仙人掌叶提取物绿色合成氧化铜纳米颗粒的多功能生物活性研究：抗菌、抗病毒及抗糖尿病效应的分子机制

本研究通过仙人掌(Opuntia ficus indica)叶提取物绿色合成氧化铜纳米颗粒(CuO-NPs)，系统评估其抗菌、抗氧化、抗生物膜、抗病毒及抗糖尿病活性。研究人员采用生物还原法成功制备粒径65 nm的球形CuO-NPs，证实其对MRSA和铜绿假单胞菌生物膜抑制率达89.4%，对甲型肝炎病毒(HAV)和柯萨奇B4病毒(COXB4)的抑制率为28.6%-40.9%，并能显著抑制α-淀粉酶(91.5%)和α-葡萄糖苷酶(82.3%)活性。该研究为开发新型多功能纳米药物提供了生态友好的合成策略和实验依据。

　　

在当前全球面临抗生素耐药性和新兴病毒威胁的背景下，开发新型多功能纳米材料成为生物医学领域的重要突破口。传统化学合成纳米颗粒常伴随毒性副产物和环境负担，而植物提取物介导的绿色合成技术因其生态友好特性备受关注。铜氧化物纳米颗粒(CuO-NPs)凭借其独特的光电特性和生物相容性，在抗菌、抗癌等领域展现出巨大潜力，但其规模化制备的稳定性控制与多功能协同机制仍需深入探索。

埃及爱资哈尔大学理学院植物与微生物学系的研究人员创新性地利用仙人掌(Opuntia ficus indica)叶提取物作为还原剂和稳定剂，通过生物还原法成功制备出具有多重生物活性的CuO-NPs。这项发表在《Scientific Reports》的研究通过多学科技术手段系统揭示了该纳米材料在感染性疾病和代谢紊乱治疗中的应用前景。

研究团队采用紫外-可见光谱(UV-Vis)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM-EDS)、动态光散射(DLS)和透射电镜(TEM)对纳米颗粒进行表征；通过琼脂扩散法和微孔稀释法评估抗菌活性；采用DPPH自由基清除实验测定抗氧化能力；应用分子对接技术分析CuO-NPs与β-1,3-葡聚糖酶(PDB:2CYG)的相互作用机制；建立体外模型评价抗病毒(HAV和COXB4)和抗糖尿病(α-淀粉酶/α-葡萄糖苷酶抑制)活性。

表征分析
UV-Vis在370 nm处的特征吸收峰证实CuO-NPs形成，FTIR显示植物代谢物中的-OH、C=O等官能团参与稳定作用。XRD图谱显示单斜晶系结构，平均晶粒尺寸42.75 nm。SEM显示不规则球形团聚体，EDX证实铜(58.7%)和氧(41.3%)为主要元素。DLS测得流体动力学直径123.3 nm，TEM显示实际粒径约65 nm的球形颗粒。

抗菌与抗生物膜活性
对4种革兰阳性菌(包括MRSA)、4种革兰阴性菌和白色念珠菌的抑制圈达18-24 mm，MIC为62.5-500 μg/mL。分子对接表明CuO-NPs通过疏水作用与β-1,3-葡聚糖酶的Pro41、Val46等残基结合(结合能-2.8688 kcal/mol)。200 μg/mL浓度下对MRSA和铜绿假单胞菌生物膜的抑制率分别为89.4%和59.3%。

抗氧化与抗病毒效应
DPPH实验显示剂量依赖性自由基清除能力，IC₅₀为165.5 μg/mL。125 μg/mL剂量对HAV和COXB4的抑制率分别为28.6%和40.9%，可能通过破坏病毒衣壳蛋白和核酸实现。

抗糖尿病作用
1000 μg/mL时对α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶的抑制率分别达91.5%和82.3%，显著优于临床常用药物阿卡波糖。

这项研究开创性地证实仙人掌源CuO-NPs具有"一材多效"特性：其抗菌机制涉及细胞膜破坏、DNA复制干扰和群体感应抑制；抗病毒活性源于铜离子介导的氧化损伤；而抗糖尿病效应则通过关键酶抑制实现。特别值得注意的是，该绿色合成工艺避免了传统方法中有机溶剂的使用，纳米颗粒的稳定性(至少24个月)和生物相容性显著优于化学合成产物。研究结果为开发新一代抗感染-抗代谢综合征联合疗法提供了重要理论基础，也为植物资源的高值化利用开辟了新途径。未来研究可进一步探索该纳米系统在伤口愈合、肿瘤治疗等领域的应用潜力。