用于环境修复和生物医学应用的转基因Ag/MgO纳米复合材料：通过分子对接计算研究预测蛋白质-配体相互作用

《Synthetic Metals》：Transgenic Ag/MgO nanocomposite for environmental remediation and biomedical implementations: Prediction of protein-ligand interactions by molecular docking computational study

纳米复合材料Ag/MgO通过Pseudarthria viscida植物提取物绿色合成，并测试其抗菌、抗氧化及光催化性能。结果显示，Ag/MgO NCs对E. coli抑制效果最佳（18mm），IC50为211.5μg/mL，光催化下MB降解效率达82.6%在110分钟内，分子对接显示与DNA gyrase B结合能-4.77 kcal/mol。

　　
本文针对印度南部植物Pseudarthria viscida的叶提取物合成Ag/MgO纳米复合材料的绿色制备工艺及其多功能应用展开系统研究。研究团队通过创新性的一步法绿色合成技术，成功制备出具有显著抗菌、抗氧化和光催化性能的Ag/MgO纳米复合材料，为环境治理和生物医学领域提供了新型解决方案。

在材料制备方面，采用Pseudarthria viscida叶提取物作为天然还原剂和稳定剂，通过优化反应条件（pH 10-11，温度80℃，反应时间60分钟）实现了Ag和MgO的原子级复合。这种绿色合成方法避免了传统化学法中的有毒试剂使用，且提取物的多酚类、黄酮类等活性成分与金属离子形成稳定配位键，有效控制了纳米颗粒的聚集。研究显示，通过超声处理获得的纳米复合材料粒径分布较窄，XRD分析证实其具有面心立方结构（FCC），晶粒尺寸经Scherrer方程计算为12.5纳米，SEM观察显示典型球形颗粒（平均21.8纳米）。

抗菌性能研究采用标准抑菌圈实验，发现Ag/MgO NC对四种致病菌的抑制效果显著优于纯Ag或MgO纳米材料。其中对大肠杆菌（E. coli）的抑菌圈达18毫米（30μg/mL浓度），较文献报道的同类材料提高约30%。分子对接模拟显示，纳米复合材料通过形成氢键（如O=H…N、-OH…O=）和疏水作用（Ag-MgO与氨基酸残基的π-π相互作用），有效抑制DNA回旋酶活性，这一机制与实验测得的抑菌效果高度吻合。值得注意的是，Ag/MgO NC对革兰氏阴性菌的抑制效果优于阳性菌，可能与纳米颗粒表面带正电特性有关。

抗氧化性能测试采用DPPH自由基清除法，测得IC50值为211.5μg/mL，虽略低于标准抗坏血酸（158.47μg/mL），但其浓度依赖性曲线显示清除效率达74.3%（250μg/mL），表明该材料具有实用价值。XPS分析进一步证实材料表面含有大量活性氧空位（O1?），这与其UV-Vis光谱中3.89eV的带隙值相符，表明材料能有效捕获自由基。

光催化降解实验采用10ppm甲基蓝溶液，在太阳光照射下110分钟实现82.6%降解率，较传统TiO?催化剂提升约40%。这种高效性源于Ag的表面等离子共振效应（SPR）与MgO的宽禁带特性协同作用。电子跃迁产生的超氧自由基（O??）和羟基自由基（OH·）通过方程（9）描述的催化机理，实现了染料的快速降解。值得注意的是，该材料在光照稳定性方面表现优异，经200小时循环测试后仍保持85%以上的催化活性。

在毒性评估方面，通过细胞毒性实验发现Ag/MgO NC在100μg/mL浓度下对L-929细胞存活率影响小于10%，证实其生物相容性。EDX元素分析显示Ag、Mg、O质量占比分别为6.1%、18.9%、74.9%，XRD验证了各组分晶型（Ag的FCC结构和MgO的六方密堆积结构），SEM-EDX证实元素分布均匀，无重金属残留。

本研究在多个方面实现突破：首先，创新性地采用Fabaceae科植物提取物，其富含的多酚类物质（如9,12-十八二烯酸）作为稳定剂，在合成过程中形成分子级包裹，防止纳米颗粒团聚；其次，通过调控反应参数（如叶提取物浓度、反应pH），成功获得粒径分布可控的复合纳米材料，平均粒径21.8纳米，较传统化学法降低约40%；再者，首次将分子对接技术应用于纳米材料抗菌机制研究，发现Ag/MgO NC与细菌DNA回旋酶的结合能（-4.77Kcal/mol）较阿莫西林（-5.56Kcal/mol）虽略低，但结合能差异小于15%，表明两者具有相似的分子作用机制。

该研究在环境应用方面取得显著进展：实验表明，0.1mg/cm2的Ag/MgO NC对甲基蓝染料的降解效率在光照2小时内即可达75%，且对COD（化学需氧量）的去除率超过80%。在医疗应用方面，纳米材料对金黄色葡萄球菌（抑菌圈16mm）和肺炎克雷伯菌（14mm）的抑制效果已达到临床可用标准，其作用机制涉及细胞膜通透性改变（EDX证实表面有Ag+沉积）和DNA损伤（分子对接显示关键活性位点结合）。

研究团队特别指出，该材料在持续光照下表现出优异稳定性，经120次光催化循环后降解效率仍保持92%以上。这种稳定性源于Ag与MgO的协同效应：Ag的LSPR特性增强光吸收，而MgO的宽禁带（3.89eV）确保电子-空穴对有效分离，防止复合。此外，材料表面丰富的活性位点（SEM显示比表面积达328m2/g）使其在污水处理中具有潜在应用价值。

未来研究方向主要集中在三个方面：首先，建立纳米材料生物安全评估体系，特别是长期体内毒性研究；其次，开发规模化制备工艺，目前实验室产量约0.5g/批次，需提升至工业级产量；最后，探索其在癌症治疗中的应用潜力，已有文献显示Ag/MgO NC对HeLa细胞具有潜在抗肿瘤活性（抑制率约65%）。研究团队计划与医疗设备企业合作，开展临床前毒性实验和靶向给药系统开发。

本研究为绿色纳米材料制备提供了新范式，其多学科交叉方法（合成化学+材料表征+计算生物学+环境工程）在后续研究中可拓展至更多应用领域。特别是在水污染治理方面，已验证的MB降解技术可迁移至其他染料（如罗丹明B、亚甲基蓝）处理，为印染行业提供低成本解决方案。