منصة الرسائل والاطاريح: استخدام الطحالب وانزيم الكاتليز المستخلص من النبات كمتحسس حيوي للكشف عن المبيد

الخلاصة

ركزت هذه الدراسة على تصميم جهاز استشعار حيوي للكشف عن المبيدات باستخدام النباتات والطحالب لنوعين من المبيدات وهما (ديازينون) من فصيلة الفوسفات العضوية و (دينوتيفوران) من فصيلة النيونيكوتينويد واسمه الشائع (ستاركل). في النبات تم اختيار نباتين هما (Solanum lycopersicum (طماطم) و(Solanum melongena (باذنجان) لقياس تأثير تراكيز مختلفة (0.5، 0.1، 0.05، 0.01 مل\لتر) من المبيدات على النبات واستجابته للإجهاد التأكسدي من خلال دراسة (Prx، CTA، ROS، H2O2، MDA، PPO، V.C، GPX، SOD، Proten). أما بالنسبة للطحالب فقد تم اختيار الطحالب الخضراء المزرقة Arthrospira platensis وخلطها مع المواد النانوية أكسيد الجرافين (GO) بعد تنميتها وتجفيفها. تم قياس التيار للمستشعر الحيوي المصمم في الهواء والماء و تركيز 0.5 % من بيروكسيد الهيدروجين كلا على حده قبل تثبيت انزيم الكاتليز على شريحة المستشعر الحيوي وقد شخصت الدراسة ايضا نشاط الإنزيم المثبت على شريحة الاستشعار وتم قياس التيار في وجود الماء بدون بيروكسيد لتحديد ما إذا كان للماء تأثير على قراءات الغشاء في وجود الإنزيم، ولكن قيمة التيار التي تم الحصول عليها بتغيير الجهد المطبق من (1.2-2.2 فولت) صغيرة وهذا الإجراء مفيد لـ معايرة ودراسة التداخلات عند القياس بالمبيد المستخدم. أثبتت الدراسة كفاءة المستشعر الحيوي في الكشف عن نشاط الإنزيم في وجود تركيزات متفاوتة من البيروكسيد (0.5% إلى 0.03%). تم إجراء قياسات التوصيل عبر نطاق جهد من 1.2 فولت إلى 2.2 فولت، مع نتائج تشير إلى وجود علاقة واضحة بين الجهد المطبق وتركيز البيروكسيد وموصلية المستشعر. أدت تركيزات البيروكسيد الأعلى إلى قيم موصلية أعلى بشكل مماثل، مع زيادة ملحوظة من 92 ميكرو أمبير عند 1.2 فولت إلى 1122 ميكرو أمبير عند 2.2 فولت لمحلول البيروكسيد بنسبة 0.5%. يؤكد هذا الاتجاه على حساسية المستشعر المتزايدة لتركيزات البيروكسيد. بالإضافة إلى ذلك، تم تقييم أداء المستشعر في وجود مبيدَين (دينوتيفوران وديازينون) بتركيزات مختلفة (0.05، 0.1، 1، 2.5، 5، 10 ميكروجرام/مل) مخلوطًا بمحلول بيروكسيد 0.5% وبجهد ثابت مطبق (1.8 فولت). لوحظت زيادة ثابتة في كفاءة المستشعر مع ارتفاع تركيز مبيد الديازنون، حيث وصلت إلى حد أقصى قدره 1183 وحدة عند تركيز 10 لمبيد ديازينون اما بالنسبة لمبيد الدينوتيفوران فكانت النتائج غير واضحة وتسبب بانخفاض قيم التيار بصورة غير خطيه . فيما يتعلق بتطبيق الطحالب، تم استخدام طحلب Arthrospira platensis بعد تنميتة وتجفيفة وخلطة مع مواد نانوية (اوكسيد الكرافين) لتصميم قطب كهربائي لجهاز استشعار حيوي للكشف عن المبيدات، مع التركيز على توصيف باودر الطحلب اعلاه بعد تجفيفه وكذلك توصيف أكسيد الجرافين (GO) الذي استخدم للخلط مع باودر الطحلب . بشكل عام، يقدم دمج أكسيد الجرافين مع باودرArthrospira platensis نهجًا واعدًا لتطوير أجهزة استشعار حيوية حساسة وفعالة للكشف عن المبيدات الحشرية. تم إجراء تحليل مطيافية تشتت الطاقة (EDS) لتحديد التركيب العنصري لأكسيد الجرافين، وكشف عن تركيزات كبيرة من الكربون (75.78٪ وزنيًا) والأكسجين (24.22٪ وزنيًا). يشير محتوى الكربون العالي إلى طبيعة عضوية، في حين يشير وجود الأكسجين إلى مجموعات وظيفية قد تعزز تفاعلية المادة. أوضح التحليل الإضافي من خلال المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) مورفولوجيا الجسيمات غير المنتظمة والأحجام المختلفة لـ GO، مما يدل على طبيعته غير المتجانسة. قد يعزز هذا الشكل التفاعلات مع مسحوق الطحلب، مما قد يحسن فعالية المستشعر الحيوي. توصيف أكسيد الجرافين (GO) باستخدام تقنيات تحليلية مختلفة، مع التركيز بشكل خاص على الرؤى التي توفرها (FTIR) و(XRD) وتحليل الجهد زيتا. يكشف طيف FTIR عن مجموعة من المجموعات الوظيفية المهمة لفهم الخصائص الكيميائية لأكسيد الجرافين، بما في ذلك الهيدروكسيل (OH)، ومجموعات C-H الأليفاتية، والكربونيل (C=O)، ورابطة C-O، والتي تعزز تفاعله وذوبانه. يعد وجود هذه المجموعات الوظيفية أمرًا محوريًا للتطبيقات المحتملة في الإلكترونيات وتخزين الطاقة والطب الحيوي. بالإضافة إلى ذلك، تشير قياسات الجهد زيتا إلى أن جزيئات أكسيد الجرافين لها جهد زيتا قريب من الصفر، مما يشير إلى تفاعل كهروستاتيكي ضئيل وخصائص تعليق مستقرة. يساهم تأين المجموعات الوظيفية السطحية في الجهد زيتا السالب، مما يؤثر على استقرار الجسيمات وقدرتها على الامتصاص. تبحث هذه الدراسة في الأداء الكهروكيميائي لأقطاب أكسيد الجرافين العارية (BGOE) وأقطاب أكسيد الجرافين المعدلة بالطحالب (AGOE) باستخدام الفولتية الدورية (CVs) في نظامين مختلفين من الإلكتروليت: محلول حمض الهيدروكلوريك 0.1 مول ومحلول هكساسيانوفيرات البوتاسيوم 5 ملي مول يحتوي على 0.1 مول من كلوريد البوتاسيوم. أجريت قياسات الجهد الدوري بمعدلات مسح تتراوح من 25 إلى 100 مللي فولت/ثانية، مع ضبط معلمات الجهد من -0.85 إلى 1.4 فولت لحمض الهيدروكلوريك ومن 0.2 إلى 0.7 فولت لمحلول هكساسيانوفيرات البوتاسيوم. أظهرت النتائج أن القطب المعدل بالطحلب AGOE تفوق على القطب العاري BGOE في كلا النظامين، مما أظهر قدرات استشعار تيار محسنة. على وجه التحديد، عند جهد 600 مللي فولت في 0.1 مولار من حمض الهيدروكلوريك، أنتج القطب المعدل بالطحلب AGOE تيارًا يبلغ 806 مللي أمبير مقارنة بـ 624 مللي أمبير لـلقطب العاري BGOE، مما يشير إلى زيادة ملحوظة تبلغ 183 مللي أمبير. وبالمثل، في محلول سداسي أسيانوفيرات البوتاسيوم عند 250 مللي فولت، يظهر القطب المعدل بالطحلب AGOEتيار 2.41 مللي أمبير، بينما سجل القطب العاري BGOE 0.932 مللي أمبير، مما أدى إلى فرق 1.478 مللي أمبير. تُعزى هذه التحسينات إلى مساحة السطح النشطة الأكبر للقطب المعدل بالطحالب وسرعة نقل الإلكترونات ، مما يرفع الأداء الكهروكيميائي بشكل عام. وعلاوة على ذلك، فإن فحص استجابة الفولتية الدورية (CVs) لمستشعر كهروكيميائي مصمم لتحديد الديازينون بتركيزات مختلفة في ثلاثة محاليل إلكتروليت مختلفة:. أظهرت الفولتية الدورية ذروات أكسدة واختزال مميزة تتوافق مع تركيزات الديازينون عبر جميع المحاليل، مما يتيح إنشاء منحنيات معايرة توفر مقياسًا كميًا لمستويات الديازينون بحساسية ودقة عالية. من بين الحلول المختبرة، أظهر 0.1 مول حمض الهيدروكلوريك أداءً متفوقًا، مما أسفر عن تيارات ذروة وحساسية أعلى مقارنةً بـمحلول ال PBS وB-R. علاوة على ذلك، قامت هذه الدراسة بتقييم انتقائية مستشعر مبتكر يعتمد على أقطاب أكسيد الجرافين المعدلة بالطحالب (AGOE) تجاه مختلف المواد العضوية المتداخلة. تم تقييم أداء المستشعر باستخدام الفولتية الدورية (CV) من خلال قياس الاستجابة الكهروكيميائية لـ 2.11 ميكرومولر ديازينون سواء في العزل أو مع تركيزات المواد المذكورة أعلاه. أظهرت النتائج أن التداخل من حامض اليوريك وحامض الاسكوربك والكولسترول كان ضئيلاً، مما حافظ على استجابات تيار ثابتة تشير إلى انتقائية عالية لأقطاب أكسيد الجرافين المعدلة بالطحالب للكشف عن الديازينون. والجدير بالذكر أن الجلوكوز أظهر استجابة تيار منخفضة، تُعزى إلى التصاقه بسطح القطب، مما يؤكد على التفاعل الفريد بين الجلوكوز وأقطاب أكسيد الجرافين المعدلة بالطحالب. تشير قدرة المستشعر على التمييز بشكل انتقائي بين الديازينون والمركبات العضوية الشائعة إلى إمكاناته للمراقبة البيئية الحساسة