of gold element.
The colour of HAuCl4 solution change from yellow in color to ruby red, this confirmed that gold nanoparticle was fabricated. UV-visible spectroscopyshowed the absorbance peak of gold nanoparticles occur around 540 nm in Zataria multiflora leaf’sextract. TEM images of sample revealed that the nanoparticles were spherical, pantagon and shaped with no definite morphology. This nanoparticle were different from 1-50 nm in size. EDS analysis results showed absorption peak approximately at 2.30 keV due to presence of gold nanoparticles.
The results showed that gold nanoparticles canbe producedbyZataria multiflora leaf’sextract without usingenvironmentallyhazardouschemicalsunsuitable agent.
کلیدواژهها [English]
در طول دو دهه گذشته، پژوهش بر روی نانوذراتو و بکارگیری آنها در زمینههای مختلف توسعه یافته است[13]. نانوذرات دارایخصوصیات استثنایی الکترونیکی، کاتالیتیکی، نوری، مغناطیسی و دیگر ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی میباشد که کاملا متفاوت حالت توده ماده است[25]. نانو ذرات فلزی کاربردهای زیادی در شیمی، فیزیک، علوم مواد و علوم پزشکی دارند[26]. در بین انواع نانوذرات فلزی، نانوذرات طلابخشمهمی ازپژوهشهارامعطوف به خودنموده است. این نانو ذرات بعلت ویژگیهای منحصر به فرد روزنانس پلاسمون سطح(و خواص اپتیکی کاربردهای فراوانی در رسانش هدفمند داروتصویربرداریبافت و تومور، درمانهای گرمایی-نوریو شناسایی ایمنوکروماتوگرافیک پاتوژندرنمونههای بالینی دارند[17].متاسفانه بسیاری ازحلالهای آلی که برای سنتز نانوذرات فلزی استفاده میشوند نظیر تیوفنول، مرکاپتواستات و غیره به اندازهی سمی هستند که در سنتزهای نانوذرات در مقیاس زیاد منجر به آلودگی محیطی گردند[10]. با وجود این که نانوذرات طلا زیست سازگار محسوب میشوند ولی استفاده از روش شیمیایی برای تولید آنها میتواند منجر به جذب ماده شیمیایی سمیبر روی نانوذره شود و عوارض جانبیدرکاربردهای پزشکی را به دنبال داشته باشد[24].سنتزنانوذراتبا استفاده ازمیکروارگانیسمهاو یاگیاهانبه طور بالقوهمیتواندبه ساختنانوذراتزیستی سازگاردر جهت رفع این نقیصه مهم مفید باشد[24].بنابراین امروزه گرایش زیادی برای سنتز این نانو ذرات با استفاده ازفناوریهای زیستی وجود دارد،این تکنولوژی سنتز سبز پاک و ساده است و ساخت نانوذرات در فشار، دما و pH نرمال انجام میگیرد[29]. به عنوان مثال، تلاش زیادی برای بیوسنتز نانوذرات بخصوص نانوذرات فلزی با استفاده از میکروارگانیسمها انجام گرفته است[15,21]. امروزه در حالی که استفاده از میکرو ارگانیسمهای همچون باکتریها، اکتینومایسین و قارچ در سنتز نانوذرات فلزی ادامه دارد استفاده از قسمتهای مختلف گیاهی یا گیاه کامل در سنتز نانوذرات مورد توجه قرار گرفته است[24]. استفاده ازعصارههای گیاهیبرای سنتزنانوذراتفرایند سنتز را آسانتر و پیشرفت آن را سریعترمینماید،در واقع با سنتز خارج سلولی نانوذرات نیازی بهکشت و نگهداری سلولها در جهت سنتز نانو ذرات نمیباشد[24]. استفاده از عصارههای گیاهی در سنتز نانو ذرات فلزی بخصوص طلا بسیار امیدوار کننده است و تاکنون با استفاده ازگیاهان مختلف همچون دارچین، چای سیاه[6]اکالیپتوس[8] وریشه شیرین سنتز نانو ذرات طلا انجام شده است[24و7].هدف این تحقیق سنتز سبز نانو ذرات طلا با استفاده از عصاره گیاه آویشن شیراز( Zataria multiflora)میباشد. اویشن شیراز گیاهی بومی ایران و افغانستان از خانواده نعناعیان(Lamiaceae) میباشد خانواده نعناعیان بیشترین پراکندگی را در جهان دارند و تاکنون حدود 5000 گونه از آن معرفیشده است[12]. نعناعیان انواع ترکیبات ترپنوئیدی و آروماتیک را تولید میکند که بطور عمده در برگهای آنها ذخیره میشوند[2]. این گیاه به عنوان طعم دهنده، ضدعفونی کننده، محرک و ضد درد استفاه میشود [12]. ترکیبات اصلی تشکیل دهنده بخشهای هوایی این گیاهشامل پاراسمین، گاما ترپینن، کارواکرول، تیمول است همچنین ترکیب عمده موجود در اویشن تیمول میباشد این موارد دارای گروههای عاملی فعال میباشند که میتوانند در بیوسنتز نانو ذرات نقش مهمی داشته باشند[23].
روش کار:
این پژوهش تجربی آزمایشگاهی در سال 1392 در مرکز تحقیقات تکوین جانوری دانشگاه آزاد اسلامی مشهد انجام شده است.
تهیه عصاره گیاهی: گیاه آویشن شیراز در هرباریوم دانشگاه فردوسی مشهد با کد هرباریومی 35314 شناسایی شد. سپس نمونهها با آب مقطر
(Kima,Iran)شتسشو داده شدند و به مدت یک هفته در دمای محیط خشک گردید.. برای تهیه عصارههای آبی مقدار 5 گرم از پودر گیاهی حاصل توزین و در 100 میلیلیتر آب دوبار تقطیر حل و بر روی هات پلیت قرار داده شدوبه مدت 5 دقیقه جوشانده شد سپس عصاره گیاهی با کاغذ صافی واتمن صاف و برای استفادههای بعدی در دمای 4 درجه نگهداری شدند.
تهیه محلول کلرواوریک: پودر کلرواوریک 3 آبه (Sigma, Uk) تهیه و در آب دو بار تقطیر حلگردید. محلول حاصل دور از نور و در یخجال برای استفادههای بعدی نگهداری گردید.
سنتز نانو ذره طلا: برای تهیه نانوذرات طلاابتدا تمام ظروف با تیزاب سلطانی شستشو داده شد.سپس برای شناسایی شرایط بهینه نانوذرات طلا و عصاره گیاهی با نسبتهای مختلف با یکدیکر مخلوط شدند و در زمانهای و دماهای مختلف انکوبه گردید.
شناسایی نانوذرات طلا
●مشاهدات عینی و طیفسنجی نور مرئی-فرابنفش:
تغییرات رنگ نمونهها بصورت عینی ملاحظه گردید. طیفجذبUVنمونه هابا استفاده ازروش اسپکتروفتومتری(Biotech, US) درزمانهای مختلفو غلظتهای مختلفاندازهگیری شد.برای تجزیه و تحلیل، طیفUVجذب نوری100میکرولیتر از نمونهرا دریک پلیت96 قرار داده شد و جذب نمونهها در دامنه nm 400– 700اندازهگیری گردید.
●میکروسکوپ الکترونی گذاره:(TEM)
میکروسکوپ الکترونی گذاره(CM-120, Philips)برای شناسایی شکل و ابعاد نانوذرات سنتزیمورداستفاده قرارگرفت.مشاهدات این گزارش با قراردادنیک قطرهاز بهتریننمونهحاصل روی گریدحاصل شده است.توزیعاندازههایو تحلیلتصویر بانرمافزار ImageJ و با شمارشحداقل200ذرهدر تصویر حاصل شد.
●آنالیز شیمیایی با میکروسکوپ الکترونی نگاره (طیف سنجی انتشار انرژی اشعه X)
نانو ذرات طلا پودر شده با دستگاه انجماد خشک به مقدار کم بر فیلم پوشش داده شده با کربن قرار گرفتند وبا استفاده ازEDS (InCa,England) بررسی شدند.
یافتهها:
تغییر در رنگ محلول و طیفسنجی نور مرئی-فرابنفش:
بررسینتایجنشان داد که زمان شروع تغییر رنگ حدود دو ساعت پس از مخلوطنمودن محلولها در دمای اتاق بود. بهترین پیک جذبی در زمانهاییکسان مربوط به نسبت 1حجم عصاره گیاه آویشن و 10 حجم HAuCl4بود.پیک جذبی شاخص حدود 540 نانومتر بود(شکل 1AB,).
نتایج حاصل از بررسی با میکروسکوپ الکترونی گذاره:
مشاهدات در این قسمت نشان دادکهنانوذراتطلاسنتز شده با استفاده از عصاره برگهای آویشن شیراز دارایاشکال متنوع از جمله: کروی(پیکان 1) وپنج وجهی (پیکان شماره 2) میباشند. در این تصاویر مشخص شد که نانو ذرات سنتز شده با اویشن بیشتر به پنج وجهی نزدیک هستند (شکل 2(D: هم چنین در تصوریر مشخص است که نانوذرات شاخص پراکندگی مناسبی دارند و بصورت مجزا قرار گرفتهاند. هیستوگرام بدست آماده از تصاویر TEM نشان میدهد که محدوده اندازه این نانوذرات بین 1-50 نانومتر میباشد متوسط اندازه نانو ذرات حدود 22 نانومتر میباشد(شکلE).
شکل 1 :A: طیف سنجی نور مرئی -فرا بنفش از نمونهها حاوی غلظت های مختلف عصاره بعد از 4 ساعت در دمای اتاق.
شکل1:B: مقایسه رنگ محلولهای عصاره گیاهی، کلرواوریک و نانوذرات سنتز شده ( زمان 4ساعت)همانگونه که در تصویر ملاحظه میگردد ترکیب این دو عصاره منجر به تغییر رنگ محلولها به ارغوانی شده است
|
|
شکل2:D: تصویر میکروسکوپ الکترونی گذاره از نانوذرات طلای سنتز شده به روش سبز.
E: نمودار توزیع نانوذره از نظر اندازه با توجه به آنالیز عکسهای حاصل از TEM
● بررسی نتایجآنالیز شیمیایی با میکروسکوپ الکترونی نگاره (طیف سنجیانتشارانرژیاشعه X )
همانطور که در شکل 3 مشاهده می شود پیک مربوط به طلا در محدود keV30/2 وجود دارد و هم چنین حضور پیکهای ضعیفتر نیز در نمودار مشخص میباشد.
شکل 3: نمودار حاصل از آنالیزEDX برای نانوذرات طلا
بحث:
به دلیلخواصوویژگیهایجدیدیکهمواد باابعادنانودرصنعت و پزشکی نشاندادهاند، امروزهتمایلبسیارزیادیبهفرآوریوکاربردآنهاوجوددارد [11]. تهیهشیمیاییروشمعمولساختنانوذرات هستند،امااینروشهاگرانقیمتاند هم چنینروشهایشیمیایی به طورمعمولمنجربه باقی ماندنمقداریاز واکنشگرهایسمیروینانوذراتمیشوندکه ممکن است در مراحل بعدی در استفاده از آن مشکلاتی بوجود میآید[14]. بههمیندلیل،استفادهازگیاهانبه عنوان منابعپایدارودردسترسدرتهیهنانوذرات زیست سازگاردرسالهایاخیرتوجهبسیاری ازپژوهشگرانرابهخودجلبکردهاستنانوذرات سنتزشدهدراینروشها رادرکاربردهایزیستیازجمله: نانوحسگرها و حامل داور به میتوان به کاربرد. [9, 27].درسالهایاخیر، استفادهازعصارهگیاهانبرایتهیهنانوذرات فلزیبهعنوانیکجایگزینآسانومناسب برایروشهایشیمیاییوفیزیکیمطرحشده است. اما در این زمینه مطالعات بسیار محدودی در ایران انجام گرفته است که با توجه به فلور متنوع کشور و طبسنتی غنی ایرانی، مطالعات در زمینههایی که امکان اتصال طب سنتی گیاهی و تکنولوژی مدرن را برقرار کند ضروری بنظر میرسد. بنابراین در این مطالعه از گیاه آویشن شیرازی که نوعی گیاه خودرو و دارویی در ایران است برای سنتز نانو ذرات طلا استفاده نمودیم.نشانه اولیه برای سنتز نانوذرات تغییر رنگ محلول کلرواریک از زرد کم رنگ به سمت ارغوانی بود.این امر بخوبی شناخته شده است که نانوذرات طلا دارای رنگ قرمز یاقوتی میباشد این رنگ به دلیل ارتعاشات پلاسمون سطحی در نانو ذرات فلز طلا ایجاد میگردد[14]. در مطالعه حاضر مشاهده گردید که تغییر رنگ در نمونه رخ داد و در نسبت های مناسب با گذشت زمان بیشتر میزان تغییر رنگ نیز افزایش یافت که مویدحضور بیشتر نانوذرات در محلول می باشد. در کار مشابهی kumar و همکاران در سال 2013 نیز تغییرات رنگ بوجود آمده در محلول حاوی عصاره گیاهTurbinaria conoides و کلرواریک را بعنوان یکی از نشانههای سنتزنانوذرات طلا قلمداد نمودند[19]. هم چنین دربسیاری از تحقیقات دیگر نیز تغییر رنگ محلولها به عنوان شاخصی از شروع سنتز نانوذرات در نظر گرفته شده است[18]. طیف سنجی نور مرئی- فرابنش به طور گستردهای برای مشخص کردن خواص نوری و ساختار الکترونی نانوذرات مورد استفاده قرار میگیرد[1]. پیکهای جذبی در محلولهای کلوییدی طلا بین 500-600 قرار دارد[16]. در مطالعه حاضر طیف جذبی نانوذرات درمحدوده 300-700 نانومتر در زمانهای مختلف و نسبتهای مختلف عصاره سنجیده شد.حداکثر جذب در طول موج 540 نانومتر اتفاق افتاد که با دادههای حاصل از تحقیقات Arulkuma و همکاران، و Raveendran و همکاران مطابقت دارد، در مطالعات ذکر شده از روشی سبز برای سنتز نانوذرات طلا استفاده شد و پیک جذبی نانوذرات حاصل در محدوده 540-560 قرار داشت[3, 22]. بهترین حالت سنتز نانو ذراتدر نسبت عصاره 1 و 10 کلرواوریک روی داد. نانوذرات سنتزی بدون اضافه کردن عوامل پایدار کننده مختلف فیزیکی و شیمیاییبه خوبی متفرق بودند.هم چنین مطالعات
نشان داد که در نسبت مناسب عصاره و محلول کلرواوریک با افزایش زمان تا حدود 4 ساعت میزان پیک جذبی و سنتز نانو ذرات طلا افزایش مییابد و بعد از این زمان پیکهای جذبی بعدی با پیک 4 ساعت هم پوشانی پیدا میکنند که نشان دهنده کامل شدن واکنش میباشد. برای تعیین شکل و سایز نانوذرات از میکروسکوپ الکتونی گذاره استفاده گردید.میکروسکوپ الکترونیگذاره (TEM) یک تکنیک قدرتمند و منحصر به فرد برای توصیف ساختار و تعیین شکل است [28]. شکل 2A و B نمونه میکروگراف TEM از نانوذرات طلا را نشان میدهد شکلهای مختلف از نانو ذرات در محلول کلوئیدی وجود دارد. نمودار توزیع نانوذرات حاصل از تصاویر میکروسکوپ TEM دامنه پراکندگی نانوذرات در حدود 10-50 نانومتر و اندازه متوسط 52/20نانومتر نشان میدهد. توجهداشتهباشیدکهتمام نانوذرات خوبی از یکدیگر جدا شدهاند که نشان میدهد شاخص پراکندگی در این نانو ذرات مناسب است.در مطالعهای مشابه از کیتوزان برای سنتز نانو ذرات طلا توسط "استفاده شد.آنالیز تصاویر حاصل از TEM در این مطالعات نشان داد که اندازه GNPs بین 10 تا 50 نانومتر بودند و اشکال متنوعی از نانوذرات طلا سنتز شده بودند [26]. انرژی انتشاری طیفسنجی اشعه X (EDS) برای تایید حضور عنصری طلا در محلول استفاده گردید.پیک جذب نوری در حدودKV 30/2مربوط به عنصر طلا میباشداین مقدار با توجه به رزونانس پلاسمون سطح طلا تعیین میشود[4]در این تصویر محور عمودی نمایش تعداد شمارش اشعه ایکس در حالی که محور افقی انرژی را بر حسب KVنشان میدهد. نمایش قله پتاسیم ضعیف، ممکن است ناشی از عصاره. گیاهی باشد نتایج مشابهبی در سنتز نانو ذرات با پوست موز، برگ سرو نیز گزارش شده است[20, 5]
نتیجهگیری:
در این مطالعه توسط گیاه دارویی آویشن شیراز نانو ذره طلا که سازگار با محیطزیست است سنتز شد. این نانو ذره دارای محدوده اندازه مناسب و پایداری مطلوب در دمای محیط است.