嗜热菌Geobacillus stearothermophilus GF16分泌组绿色合成银纳米颗粒的多功能特性研究：兼具抗氧化、抗菌和催化性能的稳定纳米材料

本研究通过优化嗜热菌Geobacillus stearothermophilus GF16分泌组合成银纳米颗粒(AgNPs)的条件，成功制备出具有优异热稳定性(120℃)和多功能特性的纳米材料。该AgNPs展现出79% DPPH和75% ABTS自由基清除活性，对金黄色葡萄球菌等病原体具有100μg/mL的完全抑制效果，并能在20分钟内催化降解刚果红。研究为绿色纳米材料在医疗和环境领域的应用提供了新策略。

　　

在纳米技术飞速发展的今天，传统化学合成纳米材料的高能耗和毒性副产物问题日益凸显。银纳米颗粒(AgNPs)因其独特的物理化学性质，在医疗、催化和环境领域展现出巨大潜力，但如何实现绿色可持续生产仍是重大挑战。极端环境微生物因其特殊的代谢途径，成为解决这一问题的突破口。来自意大利火山热泉区的嗜热菌Geobacillus stearothermophilus GF16，这个耐重金属的"极端生存专家"引起了研究人员的注意。

研究人员采用紫外可见光谱(UV-Vis)、动态光散射(DLS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和电子显微镜(SEM/TEM)等技术，系统优化了AgNPs的合成条件。以菌株分泌组为生物还原剂，通过调节AgNO₃浓度(0.25-2.0 mM)、温度(25-80℃)、pH(5.0-12.0)和反应时间(24-48 h)等参数，获得了两种典型纳米颗粒AgNP_0.5和AgNP_2.0。采用热重分析(TGA)评估稳定性，并通过DPPH/ABTS抗氧化实验、溶血实验和时间杀灭试验等功能测试验证其生物活性。

AgNP形成的影响因素

通过颜色变化和UV-Vis光谱证实，60℃和pH 8.0是最佳合成条件，表面等离子体共振(SPR)峰位于410-470 nm。DLS显示颗粒水合直径52-128 nm，zeta电位-10.7至-24.4 mV，表明良好的胶体稳定性。FTIR分析揭示生物分子涂层中存在酰胺和芳香族化合物，且AgNP_2.0显示出更强的表面相互作用。

形态学分析

电子显微镜显示AgNP_0.5呈规则亚球形(17±5 nm)，而AgNP_2.0出现更多不规则聚集。这种形貌差异与FTIR揭示的表面化学特性高度一致，表明前驱体浓度直接影响纳米颗粒的自组装行为。

热稳定性分析

TGA证明两种AgNPs在120℃下仅失重<3%，远优于植物源和常温菌源纳米颗粒。这种卓越的热稳定性归因于嗜热菌分泌的耐热蛋白等生物分子涂层，为高温灭菌应用提供了可能。

抗氧化活性

AgNP_2.0在100μg/mL浓度下表现出79%(DPPH)和75%(ABTS)的清除率，显著超过分泌组本身活性(18%)。这种"1+1>2"的协同效应提示生物分子涂层与银核共同参与了电子转移过程。

血液相容性

溶血实验显示，即使对脆性增加的β-地中海贫血红细胞，所有浓度AgNPs的溶血率均<1%，远低于临床安全阈值(2%)。这为静脉给药等医学应用扫清了重要障碍。

抗菌效能

时间杀灭实验证实，AgNP_2.0在20小时内完全抑制金黄色葡萄球菌(100%)和铜绿假单胞菌(100%)，对李斯特菌也有87%抑制率。最低抑菌浓度(MIC)测试显示，其对病原体的抑制效率是文献报道值的6倍以上，这种"超常发挥"可能与极端环境菌特有的抗菌机制有关。

催化性能

在NaBH₄存在下，AgNPs能在20分钟和35分钟内分别完全降解刚果红(CR)和4-硝基酚(4-NP)。动力学分析符合伪零级模型，其催化效率媲美金纳米颗粒，但成本大幅降低。

这项研究首次全面表征了嗜热菌源AgNPs的多功能特性。Geobacillus stearothermophilus GF16作为"纳米工厂"，仅需基础培养基即可高效产出性能优异的AgNPs，避免了传统方法的有毒试剂和高能耗问题。所得纳米材料集抗氧化、抗菌、催化三大功能于一身，且具有临床级血液相容性和罕见的热稳定性。该成果为开发可持续纳米技术提供了新思路：一方面，极端微生物资源库为纳米材料创新提供了"设计宝典"；另一方面，这种"一菌多能"的合成策略，有望推动纳米医药、绿色催化和环境修复等领域的协同发展。未来研究可进一步探索分子机制，并拓展其在靶向治疗和工业催化中的应用场景。