槲皮素功能化银/铜纳米颗粒的一锅法绿色合成：增强光学、抗菌及计算性能的多学科研究

本研究针对多重耐药菌株的严峻挑战，创新性地采用槲皮素(Qn)作为还原剂和封端配体，通过一锅法绿色合成了Qn@AgNPs和Qn@CuNPs纳米复合材料。通过UV-Vis、FTIR、SEM/EDX和XRD等表征技术证实了纳米颗粒的形貌与结构，DFT计算揭示了0.164-0.245 eV的窄带隙和高软度值(8.16-12.20 eV-1)。抗菌实验显示其对E. coli和S. aureus的MIC低至2.11-7.50 μg/mL，分子对接证实其与TcaR(-9.562 kcal·mol-1)和DNA gyrase B(-10.151 kcal·mol-1)的强结合力，为设计新型金属纳米药物提供了理论框架。

　　

抗生素耐药性已成为全球健康危机，随着大肠杆菌(E. coli)和金黄色葡萄球菌(S. aureus)等病原体不断进化出多重耐药性，传统抗生素正逐渐失效。这种"超级细菌"的威胁促使科学家将目光转向金属纳米材料——特别是银(AgNPs)和铜纳米颗粒(CuNPs)，它们能通过膜破坏、产生活性氧(ROS)以及干扰DNA/蛋白质功能等多重机制杀灭细菌。然而传统化学合成法使用的有毒还原剂(如NaBH₄)和苛刻条件，既危害环境又影响生物相容性。正是在这样的背景下，伊拉克拉帕林大学化学系(Dara Muhammed Aziz团队)的研究人员创新性地利用天然黄酮类化合物槲皮素(Quercetin)，开发出兼具环境友好性和高效抗菌性能的纳米材料，其研究成果发表在《Scientific Reports》上。

研究人员采用UV-Vis光谱监测表面等离子体共振(SPR)、FTIR分析配位作用、SEM/EDX观察形貌、XRD鉴定晶体结构等表征技术，结合密度泛函理论(DFT)计算电子结构参数，并通过分子对接模拟与细菌靶标蛋白的相互作用。抗菌实验采用标准肉汤微量稀释法测定最小抑菌浓度(MIC)。

光学性质与UV-Vis光谱分析

通过颜色变化(银纳米颗粒呈棕褐色，铜纳米颗粒呈深黄色)和特征SPR峰(AgNPs 420 nm，CuNPs 580 nm)证实了纳米颗粒的形成。UV-Vis显示Qn@AgNPs和Qn@CuNPs分别在487.96 nm和472.82 nm处出现吸收峰，表明槲皮素的羟基和羰基成功还原并稳定了金属纳米颗粒。

FTIR研究

光谱分析显示，纳米颗粒形成后槲皮素的O-H伸缩振动峰从3371 cm^-1偏移至3415-3462 cm^-1，且邻二羟基苯的特征峰(814 cm^-1)消失，证实金属通过槲皮素的儿茶酚羟基形成配位键。这种配位作用破坏了原有的分子内氢键网络，增强了纳米颗粒的稳定性。

形貌与元素表征

SEM显示Qn@AgNPs呈立方片状结构(平均粒径113.9 nm)，而Qn@CuNPs为更小的球形颗粒(66.7 nm)。EDX证实银含量高达93.6 wt%，而铜纳米颗粒中槲皮素占比更高(碳氧总量78.7 wt%)，反映两种金属不同的配位化学特性。

XRD分析

衍射图谱显示AgNPs具有面心立方结构(JCPDS 04-0783)，(111)晶面衍射最强；CuNPs呈现体心立方结构(JCPDS 89-2838)，但27.44°处的宽化峰表明槲皮素包覆导致部分非晶化。

抗菌活性

Qn@AgNPs对E. coli和S. aureus的MIC分别为2.11±1.22和4.69±2.68 μg/mL，显著优于游离槲皮素(188-375 μg/mL)和银离子(21-26 μg/mL)。Qn@CuNPs的抗菌效果(6.25-7.50 μg/mL)也远超铜离子(1416-2832 μg/mL)，显示槲皮素功能化的协同增强效应。

计算研究

DFT计算显示金属配位使HOMO-LUMO能隙降至0.164 eV(Ag)和0.245 eV(Cu)，软度值高达12.20和8.16 eV^-1，表明电子转移能力增强。分子静电势(MESP)图显示金属中心电荷极化加剧。分子对接揭示Qn@CuNPs与S. epidermidis TcaR调控蛋白结合能达-9.562 kcal·mol^-1，与E. coli DNA旋转酶B亚基结合能更达-10.151 kcal·mol^-1，通过氢键和π-π堆积作用阻断细菌关键代谢通路。

这项研究通过实验与计算的深度融合，不仅证实了槲皮素功能化纳米颗粒的卓越抗菌性能，更从电子结构层面揭示了其作用机制。窄带隙特性(△E<0.25 eV)和高软度值(S>8 eV^-1)的发现，为理解金属-黄酮类复合物的电荷转移机制提供了新视角。特别值得注意的是，Qn@AgNPs对革兰阴性菌(E. coli)的抑制浓度低至2.11 μg/mL，这一性能超越了多数报道的植物提取物合成纳米材料。研究建立的"结构-活性-机制"关联模型，为理性设计下一代功能化纳米抗菌剂奠定了理论基础，同时也展示了绿色纳米技术在应对抗生素耐药性危机中的巨大潜力。