Utafiti huu unalinganisha athari za polifenoli katika ekstrakti ya Vaccinium corymbosum, yaani blueberry/blueberry ya kichaka kirefu, kwenye kemia ya uso, muundo, tabia ya kuzuia vijidudu na utangamanifu wa seli wa chembe-nano za oksidi za metali TiO₂ na ZnO. Utengenezaji wa nanomateriali za oksidi za metali unaosaidiwa na mimea ni mbinu ya maandalizi ya material inayotumia fitokemikali za mimea katika uundaji wa aina za metali, ukuaji wa chembe au uthabiti wa nyuso za chembe zilizopo. Hata hivyo, katika utafiti huu oksidi hizi mbili hazikutengenezwa kwa njia ileile: ZnO iliundwa kutoka ZnCl₂ kwa uvushaji wa alkali katika pH 12, ilhali katika mkondo wa TiO₂, TiO₂ ya kiwango cha chakula iliyokuwapo tayari ilitibiwa kwa ekstrakti ya blueberry na kufanyiwa urekebishaji wa uso kwa polifenoli. Uainishaji wa kimuundo ulifanywa kwa XRD, FTIR, XPS, Raman, TEM/SEM, DLS na UV–Vis; profaili ya polifenoli kwa HPLC; shughuli ya kuzuia vijidudu dhidi ya Escherichia coli ya uropatogenic na Salmonella Typhimurium; na utangamanifu wa seli kwa leukosaiti za damu ya pembeni za Gallus gallus domesticus na modeli ya Artemia salina. Matokeo makuu ni kwamba ZnO ilionyesha uzuiaji mkubwa zaidi wa ukuaji, ilhali TiO₂ ilitoa profaili thabiti zaidi ya utangamanifu wa seli. Hata hivyo, utafiti hauonyeshi usalama wa kliniki kwa binadamu, sumu ya muda mrefu au ufanisi katika mazingira halisi ya matumizi.

Profaili za HPLC zilionyesha ishara zinazolingana na cyanidin-3-glucoside, cyanidin, malvidin na quercetin katika ekstrakti ya blueberry. Baada ya matibabu ya TiO₂, kupungua zaidi kwa idadi na ukali wa kilele kulihusishwa na adsorpsheni/immobilization yenye nguvu zaidi ya fitokemikali kwenye uso wa TiO₂ au mabadiliko yake. Katika awamu ya kioevu baada ya utengenezaji wa ZnO, sehemu kubwa zaidi ya ishara za awali za polifenoli zilibaki. Chanzo kinafasiri tofauti hii kwa kutofautisha kati ya utaratibu wa uundaji wa ZnO unaodhibitiwa na pH, Zn²⁺ → Zn(OH)₂ → ZnO, na utaratibu wa upakiaji wa uso katika TiO₂.

Katika jedwali kuu la matokeo ya kuzuia vijidudu, thamani za MIC kwa TiO₂ ni 8 mg/mL katika E. coli na 4 mg/mL katika S. Typhimurium; kwa ZnO ni 2 na 1 mg/mL mtawalia. Katika michanganyiko yote minne, thamani ya MBC ilibaki juu ya konsentrisheni ya juu zaidi iliyojaribiwa ya 16 mg/mL. Kwa hiyo, ingawa chembe zilisababisha uzuiaji mkubwa wa ukuaji katika hali za utafiti, athari kamili ya bakterisidi haikuthibitishwa hadi 16 mg/mL.

Kuna tofauti muhimu za uripoti katika chanzo. Abstract inatoa ZnO MIC ya 0,5–1 mg/mL na TiO₂ MIC ya 8–16 mg/mL, ilhali Jedwali kuu 4 linaripoti 2/1 na 8/4 mg/mL mtawalia. Vivyo hivyo, abstract inatoa ukubwa wa crystallite ya TiO₂ wa 12,8 nm, ilhali Jedwali kuu la XRD 2 linaripoti takriban 49,98 nm. Verianla haijaunganisha thamani hizi chini ya matokeo moja “yaliyosahihishwa”.

Chembe-nano za oksidi za metali huchunguzwa sana katika utafiti wa material za kuzuia vijidudu kwa sababu zinaweza kuingiliana na vijidudu kupitia njia nyingi za kifizikokemia. TiO₂ na ZnO ni oksidi mbili muhimu za semiconductors zinazoweza kutoa athari za antibakteria kupitia utendakazi wa uso, kemia inayohusiana na spishi tendaji za oksijeni, mwingiliano wa kimwili na utando wa seli na, hasa kwa ZnO, utolewaji wa Zn²⁺.

Hata hivyo, utendakazi mkubwa wa uso si muhimu kwa bakteria pekee. Sifa hizo hizo zinaweza kusababisha msongo wa kioksidishaji au uharibifu wa utando katika seli za eukaryotic. Kwa hiyo, kupima utendaji wa kuzuia vijidudu pekee hakutoshi; sifa za kimuundo, tabia ya koloyidi na utangamanifu wa seli wa material pia lazima vitathminiwe ndani ya mfumo huo huo wa majaribio.

Pengo la fasihi ambalo utafiti huu unalenga linaonekana hapa. Ingawa utengenezaji wa chembe-nano za metali au oksidi za metali kwa ekstrakti kutoka spishi za Vaccinium umechunguzwa hapo awali, sehemu kubwa ya tafiti imeishia kwenye uundaji wa chembe na uchunguzi wa msingi wa kuzuia vijidudu. Tafiti jumuishi zinazochunguza athari za kimuundo na kibaolojia za ekstrakti moja ya mimea kwenye mifumo miwili tofauti ya oksidi za metali kwa pamoja na HPLC, uainishaji wa hali dhabiti, sumu ya seli na molecular docking ni chache zaidi.

Je, polifenoli za blueberry huathiri chembe-nano za TiO₂ na ZnO kwa njia ileile?

Hapana. Data ya chanzo inapendekeza kuwa polifenoli za blueberry katika TiO₂ hufungamana hasa na uso wa oksidi uliokuwapo tayari kupitia adsorpsheni/immobilization, ilhali katika mfumo wa ZnO hufanya kazi kama vipengele vya kuunda kompleks/capping vinavyoathiri ukuaji na uthabiti wa uso wa chembe zinazoundwa kupitia hidrolisisi–kondensheni ya alkali ya Zn²⁺.

Ekstrakti ya blueberry iliandaliwaje?

Matunda mapya ya blueberry ya daraja la chini la kibiashara yaliyopatikana kutoka soko la eneo kama bidhaa ya pembeni ya kilimo-viwanda kwanza yalikaushwa kwa kugandisha. Material iliyokaushwa ilisagwa; 1 g ya unga ilichanganywa na 100 mL ya maji yaliyodistiliwa na kuchanganywa kwa 400 rpm katika 90 °C kwa 15 dakika. Mchanganyiko uliopozwa hadi joto la kawaida ulisentifujishwa kwa 14.000 × g katika 25 °C kwa 15 dakika, ukachujwa kupitia kichujio cha Whatman No. 1 na kuhifadhiwa katika chupa ya kahawia katika 4 °C.

HPLC ilifuatilia polifenoli zipi?

Profaili ya fitokemikali ilifanywa katika mfumo wa Agilent 1120 Compact HPLC kwa utambuzi wa UV katika 350 nm. Kolamu ya Phenomenex Luna C18 ilitumika katika 40 °C, na nyakati za retention za viwango vya cyanidin-3-glucoside, cyanidin, malvidin na quercetin zililinganishwa kwa madhumuni ya utambulisho.

Ekstrakti kabla ya matibabu ilionyesha kilele nyingi dhahiri zinazohusishwa na misombo hii. Baada ya matibabu ya TiO₂, idadi na ukali wa kilele vilipungua kwa kiasi kikubwa. Chanzo kinahusisha hili na kutumiwa kwa polifenoli, mabadiliko ya kikemia au immobilization kwenye uso wa TiO₂. Baada ya utengenezaji wa ZnO, sehemu kubwa zaidi ya kilele zilibaki katika awamu ya kioevu, ingawa kwa ukali mdogo.

Uchambuzi huu hutoa profaili ya ubora. Katika sehemu ya vikwazo vya makala yenyewe, kutokupimwa kwa konsentrisheni za kiasi za misombo binafsi ya fenoli kunatambuliwa kama upungufu muhimu. Kwa hiyo, haiwezekani kuanzisha uhusiano wa kisababishi wa kiasi kama “kiasi fulani cha quercetin kilichangia kiasi fulani cha athari ya antibakteria”.

Ni nini hasa kilifanyika katika mkondo wa TiO₂?

Katika jaribio la TiO₂, material ya kuanzia tayari ilikuwa TiO₂ ya kiwango cha chakula. 90 mL ya suspension ya TiO₂ yenye konsentrisheni ya 1 × 10⁻³ M ilichanganywa kwa saa mbili katika joto la kawaida, kisha 10 mL ya ekstrakti ya blueberry ikaongezwa na kuchanganywa kwa saa mbili zaidi, na mfumo ukapashwa katika 60 °C kwa saa moja. Bidhaa ilikusanywa kwa kusentifujisha katika 10.000 rpm kwa 15 dakika, ikaoshwa kwa maji yaliyodeionishwa na kukaushwa katika 80 °C usiku kucha.

Kwa hiyo, si sahihi kuwasilisha mkondo wa TiO₂ kama “usanisi wa fuwele mpya za TiO₂ kutoka prekursor ya Ti kupitia urejeshaji wa mimea”. Majadiliano ya FTIR ya chanzo pia yanaunga mkono modeli ya impregnation/upakiaji wa uso kwenye preformed TiO₂ unaotokea kupitia vifungo vya hidrojeni na uratibu wa fitokemikali na vikundi vya Ti–OH.

ZnO ilitengenezwa vipi?

Katika mkondo wa ZnO, 90 mL ya suluhisho la 10 mM ZnCl₂ ilichanganywa katika joto la kawaida kwa 20 saa. Kisha 1 M NaOH iliongezwa tone kwa tone hadi pH 12, 10 mL ya ekstrakti ya blueberry ikaongezwa, na mchanganyiko ukachanganywa katika 60 °C kwa saa moja. Bidhaa iliyotulia ilisentifujishwa katika 10.000 rpm kwa 15 dakika, ikaoshwa na kukaushwa katika 80 °C usiku kucha.

Katika mfumo wa kikemia uliopendekezwa na chanzo, uundaji wa ZnO hutokea hasa kupitia mfuatano wa hidrolisisi/kondensheni ya alkali Zn²⁺ → Zn(OH)₂ → ZnO. Polifenoli zilitathminiwa katika mchakato huu hasa kama vipengele vinavyounda kompleks na ioni za metali, kufungamana na uso wa chembe na kuathiri ukuaji/uthabiti.

FTIR ilionyesha nini?

Katika ekstrakti ya blueberry, bendi pana karibu 3300–3400 cm⁻¹ ilihusishwa na mitetemo ya O–H ya fenoli; karibu 2920 cm⁻¹ na C–H ya aliphatic, 1600–1700 cm⁻¹ na carbonyl/aromatic C=C, na karibu 1200–1000 cm⁻¹ na mitetemo ya C–O/C–O–C.

Katika sampuli ya ZnO, kudhoofika/kuhama kwa bendi za hydroxyl na carbonyl kulihusishwa na mwingiliano wa ligands za fitokemikali na spishi za Zn; vipengele chini ya 600 cm⁻¹ viliunga mkono mitetemo ya kimiani ya Zn–O. Katika TiO₂, kuhifadhiwa kwa sehemu kwa bendi za kikaboni za ekstrakti ya blueberry kuliunga mkono wazo kwamba polifenoli zilibaki kwenye uso wa oksidi iliyopo badala ya kutumika kabisa.

XRD ilithibitishaje muundo wa fuwele?

Miundo ya XRD iliunga mkono awamu ya anatase ya TiO₂ na muundo wa hexagonal wurtzite wa ZnO. Kwa TiO₂, reflection kuu ya (101) ilionekana karibu 25° 2θ; kwa ZnO, reflection kuu ya (101) karibu 36°. Chanzo kinaripoti kwamba hakikuona kilele dhahiri za awamu za pili au uchafu katika miundo mikuu.

Kiwango cha crystallinity cha TiO₂ kilihesabiwa kwa uwiano ufuatao wa eneo:

\[ \mathrm{Kristallik} = \frac{\mathrm{Kristalin\ piklerin\ alanı}} {\mathrm{Tüm\ piklerin\ alanı}} \]

Crystallinity iliripotiwa kuwa %77,07 kwa TiO₂ ya kiwango cha chakula na %88,01 kwa TiO₂ iliyotibiwa kwa blueberry.

Kwa ukubwa wa crystallite, chanzo kilitumia uhusiano wa Scherrer:

\[ D = \frac{0.95\lambda}{\beta\cos\theta} \]

Hapa D ni ukubwa wa crystallite, λ ni urefu wa wimbi la X-ray lililotumika, β ni upana wa kilele cha diffraction kilichochaguliwa na θ ni pembe ya Bragg. Jedwali kuu 2 linatoa takriban 54,12 nm kwa TiO₂ ya kiwango cha chakula na takriban 49,98 nm kwa TiO₂ iliyotibiwa. Kwa kuwa thamani ya TiO₂ ya 12,8 nm katika Abstract haikubaliani na hii, haipaswi kuunganishwa kuwa ukubwa mmoja wa crystallite uliothibitishwa.

XPS ilisema nini kuhusu kemia ya uso?

Katika spektra ya Ti 2p, kilele mbili karibu 458,6 na 464,1 eV zilihusishwa na hali ya Ti⁴⁺; katika spektra ya Zn 2p, kilele karibu 1022,9 na 1046 eV zilihusishwa na Zn²⁺.

Ishara ya O 1s ya TiO₂ ilitenganishwa kuwa oksijeni ya kimiani karibu 529,4 eV na kipengele cha hydroxyl ya uso karibu 531 eV; uwiano wa maeneo ulikadiriwa kuwa %69,7 na %30,3 mtawalia. Katika ZnO, vipengele karibu 529,5 na 530,9 eV vilitenganishwa kwa njia sawia.

Chanzo kinajadili kwamba vipengele vya -OH/oksijeni yenye kasoro kwenye uso vinaweza kuhusishwa na uzalishaji wa ROS; hata hivyo, katika makala hii kiasi cha ROS hakikupimwa moja kwa moja kwa assay tofauti ya kikemia. Kwa hiyo, matokeo ya XPS ni kiashiria cha kemia ya uso, si kipimo cha moja kwa moja cha kiasi cha uzalishaji wa ROS wa kuzuia vijidudu.

Uchambuzi wa Raman ulithibitisha nini?

Spektra ya Raman ya TiO₂ ilionyesha mitetemo bainifu karibu 145, 398, 517 na 635 cm⁻¹ inayolingana na awamu ya anatase. Upanuzi/uhamisho mwekundu wa bendi ya 145 cm⁻¹ na bendi dhaifu karibu 795 cm⁻¹ zilihusishwa na nanocrystallinity/kasoro na nafasi wazi za oksijeni.

Kwa ZnO, karibu 437 cm⁻¹ modi ya E₂(high) iliripotiwa kama alama muhimu ya mpangilio wa wurtzite; karibu 580 cm⁻¹ kipengele cha E₁(LO) kilihusishwa na nafasi wazi za oksijeni na kasoro za interstitial za zinki.

Morfolojia ya TEM na SEM

Katika picha za TiO₂, miundo ya msingi yenye umbo la duara/nusu-duara na aggregation dhahiri ilionekana zaidi. Vipenyo vya TiO₂ vinavyotokana na picha vilikuwa na usambazaji mpana wa 4,5–207,5 nm, na kipenyo cha wastani cha takriban 85,1 nm; chembe nyingi zilikuwa katika eneo la 50–100 nm.

ZnO iliunda miundo ya kihierarkia yenye umbo la ua iliyojengwa na vitengo vidogo vyenye kingo kali, vya pembetatu/nyota. Chanzo kinaripoti urefu wa wastani wa takriban 677 nm na unene wa “petal width” wa takriban 240 nm. Thamani hizi ni vipimo vya aggregate/morfolojia nzima; neno “nanoscale” hutumiwa kwa vitengo vidogo zaidi vinavyoweza kutofautishwa.

Kwa nini DLS ilitoa ukubwa mkubwa kuliko TEM?

DLS hupima kipenyo cha hydrodynamic; haijumuishi tu kiini cha fuwele, bali pia tabaka la hydration, mipako ya kikaboni ya uso na aggregation laini inayosogea pamoja na chembe katika kioevu. Kwa hiyo, ni jambo linalotarajiwa kwamba thamani za DLS zinaweza kuwa kubwa kuliko ukubwa wa crystallite wa XRD au miundo ya msingi ya TEM.

Thamani za PDI za takriban 0,75 kwa TiO₂ na ZnO zinaonyesha usambazaji mpana na usio sawa wa ukubwa wa hydrodynamic. Kwa kuwa potenshali zote za zeta zilibaki chini ya ±30 mV, hii inaashiria uthabiti mdogo wa koloyidi na uwezekano wa aggregation badala ya uthabiti mkubwa wa electrostatic.

Mapengo ya bendi ya optiki

Katika uchambuzi wa UV–Vis/Tauc, pengo la bendi la takriban 3,37 eV liliripotiwa kwa TiO₂ ya kiwango cha chakula, takriban 3,29 eV kwa TiO₂ iliyotibiwa kwa blueberry na takriban 3,25 eV kwa ZnO. Uhamisho mdogo mwekundu baada ya matibabu ya TiO₂ ulihusishwa na chanzo na nafasi wazi za oksijeni au hali za kielektroni zinazotokana na ukubwa/kasoro.

Kwa nini ZnO ilionekana kuwa na antibakteria yenye nguvu zaidi huku TiO₂ ikionekana kuwa na utangamanifu bora wa seli?

Katika matokeo ya majaribio, ZnO ilijitokeza kwa MIC ya chini na uzuiaji mkubwa wa ukuaji, ilhali TiO₂ ilionyesha uhai wa zaidi ya %90 katika leukosaiti za kuku katika konsentrisheni zote zilizojaribiwa; chanzo kinahusisha tofauti hii ya utendaji–usalama na morfolojia ya ZnO yenye umbo la ua, utendakazi mkubwa wa uso, utolewaji wa Zn²⁺ na taratibu zinazohusiana na ROS, huku TiO₂ ikihusishwa na morfolojia yenye umbo la duara zaidi na utendakazi mdogo wa uso, lakini taratibu hizi zote hazikupimwa moja kwa moja.

Morfolojia kali na ya kihierarkia ya ZnO inaweza kutoa eneo kubwa zaidi la uso linalofikika na uwezo mkubwa wa kugusana kwa karibu na utando wa bakteria. Utolewaji wa Zn²⁺ pia huipa ZnO njia ya ziada ya athari ya kikemia ambayo haipo katika TiO₂. Kinyume chake, muundo laini zaidi, ulioaggregate na wenye umbo la duara wa TiO₂ ulihusishwa na utendakazi mdogo wa uso.

Tafsiri hizi zinaendana na utendaji wa antibakteria wa majaribio, lakini utafiti haukufanya majaribio ya mechanistic ablation yanayotenganisha mchango wa morfolojia, utolewaji wa Zn²⁺ na ROS mmoja mmoja. Kwa hiyo, haiwezekani kugawanya kisababishi kwa kiasi kama “asilimia fulani ya ubora wa ZnO inatokana na ROS na asilimia fulani na utolewaji wa ioni”.

Mbinu na Matokeo ya Utafiti

Muundo wa jaribio la kuzuia vijidudu

Koloni za E. coli ya uropatogenic na S. Typhimurium zilikuzwa katika LB broth katika 37 °C na 250 rpm hadi takriban 0,5 McFarland, takriban 10⁶ CFU/mL.

Suspension za TiO₂ na ZnO zilitolewa kwa dilution mfululizo katika Mueller–Hinton broth katika masafa ya 0,25–16 mg/mL na kuinkubatiwa pamoja na inoculum ya bakteria kwenye sahani za visima 96 katika 37 °C kwa 18 saa. Ukuaji ulipimwa katika 595 nm kwa kisomaji cha microplate.

MIC na MBC zilibainishwaje?

Baada ya incubation, 10 µL ya suluhisho la 0,01 mg/mL resazurin iliongezwa na kuinkubatiwa katika 37 °C kwa 75 dakika zaidi. Konsentrisheni ya chini zaidi ambayo haikuonyesha mabadiliko ya rangi kutoka bluu hadi pinki ilikubaliwa kama MIC.

Kwa MBC, 20 µL ilichukuliwa kutoka visima visivyo na ukuaji unaoonekana na kupandwa kwenye Mueller–Hinton agar; konsentrisheni ya chini zaidi ambayo haikuonyesha uundaji wa koloni ilifafanuliwa kuwa MBC.

Jedwali hili linaonyesha kuwa konsentrisheni inayohitajika kusimamisha ukuaji ni ya chini katika ZnO. Hata hivyo, katika hakuna kombinasheni ambapo kizingiti cha bakterisidi kilithibitishwa hadi 16 mg/mL. Kwa hiyo, chanzo kinatafsiri athari kuu katika hali zake kama bacteriostatic.

Uzuiaji wa ukuaji

TiO₂ ilisababisha kupungua kwa ukuaji kwa takriban %27 katika E. coli katika 2 mg/mL, na uzuiaji ulizidi %50 katika konsentrisheni za 4 mg/mL na zaidi. Kwa S. Typhimurium, TiO₂ iliripotiwa kutoa uzuiaji wa takriban %19–30 katika 0,25–2 mg/mL na takriban %70–72 katika 4–16 mg/mL.

ZnO ilitoa majibu yenye nguvu zaidi. Katika E. coli, kupungua kwa ukuaji kwa takriban %74 katika 0,25 mg/mL na takriban %91 katika 16 mg/mL kuliripotiwa. Katika S. Typhimurium, uzuiaji wa juu zaidi wa takriban %93 uliripotiwa karibu 2 mg/mL, na takriban %76 katika 16 mg/mL. Kutokuwa monotonic kwa muundo wa pili ni muhimu kwa aggregation ya chembe-nano, utofauti wa kibaolojia au tabia ya mfumo wa majaribio; chanzo hakipaswi kuichukulia kama dozi–jibu rahisi la mstari.

Je, MIC, MBC na metriki ya “probit LD₅₀” ya utafiti hupima kitu kilekile?

Hapana. MIC hupima konsentrisheni ya chini zaidi inayosimamisha ukuaji unaoonekana wa bakteria, MBC hupima konsentrisheni ya chini zaidi inayozuia uundaji wa koloni baada ya kupandwa upya; lakini thamani inayoitwa “probit LD₅₀” katika chanzo ni kizingiti cha kihisabati cha konsentrisheni ambacho uzuiaji wa ukuaji uliorekebishwa kwa Abbott ni %50, na si sawa moja kwa moja na LD₅₀ ya kawaida ya toksikolojia inayotegemea kifo.

Ubadilishaji wa probit

Chanzo kwanza kilibadilisha uwiano wa uzuiaji \(P\) kuwa kitengo cha probit kwa kutumia inverse normal distribution function:

\[ Y = \Phi^{-1}(P) \]

Hapa \(Y\) ni kitengo cha probit, \(\Phi^{-1}\) ni inverse cumulative function ya standard normal distribution, na \(P\) ni uwiano wa uzuiaji.

Konsentrisheni ilibadilishwa kuwa skeli ya logarithmic na modeli ya probit ya mstari ikajengwa:

\[ Y = \alpha + \beta \log_{10}(C) \]

\(\alpha\) ni intercept, \(\beta\) ni slope, na \(C\) ni konsentrisheni ya chembe-nano katika mg/mL.

Probit = 5, yaani LD₅₀ iliyofafanuliwa na chanzo inayolingana na uzuiaji wa %50, ilihesabiwa kama ifuatavyo:

\[ LD_{50} = 10^{\frac{5-\alpha}{\beta}} \]

Tofauti kubwa sana kati ya vizingiti hivi vya probit na thamani za moja kwa moja za MIC zinaonyesha pia kwamba metriki hizi haziwakilishi uamuzi mmoja wa kibaolojia.

Kutokuwa na uhakika kwa bootstrap

Kwa kila kombinasheni ya matibabu, marudio 1000 ya nonparametric bootstrap yalipangwa; marudio 994, yaani %99,4, yaliyokidhi masharti ya positive-definite Hessian matrix na finite parameters yaliconverge.

Bootstrap confidence interval ilifafanuliwa katika chanzo kama ifuatavyo:

\[ CI_{95\%}^{bootstrap} = \left[ Q_{0.025}(LD_{50}^{*}), Q_{0.975}(LD_{50}^{*}) \right] \]

Hapa \(Q\) inawakilisha percentile husika ya makadirio ya bootstrap.

Relative bias:

\[ \mathrm{Bias}(\%) = \frac{\mathrm{Median}_{bootstrap} - LD_{50}^{probit}} {LD_{50}^{probit}} \times 100 \]

Coefficient of variation:

\[ CV(\%) = \frac{SD_{bootstrap}} {\mathrm{Mean}_{bootstrap}} \times 100 \]

Chanzo kinafafanua bias ndani ya ±%10 kama kiashiria cha kosa dogo la kimfumo, na CV < %30 kama rejea ya usahihi unaokubalika. Hata hivyo, katika kombinasheni tatu kati ya nne CV ni zaidi ya %30: TiO₂/S. Typhimurium %65,25; ZnO/E. coli %47,55 na ZnO/S. Typhimurium %63,68. Kwa hiyo, model fit yenye thamani kubwa za R² haimaanishi kwamba usambazaji wote wa bootstrap ni mwembamba na sahihi.

Utangamanifu wa seli katika leukosaiti za kuku

Leukosaiti za damu ya pembeni za Gallus gallus domesticus ziliinkubatiwa na 50, 100 na 500 µg/mL TiO₂ au ZnO kwa 24 saa. Fluorescence ya resazurin ilipimwa kwa excitation ya 530 nm na emission ya 590 nm.

Chanzo kinafafanua uhai wa seli kama:

\[ \mathrm{Canlılık}(\%) = \frac{A_{sample}}{A_{negative}} \times 100 \]

Ingawa maandishi ya mbinu yanasema fluorescence ilipimwa, maelezo ya fomula yanaita vigezo \(A\) “absorbance”; tofauti hii ndogo ya istilahi inapaswa kuhifadhiwa kama ilivyo katika chanzo.

Katika TiO₂, uhai ulibaki zaidi ya %90 katika konsentrisheni zote. Katika ZnO, uhai ulipungua hadi takriban %70 katika 50 µg/mL, lakini katika 100 na 500 µg/mL thamani zilirudi hadi takriban %100. Kwa hiyo, matokeo ya ZnO si muundo wa kawaida wa monotonic wa “kadiri konsentrisheni inavyoongezeka ndivyo sumu inavyoongezeka”.

Jaribio la sumu kali la Artemia salina

Vitengo vya majaribio vilivyo na nauplii kumi za A. salina viliwekwa kwenye maji ya bahari ya sintetiki na kuathiriwa na chembe-nano kwa 24 saa. Chanzo kilihesabu mortality kama:

\[ \mathrm{Mortalite}(\%) = \frac{\mathrm{Ölü\ nauplius\ sayısı}} {\mathrm{Başlangıçtaki\ toplam\ nauplius\ sayısı}} \times 100 \]

Hivi ndivyo ilivyohesabiwa.

Katika TiO₂, vifo vilikuwa chini ya %5 katika 0–4 mg/mL, takriban %10 karibu 8 mg/mL na takriban %16,5 katika 16 mg/mL. Katika ZnO, thamani ilibaki chini ya %5 hadi 4 mg/mL na takriban %10 katika 16 mg/mL. Katika uainishaji uliotumiwa na chanzo, hakuna hali iliyofikia kizingiti cha %50 “toxic”.

Assay hii inawakilisha tu majibu ya papo hapo ya Artemia kwa 24 saa. Haiwezekani kutoa hitimisho la moja kwa moja kuhusu sumu kwa binadamu, ecotoxicity ya muda mrefu, bioaccumulation au athari za muda mrefu za kinga.

Je, molecular docking inathibitisha utaratibu wa antibakteria wa majaribio?

Hapana. Docking inatabiri tu kwa hesabu jinsi polifenoli zilizochaguliwa za blueberry zinavyoweza kufungamana na miundo ya protini ya DNA gyrase kwa geometri na nishati gani; GyrB inhibition katika bakteria halisi, konsentrisheni ya ligand ndani ya seli au utolewaji wa polifenoli kutoka uso wa chembe-nano haukupimwa moja kwa moja kibayokemia katika utafiti huu.

Mbinu ya docking

AutoDock Vina 1.2.0 ilitumika kwa molecular docking. Miundo ya ligand ilichukuliwa kutoka PubChem na kufanyiwa energy minimization kwa Avogadro 1.2.0 kwa kutumia MMFF94 force field na Steepest Descent algorithm.

Kwa muundo wa DNA gyrase wa E. coli, chanzo kilitumia PDB ID 6KZV. Kwa S. Typhimurium, chanzo kinatoa vitambulisho “GyrB-P0A2I3” na “GyrA-P37411”. Verianla huhifadhi vitambulisho hivi kama vilivyoandikwa katika chanzo na haviainishi upya kama kitambulisho cha hifadhidata tofauti bila uthibitishaji wa nje.

Matokeo ya docking ya E. coli

Katika sehemu ya E. coli, binding energies za mwingiliano wa GyrA ziliripotiwa kuwa cyanidin −6,99 kcal/mol, malvidin −7,52 kcal/mol na quercetin −7,0 kcal/mol. Chanzo kinaeleza kuwa kwa sababu misombo hii inashiriki kwa kiwango kidogo mabaki muhimu sawa na control inhibitor simocyclinone, inaweza kuhitaji structural optimization ili kupata affinity na specificity kubwa zaidi.

Matokeo ya docking ya Salmonella Typhimurium

Katika S. Typhimurium, polifenoli zilizotathminiwa hazikuonyesha mwingiliano dhahiri kwa GyrA, ilhali upande wa GyrB cyanidin-3-glucoside na quercetin zilijitokeza kwa takriban −8,5 kcal/mol. Chanzo kilijadili mwingiliano wa quercetin na mabaki nje ya active site kama Arg480, Phe262 na Asp313 kama utaratibu unaowezekana wa allosteric.

Katika tathmini pana zaidi ya GyrB ya utafiti, quercetin −8,4, C3G −7,8, malvidin −7,1 na cyanidin −6,2 kcal/mol ziliripotiwa. Matokeo haya ya hesabu mahususi kwa sehemu hayapaswi kuunganishwa kuwa ranking moja ya jumla baina ya spishi.

Utaratibu wa antibakteria wa njia nyingi uliopendekezwa

Chanzo kinapendekeza kuwa taratibu tatu zinaweza kuchangia kwa pamoja:

• uundaji wa ROS kutoka uso wa oksidi ya metali na utolewaji wa Zn²⁺ kwa ZnO, unaosababisha msongo wa kioksidishaji/utando,
• mwingiliano wa polifenoli za blueberry zinazoweza kuachiliwa na enzymes kama GyrB au lipids za utando,
• mwingiliano wa fitokemikali–utando unaorahisisha mgusano au uchukuaji wa chembe-nano.

Utaratibu huu wa njia nyingi unawasilishwa na chanzo kama “possible synergy”. Utafiti haukuzuia vipengele hivi vitatu kwa majaribio tofauti ili kutenganisha michango yao kwa kiasi.

Drug-likeness na toxicity ya in silico

Kwa kutumia SwissADME, pkCSM na ProTox-III, sifa za kihesabu za C3G, cyanidin, malvidin na quercetin zilitathminiwa. Quercetin inakaribia profaili yenye kufaa zaidi kwa kiasi kati ya misombo minne kwa ukubwa, polarity na flexibility, ingawa kizuizi cha solubility kinaendelea. C3G inaonyesha vizuizi vikubwa zaidi vya kuvuka membrane za kibaolojia kutokana na polar surface area kubwa.

Haya si matokeo ya majaribio ya toksikolojia ya wanyama; ni utabiri wa kihesabu. Uainishaji wa “active/inactive” hauwezi kutafsiriwa kama ushahidi wa usalama halisi wa kliniki au sumu ya viungo.

Utafiti unaounga mkono

Utafiti unaunga mkono kwa majaribio kwamba ekstrakti ya blueberry inaweza kutumika katika urekebishaji wa fitokemikali wa uso uliopo wa TiO₂ na katika uundaji wa alkali wa ZnO; na kwamba oksidi hizi mbili zinaonyesha tabia tofauti za morfolojia, koloyidi na kibaolojia.

Jedwali kuu la matokeo linaunga mkono kwamba ZnO ilionyesha MIC ya chini na uzuiaji mkubwa zaidi wa ukuaji kuliko TiO₂ katika bakteria mbili Gram-negative zilizojaribiwa. Uhai mkubwa wa TiO₂ katika leukosaiti za kuku pia ni matokeo ya moja kwa moja ya majaribio.

Utafiti usiounga mkono

Utafiti hauonyeshi matumizi salama kwa binadamu. Hakuna matibabu ya maambukizi ya kliniki yaliyofanywa. Haijaonyeshwa kwamba inaondoa usugu wa antibiotiki kliniki. Mkusanyiko wa chembe-nano wa muda mrefu, sumu sugu ya mazingira au athari za kinga kwa binadamu hazikujaribiwa.

Haijabainishwa ni kiasi gani cha ufanisi wa majaribio wa kuzuia vijidudu kinaelezewa kwa kiasi na uzalishaji wa ROS, utolewaji wa Zn²⁺ na GyrB inhibition. Docking si ushahidi kwamba enzyme imezuiwa moja kwa moja.

Pia, kwa kuwa konsentrisheni za polifenoli binafsi katika ekstrakti ya blueberry hazikupimwa kwa kiasi, haiwezekani kuanzisha korelasyon ya dozi–jibu kati ya kiasi maalum cha polifenoli na utendaji wa material.

Tofauti za uripoti ndani ya chanzo

• Abstract: ukubwa wa crystallite wa TiO₂ 12,8 nm; Jedwali kuu la XRD 2: takriban 49,98 nm.
• Abstract: ukubwa wa crystallite wa ZnO 18,2 nm; thamani hii haijaonyeshwa tena kwa namna ileile katika jedwali kuu la matokeo.
• Abstract: ZnO MIC 0,5–1 mg/mL, TiO₂ MIC 8–16 mg/mL; Jedwali kuu 4: ZnO 2/1 mg/mL, TiO₂ 8/4 mg/mL.
• Maelezo ya DLS yanasema ZnO na TiO₂ “hazitofautiani kitakwimu” huku yakiandika p < 0,05; Jedwali 3 linaashiria kutokuwepo tofauti kwa grouping ya herufi sawa.
• Katika tafsiri ya sensitivity ya ZnO, chanzo kinaita E. coli nyeti zaidi; probit threshold inaunga mkono hili, ilhali MIC ni ya chini zaidi kwa S. Typhimurium.
• Ingawa probit analysis inamodeli uzuiaji wa ukuaji wa %50, chanzo kinaita metriki “LD₅₀/median lethal dose”.

Maelezo ya Chanzo na Mbinu

Utafiti asili: Polyphenol-Mediated Green Synthesis of TiO2 and ZnO Nanoparticles from Vaccinium corymbosum: Integrating Structural Characterization, Antimicrobial Mechanisms, and Cytocompatibility Assessment.

Waandishi: Iván Balderas-León; Martha Reyes-Becerril; Martín Zermeño-Ruiz; Luis Miguel Anaya-Esparza; Ian Vitola; Omar Fabela-Sánchez; Carlos Arnulfo Velázquez-Carriles; Miguel Ángel López-Álvarez; Azucena Herrera-González; César Ricardo Cortez-Álvarez; Jorge Manuel Silva-Jara.

Waandishi wa mawasiliano: Miguel Ángel López-Álvarez na Jorge Manuel Silva-Jara.

Taasisi: Vitengo vya CUTlaquepaque, CUCEI, CUAltos na CUTlajomulco ndani ya Universidad de Guadalajara; Centro de Investigaciones Biológicas del Noroeste (CIBNOR); IxM SECIHTI—Centro de Investigación en Química Aplicada na vitengo husika vya utafiti.

Jarida: Chemistry.

Mchapishaji: MDPI.

Rekodi ya kibibliografia: Chemistry, 2026, 8(5), Makala 61.

DOI: 10.3390/chemistry8050061.

Tarehe ya kuchapishwa: 3 Mei 2026.

Kupokelewa / kurekebishwa / kukubaliwa: 26 Februari 2026 / 18 Aprili 2026 / 28 Aprili 2026.

Aina ya makala: Article; utafiti unaounganisha nanomateriali za majaribio, tathmini za kuzuia vijidudu na toksikolojia pamoja na vipengele vya kihesabu vya docking/ADMET.

Mapitio ya rika: Chemistry ni jarida la kimataifa la kisayansi la upatikanaji huria linalopitiwa na rika na kuchapishwa na MDPI.

Historia rasmi ya toleo: Kwenye rekodi za MDPI, baada ya Version of Record ya 3 Mei 2026 kuna Updated version of record ya 22 Mei 2026 na sasisho la HTML la 3 Septemba 2026.

Leseni: Creative Commons Attribution (CC BY). Kwa kuwa PDF ya chanzo haijataja kando nambari ya toleo la leseni, nambari ya toleo haijakisiwa hapa.

Ekstrakti ya blueberry: 1 g ya unga uliokaushwa kwa kugandisha / 100 mL ya maji yaliyodistiliwa; 90 °C, 15 dakika, 400 rpm; sentrifuji 14.000 × g, 15 dakika, 25 °C.

Matibabu ya TiO₂: Suspension ya TiO₂ ya kiwango cha chakula iliyokuwapo tayari ilitibiwa kwa ekstrakti ya blueberry, ikahifadhiwa katika 60 °C kwa saa moja, na baada ya sentrifuji/kuosha ikakaushwa katika 80 °C. Mkondo huu si usanisi de novo kutoka prekursor ya TiO₂.

Usanisi wa ZnO: 10 mM ZnCl₂; pH 12 kwa 1 M NaOH; kuongeza ekstrakti ya blueberry; saa moja katika 60 °C; uvushaji, sentrifuji, kuosha na kukausha katika 80 °C.

Mbinu za kimuundo/kikemia: HPLC, FTIR, XRD, XPS, Raman, TEM, SEM, DLS, potenshali ya zeta na uchambuzi wa UV–Vis/Tauc.

Modeli za kuzuia vijidudu: Escherichia coli ya uropatogenic na Salmonella Typhimurium.

Masafa ya konsentrisheni ya chembe-nano: 0,25–16 mg/mL.

Mbinu ya MIC/MBC: Resazurin na kupandwa upya kwenye Mueller–Hinton agar.

Takwimu: Shapiro–Wilk, Levene, one- au two-way ANOVA, Dunnett/Tukey multiple comparisons; vizingiti vya significance p < 0,01 au p < 0,00001; Welch t-test kwa usambazaji wa bootstrap α=0,05.

Probit: Uwiano wa uzuiaji uliorekebishwa kwa Abbott, konsentrisheni ya log₁₀ na weighted least squares.

Bootstrap: Kati ya marudio 1000 yaliyopangwa, 994 yaliconverge; convergence jumla %99,4.

Modeli ya utangamanifu wa seli: Leukosaiti za damu ya pembeni za kuku anayetaga (Gallus gallus domesticus); 50, 100 na 500 µg/mL; 24 saa.

Uchunguzi wa ecotoxicity: Artemia salina, assay ya mortality kali ya 24 saa.

Docking: AutoDock Vina 1.2.0; uboreshaji wa ligand kwa Avogadro 1.2.0 na MMFF94.

Utabiri wa drug-likeness/toxicity: SwissADME, pkCSM na ProTox-III.

Maadili: Taratibu za wanyama zilizotumia damu ya kuku ziliidhinishwa na CIBNOR Research Ethics Committee kwa msimbo CIBNOR-CEI-2024-07; iliripotiwa kuwa kanuni za NOM-062-ZOO-1999 na NOM-087-ECOL-SSA1-2002 zilifuatwa.

Ufadhili: Centro Universitario de Ciencias Exactas e Ingenierías (CUCEI), Centro Universitario de Tlaquepaque (CUTlaquepaque), Universidad de Guadalajara na SECIHTI; postdoctoral scholarship CVU 588976.

Upatikanaji wa data: Iliripotiwa kuwa michango asili ya utafiti imo ndani ya makala na maswali ya ziada yanaweza kuelekezwa kwa waandishi wa mawasiliano.

Mgongano wa maslahi: Waandishi hawakuripoti mgongano wa maslahi.

Taarifa ya AI zalishi: Mwandishi wa kwanza aliripoti kutumia ChatGPT wakati wa kuandaa makala ili kuboresha usomaji na kusaidia muundo wa Kielelezo 3. Waandishi walisema walipitia na kuhariri matokeo na wanawajibika kwa maudhui ya uchapishaji.

Michango ya waandishi: Conceptualization: I.B.-L., J.M.S.-J., M.Á.L.-Á.; mbinu: I.B.-L., M.Á.L.-Á., J.M.S.-J., M.Z.-R., I.V., M.R.-B., O.F.-S., A.H.-G.; software: I.B.-L., M.Z.-R., J.M.S.-J., M.Á.L.-Á.; validation: J.M.S.-J., L.M.A.-E., M.Á.L.-Á.; formal analysis: C.A.V.-C., I.V., C.R.C.-Á., L.M.A.-E.; investigation: I.B.-L., J.M.S.-J.; resources: J.M.S.-J., M.Á.L.-Á.; data curation: I.B.-L., C.R.C.-Á.; first draft: I.B.-L., J.M.S.-J.; review/editing: C.A.V.-C., C.R.C.-Á., L.M.A.-E.; visualization: J.M.S.-J.; supervision: J.M.S.-J., M.Á.L.-Á.; project administration: I.B.-L., J.M.S.-J., M.R.-B., L.M.A.-E., O.F.-S., C.A.V.-C., M.Á.L.-Á., A.H.-G.; funding acquisition: J.M.S.-J. na M.Á.L.-Á.

Vikwazo vikuu vya kisayansi: Kutokuwepo kwa konsentrisheni za kiasi za polifenoli binafsi; njia za utengenezaji wa TiO₂ na ZnO kutokuwa sawa kimetodolojia; modeli mbili tu za bakteria; kutokuwepo kwa jaribio la moja kwa moja la kiasi la mekanizimu ya ROS na utolewaji wa Zn²⁺; kutokuwepo kwa cytotoxicity/immunotoxicity ya muda mrefu; kutokuwepo kwa utafiti wa binadamu au kliniki; PDI ya juu na uthabiti mdogo wa koloyidi; mazingira halisi ya matumizi/coating kutokujaribiwa; matokeo ya docking kutothibitishwa kwa experimental GyrB inhibition assay; scale-up na process economics kutokujaribiwa.

Maonyo ya uripoti ndani ya chanzo: Kuna kutolingana kati ya Abstract na ukubwa wa crystallite wa XRD kuu, kati ya abstract na thamani za MIC za Table 4, katika kauli ya DLS “hakuna tofauti/p < 0,05”, na katika mpangilio wa sensitivity wa ZnO kati ya metriki. Verianla haijaunganisha tofauti hizi kimya kimya.

Maelezo ya matumizi ya picha: Picha za TEM/SEM za chanzo ni ushahidi wa majaribio wa raster na hazipaswi kuigwa kwa njia ya generative. Data za HPLC, XRD, DLS, MIC/MBC na probit zinaweza kuchorwa upya katika muundo wa asili wa grafu/jedwali la Verianla pale thamani za chanzo zinapotosha. Vielelezo vya mchakato/mekanizimu kama Kielelezo 1 na Kielelezo 3 vinaweza kujengwa upya kama michoro huru yenye maana sawa badala ya nakala ya pikseli.