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针对传统化学合成银纳米颗粒（AgNPs）存在毒性与环境危害问题，研究人员以枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）AMD2024 为媒介，利用黑糖蜜、甜菜渣等农业废弃物合成 AgNPs。结果显示颗粒尺寸低至 4.849 nm，IC??为 200 mg/mL，为绿色合成及废弃物利用提供新路径。
在纳米科技与生物医药领域，银纳米颗粒（Silver Nanoparticles, AgNPs）因独特的物理化学性质（如高表面积、良好分散性）展现出广泛应用潜力，但其传统合成方法（如化学还原、物理溅射）依赖有毒试剂且产生环境污染物，亟需绿色可持续的替代方案。与此同时，农业工业废弃物（如果皮、糖蜜、乳清）的大量堆积不仅造成资源浪费，还带来环境污染问题。如何将这些废弃物转化为高附加值材料，成为循环经济与绿色化学的关键挑战。
为解决上述问题，埃及艾因夏姆斯大学（Ain Shams University）农业微生物学系的研究团队开展了一项创新研究。他们利用枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）AMD2024 菌株，以黑糖蜜、甜菜渣、香蕉皮、乳清等农业废弃物为底物，探索生物合成 AgNPs 的可行性，并对合成颗粒的特性及细胞毒性进行系统评估。该研究成果发表在《BMC Microbiology》，为 AgNPs 的绿色生产与农业废弃物资源化利用提供了重要科学依据。
研究采用的关键技术方法包括：
- 紫外 - 可见光谱（UV-Vis）：检测 AgNPs 的表面等离子体共振（SPR）特性，验证合成过程。
- 动态光散射（DLS）：测定颗粒尺寸与分布，评估合成颗粒的均质性。
- X 射线衍射（XRD）：分析晶体结构，确认银纳米颗粒的晶型特征。
- 高分辨率扫描电子显微镜（HR-SEM）：观察颗粒形态，验证其球形结构。
- 傅里叶变换红外光谱（FTIR）：鉴定参与合成的官能团，揭示生物分子的作用机制。
- 细胞毒性实验：采用 MTT 法检测 AgNPs 对正常肾上皮细胞（ccl-81）的半数抑制浓度（IC??），评估生物安全性。
研究结果
1. AgNPs 的生物合成与表征
通过紫外 - 可见光谱分析，发现合成的 AgNPs 在 450 nm 处有显著 SPR 吸收峰，表明成功形成银纳米颗粒。DLS 结果显示，以葡萄糖为对照时颗粒尺寸为 15.63 nm，而利用黑糖蜜作为底物时，颗粒尺寸可进一步减小至 4.849 nm，表明不同废弃物成分对颗粒生长有调控作用。HR-SEM 图像显示，AgNPs 呈球形且分散均匀，证实了生物合成的稳定性。XRD 分析检测到银的特征衍射峰，同时发现少量副产物（如 Ag?CO?、Ag?O），提示合成条件仍需优化。FTIR 结果显示，氨基（N-H）、羟基（O-H）、碳碳双键（C=C）等官能团参与了银离子的还原与颗粒稳定，表明枯草芽孢杆菌分泌的蛋白质与代谢物是关键生物媒介。
2. 农业废弃物对合成效率的影响
研究比较了六种农业废弃物的合成效能，发现黑糖蜜（尤其是甘蔗黑糖蜜）因富含还原糖、氨基酸和酚类化合物，显著促进 AgNPs 的形成，且所得颗粒尺寸最小。相比之下，乳清和香蕉皮因蛋白质或纤维含量较高，导致颗粒尺寸较大（分别为 91.28 nm 和 68.06 nm），表明底物的化学组成是影响合成效率的关键因素。时间进程实验显示，48 小时为最佳合成时间，此时 AgNPs 浓度达 1.535 mg/L，延长培养时间未进一步提升产率。
3. 细胞毒性评估
通过 MTT 法检测 AgNPs 对 ccl-81 肾上皮细胞的毒性，结果显示其 IC??为 200 μg/mL，表明在较低浓度下对正常细胞毒性较低，具备安全应用潜力。显微镜观察显示，高浓度处理组（1.955 mg/mL）细胞出现皱缩、脱落等形态学改变，而低浓度组（≤0.244 mg/mL）细胞存活率超过 85%，证实了 AgNPs 在感染控制与水处理等领域的应用可行性。
研究结论与讨论
本研究成功建立了一种基于枯草芽孢杆菌和农业废弃物的 AgNPs 绿色合成体系，证实了生物法在降低颗粒尺寸、减少环境污染方面的显著优势。黑糖蜜等废弃物不仅作为碳源支持菌体生长，其含有的生物活性分子还直接参与银离子还原与颗粒稳定，为废弃物资源化提供了双重价值。尽管 XRD 检测到少量副产物，但其细胞毒性结果表明该合成路径具备较高生物安全性，为开发环保型抗菌剂、水净化材料奠定了基础。
研究结果还表明，生物合成 AgNPs 的尺寸与稳定性可通过底物选择精确调控，这一特性在生物医药领域（如靶向给药、抗菌涂层）具有重要应用前景。此外，该方法避免了传统化学合成的有毒副产物，符合循环经济与可持续发展理念，为纳米技术的绿色化转型提供了新范式。未来研究可进一步优化合成条件，拓展至其他金属纳米颗粒的生物合成，并探索其在农业病害防治、食品保鲜等领域的实际应用。
