利用Simarouba glauca叶提取物在微波辅助下快速生物合成银纳米粒子及其抗菌活性

《Nano-Structures & Nano-Objects》：Microwave-assisted rapid biosynthesis of silver nanoparticles using Simarouba glauca leaf extract and its antimicrobial activity

微波辅助单步合成银纳米颗粒（AgNPs）及抗菌活性研究。采用Simarouba glauca叶水提取物，在70℃微波加热3分钟完成AgNPs生物合成，TEM显示5-15nm球状颗粒，XRD和UV-Vis证实结晶结构及表面等离子体共振。抗菌测试表明对8种革兰氏阳性/阴性菌均有效。

　　

Aigul Zh. Kerimkulova|Faisal Kholiya|Gopal Bhojani|Saule Z. Nauryzova|Dana K. Bolatkan|Anastassiya D. Kukhareva|Shruti Chatterjee|Ainur K. Kabdrakhmanova|Ramavatar Meena|Sana K. Kabdrakhmanova

哈萨克斯坦阿拉木图Satbayev大学化学与生物化学工程系

摘要

我们报道了一种利用Simarouba glauca的水提取物通过微波辅助一步法直接合成银纳米颗粒（AgNPs）的方法。这是首次使用S. glauca的水提取物来生产AgNPs。通过持续监测454 nm处的最大紫外吸收值，确定了最佳的微波处理条件，该值反映了AgNPs的表面等离子体共振。当在70°C下反应3分钟后，454 nm处的吸收峰达到最强强度，证实了纳米颗粒的形成。我们采用粉末动态光散射（DLS）、透射电子显微镜（TEM）和X射线衍射（XRD）三种分析方法验证了AgNPs的生成。TEM图像显示，通过叶片提取物还原Ag⁺（来自AgNO3）在3分钟内合成了直径为5–15 nm的球形银颗粒。XRD结果表明，生成的AgNPs具有晶体结构，选区电子衍射（SAED）进一步证实了这一点。植物化学分析表明，该提取物中含有可能作为Ag⁺离子还原剂的酚类化合物。抗菌测试显示，合成的AgNPs对多种细菌（包括革兰氏阳性和革兰氏阴性菌）具有显著的抗菌效果。

引言

纳米技术是目前材料科学领域最活跃的研究方向之一，涉及在纳米尺度上设计、合成、表征、制造和应用具有可控形状和尺寸的结构和器件[1]、[2]。生物纳米技术是一个将物理和化学方法与植物、微生物和藻类等生物资源相结合的子领域，用于生成纳米材料[3]、[4]。由于生物纳米技术在金属纳米颗粒制备方面具有成本效益高、环境友好、操作简便以及大规模生产的能力，因此越来越受到关注[5]、[6]、[7]、[8]、[9]、[10]。在锌、铜、钛、镁、金、银等金属纳米颗粒中，银纳米颗粒（AgNPs）因其广泛的应用前景而备受关注，例如表面增强拉曼散射、电子学、催化和传感器等领域[11]、[12]、[13]、[14]、[15]、[16]。AgNPs还用于日常消费品中，如食品储存容器[17]。历史上，基于银的制剂一直被用于感染控制，而现代科学也继续广泛应用AgNPs，因为它们在低剂量下就具有强大的抗菌性能[18]。 存在多种合成金属纳米颗粒的化学、物理和生物方法。化学方法需要使用有害化学物质，对人类和环境造成威胁[19]；而物理方法则需要高能耗设备，导致成本较高。植物、微生物和海藻等生物来源为传统方法提供了有吸引力的替代方案。虽然已有许多关于利用生物资源合成AgNPs的研究，但大多数方法需要较长的时间[20]、[21]。也有文献报道了结合微波辐射和化学还原剂的合成方法，但使用生物提取物与微波结合的研究较少[22]。与传统的加热方法相比，微波辅助的纳米颗粒合成过程更优，因为它可以缩短反应时间、降低能耗和化学废物产生[23]、[24]。利用植物提取物作为还原剂通过微波辅助合成银纳米颗粒已成为一个重要的研究方向，但不同研究在反应时间、纳米材料特性和植物材料选择方面存在差异[25]、[26]、[27]、[28]、[29]。例如，Cucumis prophetarum的水提取物在80°C下需要3小时[30]，Azadirachta indica的叶提取物需要3小时的热处理[20]。微波辅助合成AgNPs的效果取决于植物种类：Parkia speciosa的提取物需要4分钟[31]，而Spondias pinnata的树皮提取物需要90–240秒[25]，Cannabis sativa的提取物需要约30分钟[29]。现有文献主要使用成分明确的植物，并评估了其对不同细菌种类的抗菌效果。然而，含有多种次生代谢物的植物在纳米颗粒合成方面具有未被充分探索的潜力。本研究利用S. glauca的叶提取物作为新型植物物质，通过微波辅助生物合成方法来制备银纳米颗粒。先前的研究已经报道了S. glauca的抗疟疾活性[32]，我们还报道了使用深度共晶溶剂从S. glauca中选择性提取glaucarubinone的方法[33]，但尚未有关于利用S. glauca叶提取物合成AgNPs的报道。因此，我们开展了利用S. glauca叶提取物合成银纳米颗粒的研究。

本文报道了利用S. glauca的水提取物通过微波辅助一步法合成银纳米颗粒的方法，并验证了其对抗八种不同革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌的抗菌效果。

材料

S. glauca的叶子采集自印度古吉拉特邦Mota Layja（纬度22.8852，经度69.2235）。将S. glauca的叶子用流水冲洗以去除杂质，然后晾干并研磨成粉末以供后续使用。硝酸银（AR级）购自M/s S. D. Fine Chemicals（孟买）。在室温下用蒸馏水配制了0.1 M的AgNO?溶液。

植物提取物的制备

为了制备澄清的水提取物（CAE），将5克干燥的叶粉末加入50毫升蒸馏水中。

材料与方法

图1展示了S. glauca叶提取物与硝酸银（0.1 M AgNO?）溶液的反应混合物照片。

在微波照射1–3分钟内，提取物的颜色从黄色变为深棕色，表明形成了AgNPs。通过紫外-可见光谱（UV-Vis光谱）、X射线衍射（XRD）和透射电子显微镜（TEM）三种分析方法确认了纳米颗粒的形成。最初的确认来自UV-Vis光谱（图2）。

结论

我们开发了一种利用S. glauca水提取物进行微波辐照的快速、绿色、植物介导的AgNPs生产方法。最佳合成条件为70°C下反应3分钟。通过UV-Vis光谱、XRD、TEM和DLS对AgNPs的尺寸和形态进行了表征。对抗八种革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌的抗菌测试表明，合成的AgNPs在4小时内表现出显著的抗菌效果。

CRediT作者贡献声明

Saule Z. Nauryzova：方法学研究。 Gopal Bhojani：形式分析。 Dana K. Bolatkan：方法学研究。 Sana K. Kabdrakhmanova：写作、审稿与编辑、验证。 Faisal Kholiya：初稿撰写。 Aigul Zh. Kerimkulova：验证、资金获取。 Shruti Chatterjee：验证。 Anastassiya D. Kukhareva：软件应用、方法学研究。 Ramavatar Meena：写作、审稿与监督。 Ainur K. Kabdrakhmanova：软件应用、数据管理。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了哈萨克斯坦科学与高等教育部科学委员会（授权号：AP19680576）的资助。

作者感谢印度新德里的CSIR（网络项目CSC0130）和DST（SB/EMEQ-052/2013）提供的财务支持。同时感谢CSIR-CSMCRI提供的基础设施和分析设施。