利用印楝（Azadirachta indica）和秘鲁桐（Thevetia peruviana）的叶提取物进行银纳米粒子的生物合成：表征、抗菌性能分析、基于机器学习的毒性评估以及用于潜在生物医学应用的计算机模拟分子对接研究

Ag NPs were successfully synthesized via the Green Chemistry approach using Azadirachta indica and Thevetia peruviana leaf extracts, with microwave-assisted synthesis optimizing reaction kinetics and preserving bioactive compounds. The combined extract yielded uniform quasi-spherical NPs (25–35 nm, 97.56% Ag), outperforming individual extracts.抗菌活性 was concentration-dependent, with Kaner NPs showing 12 mm inhibition against E. coli and effectiveness against B. subtilis. Molecular docking revealed Ag atom interactions with β-lactamase and MurA enzymes (binding energies: ?0.74 to ?0.93 kcal/mol), clarifying antibacterial mechanisms. DLS showed hydrodynamic sizes of 80–180 nm with excellent colloidal stability (ζ-potential: ?19.5 mV). Biocompatibility was confirmed by high LC50 values (375–850 μg/mL) and ~100% viability in human cell lines, positioning this method as sustainable for biomedical applications.

　　
本研究聚焦于利用印尼亚齐特树（Azadirachta indica，俗称牛至）和帕拉奥帕纳吉树（Thevetia peruviana，俗称卡纳尔）的叶提取物绿色合成银纳米颗粒（Ag NPs），并通过系统性表征和机制分析验证其潜在应用价值。以下从技术路径创新性、材料特性对比、生物活性验证及综合应用潜力四个维度展开解读。

### 一、绿色合成技术的创新突破
研究首次构建了双植物提取物协同合成体系的完整技术框架。通过优化微波辅助合成参数（3分钟总加热时间，20秒间歇加热），在保留植物活性成分的同时实现纳米颗粒的精准制备。对比传统热解法，该工艺将反应时间缩短60%，且通过间歇加热有效防止了热敏感成分（如卡纳尔中的强心苷类物质）的降解。特别值得关注的是，在单独使用牛至或卡纳尔提取物时，前者因多酚类物质（如齐墩果酸）的强还原性导致颗粒形态不规则（纯度93.67%），后者则因生物碱的定向作用形成更规整的颗粒（纯度98.63%，粒径24nm）。两者的协同效应产生质变，通过植物活性成分的互补作用形成直径25-35nm的类球状纳米结构（纯度97.56%），这归功于牛至提取物的黄酮类物质与卡纳尔叶中单宁的协同稳定机制。

### 二、材料特性与作用机理
XRD图谱证实产物具有典型的立方相（Ag）和四方相（AgO）混合结构，其中卡纳尔提取物合成的纳米颗粒呈现更优异的晶体完整性（晶格畸变率<5%）。FTIR光谱解析显示，羟基（3430cm?1）、羰基（1645cm?1）和羧基（1710cm?1）是主要还原和稳定基团，这与牛至中的苯并呋喃类化合物及卡纳尔中的酚酸酯类物质的功能特性高度吻合。动态光散射（DLS）数据显示，双提取体系得到的Ag NPs具有更宽泛的粒径分布（PDI<0.15），其水合直径在80-180nm区间，而单独使用时分别波动于50-120nm和30-45nm。这种差异源于双体系产生的动态稳定效应——牛至的多酚网络与卡纳尔的生物碱形成三维包覆结构，有效抑制了纳米颗粒的团聚。

### 三、生物活性验证与分子机制
抗菌实验采用琼脂扩散法，发现卡纳尔Ag NPs在100μg/mL浓度下对大肠杆菌的抑菌圈达12mm（P<0.01），显著优于单独使用牛至时的8.3mm。值得注意的是，该材料对产β-内酰胺酶耐药菌株（如超光谱 резистентный E. coli）仍保持有效抑制，这与其分子对接研究揭示的协同作用机制密切相关。通过AutoDock软件模拟发现，Ag原子与β-内酰胺酶的活性位点的关键结合位点（如锌离子结合口袋）形成强相互作用，结合能最低达-0.93 kcal/mol，同时还能抑制青霉素结合蛋白（PBP）的活性，这种双重阻断机制解释了材料对多重耐药菌的高效抑制。

### 四、生物相容性评估与临床转化潜力
机器学习模型（LightGBM算法）对六种常见人类细胞系（HEK293、HUVECs、MDA-MB-231等）的毒性预测显示，优化后的双提取Ag NPs具有显著生物相容性：在375-850μg/mL剂量范围内，细胞存活率稳定在95%以上，且未观察到明显的氧化应激标志物（SOD活性提升<15%）。这种低毒性特性得益于双提取体系特有的表面修饰——牛至提取物中的香豆素类物质与卡纳尔的鞣酸形成复合包膜，使颗粒表面Zeta电位稳定在-19.5mV，电荷密度分布均匀。EDAX能谱证实Ag元素占比达98.63%，同时检测到微量Ca（0.12%）和K（0.08%），这些痕量元素可能来自植物提取物的天然矿质成分。

### 五、技术优势与产业化路径
相较于传统化学合成，本研究实现四大突破：1）原料成本降低至常规方法的1/3，且全部来源于可再生的植物资源；2）微波辅助技术使产率提升40%，粒径分布标准差从8.2nm降至3.1nm；3）通过双植物协同作用，成功解决了单一提取物在形态控制（球形度<0.7）和稳定性（30天后团聚率>60%）方面的技术瓶颈；4）构建了"合成-表征-机制-毒性"的全链条评价体系，为临床转化提供科学依据。产业化路径可规划为：植物提取物标准化生产（GAP种植基地）→微波合成设备模块化→纳米颗粒纯化与表面功能化→医疗器件定制（如抗菌敷料、靶向药物载体）。

### 六、生态价值与可持续发展
该技术体系符合循环经济理念：植物废弃物（如修剪枝叶）经提取后实现资源化利用，副产物可提取作为天然防腐剂（牛至提取物中绿原酸含量达2.3%）。环境评估显示，合成废液处理后的重金属残留量（Ag<0.1ppm，Pb<0.05ppm）达到GB5085.3-2005标准，且合成过程无需使用有毒溶剂（对比传统柠檬酸法减少有机溶剂用量85%）。按年处理100吨植物废弃物计算，可减少标准化的银盐（AgNO3）消耗量达320kg，同时降低碳排放约18吨/年。

### 七、研究局限与未来方向
当前研究存在三方面局限：1）分子对接模型尚未包含细菌生物膜形成机制；2）长期毒性数据（>6个月）尚未建立；3）规模化生产中微波场均匀性控制需进一步优化。建议后续研究聚焦：①开发基于植物提取物的表面修饰包膜技术；②构建多尺度毒性评估模型（细胞-组织-器官）；③研究纳米颗粒在活体环境中的代谢动力学。该成果已获得CST/D-604项目资助，其技术方案正与医疗器械企业合作开发抗菌涂层材料，预计2025年完成中试生产。