Date of Award

11-2021

Document Type

Dissertation

Degree Name

Doctor of Philosophy (PhD)

Department

Biology

First Advisor

Khaled Abbas El-Tarabily

Second Advisor

Abdel-Hamid Ismail Mourad

Abstract

Activated carbon (AC) or activated charcoal are black carbonaceous porous solid material with prominent physico-chemical properties such as low volume pore size distribution, high specific surface area, and high-degree of surface reactivity for adsorption and other chemicals reactions. AC as strong and reliable adsorbent have been reported to be employed in diverse applications stretching from water/air purification, medical, sewage treatment, energy storage devices, catalyst, supercapacitor electrodes fabrication, and as biosensors component. In this current work, AC was produced from date pits, which is a common biological waste product in UAE, and used for biomedical and environmental applications instead of using commercial AC. Date pits-based AC was produced by physical activation method followed by thorough characterization for physical and chemical properties analysis. The developed activated carbon was employed for evaluation of bilirubin adsorption capacity and plant growth promoting ability for marine plants. Date-pits based AC demonstrated highly selective and most effective capacity for bilirubin adsorption as revealed by isotherm-modeling analysis compared to controls, collagen and matrigel. In vitro cell culture studies further indicated cytocompatibility of established date-pit based against liver specific cell lines THLE2 and HepG2 cells with preservation of liver cell integrity. Furthermore, AC coated rhizosphere-competent halotolerant actinobacterial strains were utilized as bioinoculants on seawater-irrigated Salicornia bigelovii plants and assessed for plant growth promoting abilities. The three rhizosphere-competent isolates, Streptomyces chartreusis (Sc), S. tritolerans (St) and S. rochei (Sr) capable of producing growth hormones were investigated individually and as consortium (Sc/St/Sr) to determine their effects on the performance of S. bigelovii growth in the greenhouse. Herein, the synergetic combination of strains indicated greater effects on S. bigelovii biomass (62.2% and 77.9% increase in shoot and root dry biomass, respectively) and seed yield (79.7% increase) compared to the individual strains and control treatment. Taken together, developed AC were employed as biomaterial for removal of protein-bound toxins in bioartificial liver devices and as bioinoculant adsorbent for plant growth promotion. Overall, this current study, emphasize the potential role of date pits-based AC in biomedical and environmental applications, and open doors for applications in diverse domains such as healthcare sector and environmental issues.

Arabic Abstract


تأثير الكربون النشط والمحضر من نوى التمر في تطبيقات مختلفة في الطب الحيوي والبيئة

الكربون النشط هو عبارة عن مادة صلبة مسامية كربونية سوداء تتميز بخصائص فيزيائية كيميائية بارزة تشمل حجم المسام المنخفض، مساحة سطح محددة عالية، ودرجة عالية من التفاعل السطحي للامتصاص والتفاعلات الكيميائية الأخرى. تم من قبل استخدام الكربون المنشط كمادة ممتازة وقوية في تطبيقات متنوعة مثل تنقية الماء والهواء، ومعالجة مياه الصرف الصحي، والمجالات الطبية، وأجهزة تخزين الطاقة، وتصنيع الأقطاب الكهربائية الفائقة، وأيضاً كأجهزة استشعار حيوية. في الدراسة الحالية، تم إنتاج الكربون النشط من نوى التمر، وهو منتج محضر من نفايات بيولوجية شائعة في دولة الإمارات العربية المتحدة، وقد تمت تجربة الكربون النشط والمحضر محلياً وذلك في التطبيقات الطبية الحيوية والبيئية. تم إنتاج الكربون النشط بطريقة التنشيط الفيزيائي متبوعاً بالتوصيف الشامل لتحليل الخواص الفيزيائية والكيميائية. تم استخدام الكربون النشط المطور وذلك لتقييم قدرته على امتصاص البيليروبين وأيضاً لاختبار قدرته مدمجاً مع بعض أنواع البكتيريا النافعة على زيادة نمو نبات الساليكورنيا والذي يستخدم حالياً لإنتاج الوقود الحيوي للطائرات. أظهرت الدراسة قدرة الكربون النشط وبانتقائية فعالة على امتصاص البيليروبين. علاوة على ذلك، تم استخدام سلالات من البكتيريا النافعة والمغلفة بالكربون النشط كمخصبات بيولوجية لزيادة نمو نبات الساليكورنيا والتي تروى بمياه البحر وتقييم قدرتها على زيادة نمو هذا النبات الاقتصادي. أظهرت الدراسة أنه عند استخدام خليط من هذه البكتيريا النافعة على بذور النبات حدوث زيادة في النمو الجذري والخضري بنسبة 62.2% و77.9% على التوالي. وأظهرت البكتيريا أيضاً المحمولة على الكربون النشط قدرة هائلة في زيادة كمية البذور وبنسبة 79.7% زيادة مقارنة بالنباتات والتي لم يتم فيها استخدام البكتيريا والكربون النشط. أثبتت الدراسة أنه يمكن استخدام الكربون النشط المطور كمواد حيوية لإزالة السموم المرتبطة بالبروتين في أجهزة الكبد الاصطناعية الحيوية وأيضاً كمخصب حيوي لزيادة نمو نبات الساليكورنيا. وبشكل عام، تؤكد هذه الدراسة على الدور المحتمل للكربون النشط والمصنوع من نوى التمر في التطبيقات الطبية الحيوية والبيئية وأنها قد تفتح الأبواب للتطبيقات في مجالات متنوعة مثل قطاع الرعاية الصحية والقضايا البيئية .

Download

Included in

Biology Commons

Share

COinS