أغشية حيوية HAp@Cell مصنوعة من موارد محلية تتضمن آليات جزيئية لامتصاص الصباغ والنشاط المضاد للبكتيريا

تحويل المعادن المحلية والقطن إلى أغشية ذكية للتنقية

تُعد الأصباغ الصناعية والجراثيم الضارة تهديدين عنيدين لنقاء المياه وصحة الإنسان، خاصة في مناطق المدابغ والمصانع النسيجية والمستشفيات. تُظهر هذه الدراسة كيف يمكن تحويل موارد مغربية شائعة—صخور الفوسفات ونفايات القطن—إلى أغشية رقيقة ومرنة تزيل الأصباغ القوية من الماء وتقتل البكتيريا المسببة للأمراض. الناتج مادة منخفضة التكلفة وقابلة لإعادة الاستخدام تربط بين التصنيع النظيف ومكافحة التلوث والوقاية من العدوى في شكل "غشاء حيوي" ورقي واحد.

مكونات بسيطة وتصنيع لطيف

بدأ الباحثون بمادتين متوافرتين على نطاق واسع. عُولج خام الفوسفات الطبيعي للحصول على هيدروكسي أباتيت، وهو معدن فوسفات الكالسيوم يشبه الجزء غير العضوي من العظم البشري. أُنظفت ألياف القطن الخام والممثلة لنفايات زراعية وبيَّضت للحصول على سيليلوز نقي تقريبًا، وهو أكثر البوليمرات الطبيعية وفرة في العالم. بدلاً من المذيبات العضوية القاسية أو درجات الحرارة العالية، استخدم الفريق مزيجًا مائيًا باردًا يحتوي على ملح ومواد اليوريا لإذابة السيليلوز ثم أضاف مسحوق الهيدروكسي أباتيت الناعم. عبر تعديل النسب بين المادتين، صبّوا أغشية ناعمة ورقيقة وجففوها تحت 100 °م، فحصلوا على شرائح مصممة صديقة للبيئة وخالية من المذيبات جاهزة للاختبار.

داخل الغشاء: شبكة مسامية ونشطة

لفحص ما يجري داخل هذه الأغشية، استخدم الفريق مجموعة من أدوات التحليل البنائية والتصويرية. أكدت حيود الأشعة السينية أن الهيدروكسي أباتيت احتفظ ببنيته البلورية لكنه تكسر إلى جزيئات دقيقة عندما احتُجز داخل شبكة السيليلوز. أظهرت صور المجهر أن السيليلوز النقي يُكوّن أسطحًا ناعمة ومتماسكة نسبيًا، بينما يتجمع الهيدروكسي أباتيت النقي إلى حبيبات هشة ومتفتتة. بالمقابل، أبانت الأغشية المختلطة منظرًا أكثر تضاريسية ومسامية مع تشتت جيد لجزيئات الهيدروكسي أباتيت بين خيوط السيليلوز، لا سيما في التركيبة المحسّنة المسماة PC5. تزيد هذه البنية الخشنة على المستوى النانوي بشكل كبير مساحة السطح وتعرّي العديد من المجموعات الكيميائية القادرة على التفاعل مع الملوثات والميكروبات.

إزالة الأصباغ الزرقاء من مياه الصرف الحقيقية والمصطنعة

تعرضت الأغشية بعد ذلك لنوعين من الصبغات الزرقاء: الميثيلين الأزرق، صباغ اختبار شائع، والنيلي الطبيعي المأخوذ من أحواض الدباغة التقليدية في فاس. عند غمر أقراص صغيرة من الغشاء في محاليل الصباغ، أزال غشاء PC5 المحسّن ما يصل إلى نحو 85 ملليغرامًا من الميثيلين الأزرق لكل غرام من المادة ونَقَصَ حوالي 95% من النيلي من الماء خلال نصف ساعة تقريبًا. أوضح التحليل التفصيلي أن جزيئات الصباغ تتجه أولًا بسرعة إلى سطح الغشاء ثم تُكوّن طبقات متعددة، متصلة عبر مزيج من التجاذبات: شحنات متعاكسة بين الصبغات الموجبة وشِرَح الفوسفات السالبة، وروابط هيدروجينية مع مجموعات الهيدروكسيل السطحية، وتراصف مع حلقات السكر في السيليلوز. كشفت النماذج الرياضية للبيانات أن هذا ليس مجرد التصاق ضعيف قابل للعكس؛ فالتفاعل يتصرف كربط أقوى مدفوع كيميائيًا، وتدعم السطحية غير المنتظمة للغشاء وجود مواقع متنوعة متعددة.

إيقاف البكتيريا عند حدودها

إلى جانب إزالة اللون، قلّلت نفس الأغشية بشدة من نمو بكتيريا رئيسية: المكورات العنقودية الذهبية (Staphylococcus aureus)، المرتبطة غالبًا بعدوى الجروح، والإشريكية القولونية (Escherichia coli)، مؤشر شائع على التلوث البرازي. لم تُبدِ أقراص السيليلوز النقي أي تأثير وقائي، بينما أنشأ الهيدروكسي أباتيت النقي مناطق واضحة معتدلة حول نفسه على أطباق مغطاة بالبكتيريا. في المركب ذي الأداء الأفضل، اتسعت تلك المناطق الواضحة لتبلغ نحو 25 مليمترًا للمكورات العنقودية وحوالي 20 مليمترًا للإشريكية القولونية. يعزو الباحثون ذلك إلى مزيج من التلامس المباشر والإطلاق المسيطر للأيونات الكالسيوم والفوسفات من الجسيمات المعدنية الدقيقة. تخلّخ هذه الأيونات أغشية البكتيريا الخارجية وتُخلّ بتوازنها الداخلي، بينما يساعد سطح الغشاء المشحون على سحب الخلايا إلى تماس وثيق حيث يكون الضرر أكثر فاعلية.

قابلة للتحمل وإعادة الاستخدام وجاهزة للتطبيق العملي

يجب أن تتحمل مواد معالجة المياه أكثر من استخدام واحد عمليًا. هنا، أُعيد شحن أغشية HAp@Cell بغسلها بمزيج حمضي–كحولي خفيف ثم تجفيفها. بعد خمسة دورات من إزالة الصباغ واستعادة الفعالية، حافظ غشاء PC5 على أكثر من 85% من قدرته الأصلية على التنقية، وظل تأثيره المضاد للبكتيريا قويًا. وبما أن الأغشية مصنوعة من معادن وقطن محليين، ولا تتطلب مذيبات عضوية، وتُعالَج في درجات حرارة منخفضة نسبيًا، فإنها تتوافق جيدًا مع استراتيجية المغرب الأوسع لاقتصاد دائري منخفض الأثر. ببساطة، تُظهر هذه العمل أن مادة بسيطة على شكل شرائح يمكنها أن تُبهت الأصباغ الصناعية العنيدة وتُقضي على الميكروبات الضارة، مقدِّمة خيارًا مستدامًا وواعدًا لتنقية مياه الصرف والحماية من العدوى في خطوة واحدة.

الاستشهاد: Berrahou, S., Latifi, S., Saoiabi, S. et al. HAp@Cell bio-films engineered from local resources involving molecular mechanisms of dye adsorption and antibacterial activity. Sci Rep 16, 12927 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42483-2

الكلمات المفتاحية: معالجة مياه الصرف, مواد حيوية, إزالة الصبغات, أسطح مضادة للبكتيريا, أغشية هيدروكسي أباتيت السيليلوز