分子网络驱动分析柑橘提取物合成CuO纳米颗粒的化学特性与抗菌机制研究

本研究通过分子网络（Molecular Networking）技术深入解析了柑橘提取物绿色合成CuO纳米颗粒（NPs）的化学机制，结合多维度表征（XRD、UV-Vis、FTIR、SEM等）证实其优异抗菌活性。该研究为开发新型抗菌剂提供了绿色合成路径与理论依据，对解决抗生素耐药性问题具有重要意义。

　　

引言背景

随着细菌对抗生素耐药性的不断增强，开发新型抗菌剂已成为医学研究的重要方向。铜氧化物纳米颗粒（CuO NPs）因其卓越的抗菌性能和广泛的应用前景而备受关注，在药物递送、抗菌制剂及寄生虫防治等领域展现出巨大潜力。在多种纳米颗粒合成方法中，植物介导的生物合成法因其成本效益高、工艺简单、环境友好等优势，显著优于物理和化学方法。该方法无需高温高压条件，也不涉及有毒化学品的使用。

柑橘（Citrus unshiu）果皮提取物富含多种植物化学物质，为CuO NPs的生物合成提供了理想基质。其含有的多酚、黄酮类、三萜类等活性成分不仅能将金属离子还原为纳米颗粒，还能作为封端剂和稳定剂，精确调控纳米颗粒的尺寸分布和结晶度。这些 phytochemicals 不仅具有抗菌特性，还能通过抗炎作用促进健康。

研究方法与表征分析

本研究采用超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱（UHPLC-QTOF-MS）结合全球天然产物分子网络（GNPS）技术，对柑橘提取物及合成纳米颗粒进行系统分析。通过X射线衍射（XRD）、紫外-可见光谱（UV-Vis）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、扫描电子显微镜（SEM）、能量色散X射线光谱（EDX）、动态光散射（DLS）和透射电子显微镜（TEM）等多种表征手段，全面解析了纳米颗粒的原子结构和形态特征。

分子网络分析揭示了多种具有抗菌和还原活性的代谢物，包括异樱花素-7-O-芦丁糖苷、橙皮苷、黄芩素II、高orientin、泽兰黄素-5-甲醚、扫帚黄素和牡荆素等关键化合物。

抗菌活性与细胞毒性评估

抗菌实验结果表明，CuO NPs对所有测试菌株均表现出显著抑制效果。其对革兰氏阳性菌株蜡样芽孢杆菌（Bacillus cereus）和金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）的MIC值分别为15.62μg mL^-1和62.50μg mL^-1，对革兰氏阴性菌大肠杆菌（Escherichia coli）和鼠伤寒沙门氏菌（Salmonella typhimurium）的MIC值分别为7.81μg mL^-1和31.25μg mL^-1，显示出特别对大肠杆菌的高度敏感性。

细胞毒性研究表明，CuO NPs对HEK293细胞和A549细胞的IC₅₀值分别为34.90±0.73μg mL^-1和25.48±0.28μg mL^-1，表明其在不同细胞系中具有选择性细胞毒性。

研究意义与展望

该研究不仅证实了柑橘提取物合成CuO NPs的抗菌效能，更重要的是通过分子网络技术揭示了植物化学物质在纳米颗粒合成中的作用机制。这种绿色合成方法利用农业废弃物资源，实现了可持续的纳米材料制备，为开发环境友好型抗菌剂提供了新思路。研究结果对于解决抗生素耐药性这一全球健康挑战具有重要意义，并为未来纳米医学材料的开发提供了理论基础和实践依据。

通过深入理解植物化学物质在纳米颗粒合成中的多重角色，本研究为绿色纳米技术的进一步发展开辟了新途径，展示了LC-MS技术在解析抗菌特性和绿色合成路径方面的强大潜力。