تحضير وتوصيف أغشية ليفية مضادة للبكتيريا مركبة تعتمد على جزيئات نانوية مُصنّعة بطريقة خضراء محمّلة على أغشية ليفية من بوليأكريلونيتريل مُنتَجة بالغزل الكهربائي

مياه نظيفة للجميع

لا تزال العديد من المجتمعات تكافح للوصول إلى مياه شرب آمنة، ويمكن أن تكون محطات المعالجة التقليدية مكلفة أو بعيدة المنال. تستكشف هذه الدراسة مادة فلتر بسيطة ومنخفضة التكلفة يمكنها كلٌّ من احتجاز وقتل البكتيريا الضارة في الماء باستخدام جزيئات ضئيلة مُنتَجة بطريقة صديقة للبيئة، مشيرة إلى حلول منزلية وصغيرة النطاق لمياه شرب أنظف.

ألياف دقيقة كغربال قوي

ركز الباحثون على ألياف بلاستيكية فائقة النحافة مصنوعة من مادة تُسمى بوليأكريلونيتريل أو PAN، والتي يمكن غزلها إلى حِصير يشبه شبكة عنكبوت كثيفة. وبما أن هذه النانوألياف لها مسام صغيرة جداً ومساحة سطح هائلة، فهي جيدة بالفعل في احتجاز الجسيمات والكائنات الميكروبية حين يمر الماء من خلالها. من خلال تعديل عملية الغزل، صمّم الفريق سمك ونعومة الألياف ليصنع أغشية متجانسة ومستقرة مناسبة للاستخدام كمرشحات في جهاز ترشيح بسيط مُعَد في المختبر.

جزيئات معدنية مُصنّعة بشكل أخضر

لمنح هذه الحصائر الليفية قدرة على قتل الجراثيم، أضاف العلماء ثلاثة أنواع من الجزيئات المجهرية القائمة على المعادن: الفضة وأكسيد الزنك وأكسيد النحاس. بدلاً من الاعتماد على مواد كيميائية قاسية، أنشأوا جسيمات نانوية من أكاسيد الزنك والنحاس باستخدام مستخلص من ثمار الرمان الشامي (السمّاق)، حيث ساعدت الجزيئات النباتية الطبيعية في تقليل وتثبيت الجسيمات. تكونت الجسيمات الفضية عن طريق تعريض محلول ملح الفضة للأشعة فوق البنفسجية. أكدت اختبارات باستخدام مجاهر إلكترونية وقياسات امتصاص الضوء وتحليل البنية البلورية أن الجسيمات كانت صغيرة ومشكلة جيداً، وفي حالة الفضة كانت أبعادها بضعة أجزاء من البليون من المتر.

بناء مرشحات أقوى وأكثر ذكاءً

ثم خُلطت هذه الجزيئات النانوية المصنعة بطريقة خضراء مع محلول PAN وغُزلت إلى أغشية ليفية بحيث تُدمَج المعادن داخل وحول سطح الألياف. أظهرت الميكروسكوبات أن الألياف المحمّلة أصبحت أكثر خشونة وأقل تجانساً من PAN العادي، مما يشير إلى توزيع جيد للجسيمات في الشبكة. كشف اختبارات ميكانيكية أن إضافة أي من الجزيئات الثلاثة زاد من قوة ومرونة الأغشية مقارنةً بـPAN العادي، مما جعلها أكثر متانة للاستخدام المتكرر. وأظهرت قياسات إطلاق المعادن إلى الماء على مدى عشرة أيام اندفاعاً أولياً متبوعاً بإطلاق أبطأ، مما يشير إلى توافر طويل الأمد لأيونات المعادن الفعّالة التي يمكن أن تدعم نشاطاً مضاداً للبكتيريا ممتد الزمن.

إيقاف البكتيريا في مساراتها

ثم اختبر الفريق الأغشية الهجينة بمياه مُلوّثة بالإشريكية القولونية، وهي مؤشر شائع على التلوث البرازي. أولاً، حالت الأغشية دون مرور البكتيريا ميكانيكياً بفضل مساماتها الدقيقة. بعد ذلك، دخلت الجزيئات النانوية المدمَجة في العمل. يمكن للفضة والزنك والنحاس إطلاق أيونات معدنية وتحفيز أنواع أكسجينية تفاعلية عالية تُلحق الضرر بجدران الخلايا البكتيرية وبالبروتينات والحمض النووي. في اختبارات الترشيح، أظهرت الأطباق التي نمت عليها بكتيريا بعد ملامسة الأغشية العادية مستعمرات كثيفة، بينما أظهرت الأطباق من الماء المار عبر الأغشية المحمّلة بالجزيئات النانوية شبه انعدام للبكتيريا الحية. كانت الألياف المحتوية على الفضة الأكثر فعالية، تلتها أكسيد النحاس ثم أكسيد الزنك، لكن الأنواع الثلاثة أظهرت جميعها نشاطاً بوضوح مضاداً للبكتيريا.

ما يعنيه هذا لمياه أكثر أماناً

بعبارة بسيطة، تُظهر هذه الدراسة أن حصائر الألياف البلاستيكية الرقيقة الممزوجة بجزيئات معدنية مُصنّعة نباتياً يمكنها كلٌّ من تصفية وقتل الجراثيم في الماء الملوث، وفي الوقت نفسه تتحمّل ميكانيكياً الاستخدام. النسخة المحمّلة بالفضة تعمل على أفضل وجه، لكن جميع الإصدارات تقلل الإشريكية القولونية إلى مستويات شبه غير قابلة للكشف وتطلق كمية كافية من أيونات المعادن مع مرور الوقت للحفاظ على الفعالية. وعلى الرغم من الحاجة لمزيد من الاختبارات على الجريان والأداء طويل المدى وميكروبات أخرى، فإن هذه الأغشية المصنّعة بطريقة بسيطة وخضراء تشير إلى مرشحات ميسورة ومدمجة قد تساعد في تحويل المياه غير الآمنة إلى مياه شرب أكثر أماناً، خاصة في الأماكن التي لا تتوفر فيها محطات معالجة كبيرة.

الاستشهاد: Shalaby, T.I., Mahmoud, O. & El kader, A.A. Preparation and characterization of antibacterial fibrous membranes composites based on green synthesized nanoparticles loaded on electrospun polyacrylonitrile fibrous membranes. Sci Rep 16, 15397 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-51833-z

الكلمات المفتاحية: تعقيم المياه, غشاء ليفي نانوي, جسيمات فضية نانوية, تخليق أخضر, ترشيح مضاد للبكتيريا