利用Luprops tristis合成金纳米颗粒及其在生物传感、抗菌和抗癌应用中的突破性研究

本研究针对传统金纳米颗粒(AuNPs)合成方法存在毒性高、成本大及环境污染等问题，创新性地利用印度暗色甲虫Luprops tristis的防御腺体分泌物作为生物还原剂，开发了一种绿色、可持续的金纳米颗粒(LAuNPs)合成方法。通过多技术表征证实获得17 nm球形颗粒，并证明其具有卓越的葡萄糖传感能力(检测限7 mM)、显著抗菌活性及浓度依赖性抗癌效果，为生物医学应用提供了新型多功能纳米材料。

　　

在纳米技术蓬勃发展的今天，金纳米颗粒(gold nanoparticles, AuNPs)因其独特的物理化学性质和广阔的应用前景，已成为生物医学、催化技术和环境治理等领域的研究热点。然而，传统的化学合成方法通常需要使用有毒试剂、消耗大量能源，并产生难以降解的副产物，对环境和人类健康构成严重威胁。为了克服这些局限性，科学家们将目光转向了绿色合成途径——利用植物、微生物等生物资源作为还原剂和稳定剂来制备纳米颗粒。尽管已有不少研究，但生物合成法仍面临标准化难度大、机制不明确以及生物源季节性限制等问题。

正是在这样的背景下，一项创新性的研究发表在《Next Nanotechnology》上，为金纳米颗粒的绿色合成提供了全新思路。研究人员另辟蹊径，将注意力投向了一个尚未被充分探索的生物资源：昆虫分泌物。他们选择了一种名为Luprops tristis的印度暗色甲虫，利用其防御腺体分泌物作为生物还原剂，成功合成出具有多重生物医学应用潜力的金纳米颗粒。

为了开展这项研究，研究人员主要采用了以下几种关键技术方法：首先从印度喀拉拉邦Sree Neelakanta政府梵语学院校园内采集Luprops tristis甲虫，通过显微压力技术提取其防御腺体分泌物；随后利用微波辅助合成法将腺体提取物与氯金酸溶液反应生成金纳米颗粒；通过紫外-可见光谱(UV-Vis)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和zeta电位分析等技术对合成的纳米颗粒进行系统表征；采用差分脉冲伏安法(DPV)评估其葡萄糖传感性能；通过纸片扩散法测定抗菌活性；使用DPPH法评估抗氧化能力；通过洋葱根尖染色体畸变试验评估环境毒性；最后采用台盼蓝排斥试验评估对Dalton淋巴瘤腹水(DLA)细胞的细胞毒性。

3.1. UV- spectroscopy

研究通过紫外-可见光谱分析证实了LAuNPs的成功合成。反应混合物在微波照射15分钟后，颜色从浅棕色变为红棕色，在563 nm处出现明显的表面等离子体共振吸收峰，表明金纳米颗粒的形成。该吸收峰的显著宽化表明颗粒存在高度多分散性，反映了腺体提取物中的生物分子与金属金之间的相互作用。

3.2. FTIR

傅里叶变换红外光谱分析揭示了参与LAuNPs生物合成的功能基团。在3200 cm^-1、1600 cm^-1、1700 cm^-1和1100 cm^-1处观察到显著吸收峰，表明在金纳米颗粒附近存在OH、N-H、COOH和C=O等官能团。与腺体提取物的FTIR谱图比较显示，纳米颗粒形成后这些峰发生了轻微位移或强度降低，证实提取物中的酚类和羧基化合物参与了金离子的还原和纳米颗粒的稳定化过程。

3.3. SEM and TEM, or scanning and transmission electron microscopy

扫描和透射电子显微镜分析显示，LAuNPs呈密集的球形结构，表面光滑，具有多分散性，平均尺寸为17 nm。这些纳米颗粒倾向于聚集形成更大的纳米颗粒结构。研究表明，腺体提取物中生物有机分子之间的氢键和静电相互作用是LAuNPs形成的关键机制。

3.4. Zeta potential analysis and DLS analysis

动态光散射(DLS)分析显示LAuNPs的平均流体动力学直径约为17.2 nm，与TEM结果一致。Zeta电位测量值为-21.4 mV，表明纳米颗粒胶体稳定性良好，这主要归因于生物分子封端剂的影响和溶液pH值。

3.5. Differential pulse voltammetry (DPV)

差分脉冲伏安法研究表明，LAuNPs在葡萄糖传感方面表现出良好性能。在10 mM至60 mM的葡萄糖浓度范围内建立了DPV电流输出与葡萄糖浓度之间的线性校准曲线，检测限为7 mM。这表明LAuNPs有潜力集成到电化学葡萄糖监测系统中，功能化的LAuNPs可以与葡萄糖分子相互作用，导致电导率或氧化还原过程的可检测变化。

3.6. Study on antibacterial activity

抗菌活性研究表明，LAuNPs对金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)和肺炎克雷伯菌(Klebsiella pneumoniae)均表现出剂量依赖性的抗菌活性。随着LAuNPs浓度从5 μL增加到20 μL，抑菌圈直径显著增大。对金黄色葡萄球菌的抑菌效果明显高于肺炎克雷伯菌，这可能是由于革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌细胞壁结构差异所致。

3.7. Antioxidant activity

DPPH自由基清除实验表明，LAuNPs具有浓度依赖性的抗氧化活性。随着LAuNPs浓度从20 μg/ml增加到80 μg/ml，DPPH溶液的颜色从深紫色变为浅黄色，表明抗氧化活性增强。计算得到的EC₅₀值(50%清除活性所需的浓度)为39 μg/ml。

3.8. Environmental toxicity testing

环境毒性试验通过洋葱根尖染色体畸变试验评估了LAuNPs的植物毒性。研究发现，LAuNPs可引起剂量依赖性的染色体异常，包括染色体桥、后期粘性、流浪染色体、染色体断裂和滞后染色体。随着LAuNPs浓度从100 μg/ml增加到500 μg/ml，有丝分裂指数逐渐降低，染色体畸变百分比逐渐升高。在500 μg/ml浓度下观察到最大的畸变百分比和最低的有丝分裂指数(3.54%)。

3.9. Anticancer assay

抗癌试验表明，LAuNPs对Dalton淋巴瘤腹水(DLA)细胞具有浓度依赖性的细胞毒性作用。在10、20、50、100和200 μg/ml浓度下，细胞死亡率分别为4.67±0.9%、5.92±1.5%、11.60±1.3%、15.80±1.4%和24.80±1.8%。计算得到的IC₅₀值高于200 μg/ml，表明显著的细胞毒性需要较高浓度。

这项研究的结论部分强调，利用Luprops tristis防御分泌物生物合成金纳米颗粒的方法不仅可持续、成本低，而且开创了昆虫基纳米材料生产的新途径。合成的LAuNPs表现出多功能性：具有剂量依赖性的抗菌活性、抗氧化潜力、对DLA细胞的中等细胞毒性以及良好的葡萄糖检测能力。其对洋葱根尖细胞的基因毒性影响较小，表明在环境部署方面具有安全性。

讨论部分进一步阐述了该研究的广泛意义。除了直接的生物医学应用价值外，LAuNPs可能在药物制剂、诊断传感器开发、抗菌表面涂层和环境监测工具等方面作为环境友好型替代品。昆虫衍生的合成路线为利用未充分开发的自然资源进行绿色纳米技术提供了新的可能性，减少了对危险化学品和高能耗过程的依赖。

研究人员建议未来的工作应包括体内毒性分析、机制研究以及表面修饰策略，以提高治疗应用的选择性和生物利用度。该研究为昆虫学、纳米技术和生物医学的跨学科整合提供了证据支持，为开发下一代生物工程纳米材料提供了一个新颖的平台。

这项研究不仅首次报道了利用Luprops tristis分泌物合成金纳米颗粒的方法，而且证明了所得纳米颗粒的多功能生物医学潜力，为生物源纳米材料的研究开辟了新途径。这种创新方法有望在多个领域产生重要影响，特别是在需要环境友好型和生物相容性纳米材料的应用场景中。