《Micro》：Antimicrobial Efficacy of Silver Nanoparticles: Synthesis Routes, Structure–Activity Relationships and Recent Advances in Plant-Mediated Green Synthesis
银纳米颗粒（Ag-NPs）通常尺寸介于1至100 nm之间，在生物医学领域具有广阔的应用前景。由于其广泛的生物活性——尤其是针对耐药细菌的抗菌作用——越来越多的研究工作正聚焦于Ag-NPs最环保的合成路径。Ag-NPs可通过化学法、物理法或生物法制备。化学法成本低廉且产率高，但依赖具有潜在毒性的还原剂和稳定剂。物理法虽可避免使用这些化学品（以辐射束作为还原剂），但能耗高且需要专用设备。上述缺陷促使研究重心逐步转向绿色生物合成。本综述总结了物理法、化学法和生物法合成Ag-NPs的最新进展，并讨论了其抗菌性能，特别关注以植物（含植物废弃物）提取物绿色合成Ag-NPs的研究。与既往综述不同，我们以相同标准（尺寸与形貌控制、可规模化性、环境负担及生物医学适用性）对三类方法进行比较，将颗粒特性与抗菌性能相关联，并设专节讨论毒性与细菌银耐药性。我们进一步重点介绍了2023至2026年间发表的研究进展，并概述了决定Ag-NPs能否转化为临床及工业可行抗菌制剂的主要挑战——毒性、标准化与规模化。
论文主体内容总结
1. 引言
银（Ag，原子序数47）是一种属于"贵金属"族的过渡金属，地壳丰度约0.1 ppm，土壤浓度约0.3 ppm。银具有悠久的药用历史：金属银（Ag0）曾用于外科修复体，银盐曾被用作新生儿滴眼液以预防淋球菌相关失明，银基制剂也应用于牙科治疗。银对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌、产毒及致病性真菌菌株以及包括SARS-CoV-2在内的多种呼吸道病毒均具有活性。全球Ag-NP市场2020年估值15亿美元，预计2030年达66亿美元，2021–2030年复合年增长率为15.6%。Ag-NPs通常为1–100 nm的聚集体或团聚体，具有抗SARS-CoV-2及明确的抗菌效能。Ag-NPs最常通过化学还原法生产，以硝酸银（AgNO3）为前体，硼氢化钠或柠檬酸钠为还原剂；物理法则无需化学试剂但能耗高；绿色或生物合成依赖植物提取物、细菌、真菌或多糖作为还原剂和封端剂，具有环境友好、可规模化及良好生物相容性等优点，但粒径分布较宽。本综述将物理法、化学法和植物介导法并列，以相同实用标准评判：粒径与形貌控制能力、规模化可行性、能量与试剂成本、是否适用于生物医学或食品接触用途。
2. 银金属性质
人类通过食物和饮用水持续接触低剂量银，每日摄入量可达20–80 μg，但仅约10%被吸收。Ag0吸收后可电离释放具有生物活性的Ag+。Ag2S和Ag2Se溶解度最低，化学惰性最强；但摄入后胃液中的盐酸会将银化合物转化为结晶AgCl，进而形成可溶且毒性相对较高的[AgCl2]-络合物。对于Ag-NPs，摄入后胃酸（约0.1 M HCl）将部分金属银转化为Ag+及AgCl(cr)，未溶解部分则进入肠道和血液，或被转运至全身，或被排出体外。
3. Ag-NPs的合成与表征
Ag-NPs可通过物理法、化学法或生物法制备，所得纳米材料在结构、表面形貌、理化性质和生物活性方面差异显著。这些方法大致分为两类：自上而下法（对块体银施加外部能量使其分解为纳米结构）和自下而上法（从Ag+离子出发，逐步还原组装为Ag-NPs）。Agnihotri等制备了尺寸可控（5–100 nm）的Ag-NPs，发现5 nm颗粒在一小时内抑制大肠杆菌（E. coli，MTCC 443）生长，而7 nm和10 nm颗粒所需时间约为其两倍，表明较小Ag-NPs因比表面积更大而具有更强的杀菌活性。表征技术方面，透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）给出干态金属核尺寸；动态光散射（DLS）报告包含封端层和聚集体在内的水合动力学直径；紫外-可见（UV-Vis）等离子体吸收带是尺寸、形貌和聚集状态的快速间接指标；X射线衍射（XRD）和X射线光电子能谱（XPS）确定晶相和表面银氧化态；Zeta电位描述测量介质中的表面电荷。粒径影响抗菌活性，因为较小颗粒单位质量暴露更多表面、溶解更快、更易接近细胞包膜。形貌通过暴露的晶面起作用，Pal等发现富含{111}晶面的截角三角形纳米片活性最高。表面电荷和封端剂决定胶体稳定性和颗粒接近细胞的方式，细菌表面通常带负电，带正电的封端剂（如壳聚糖或季铵表面活性剂）促进接触。溶解是另一关键变量：Ag-NPs在含氧水中氧化并释放Ag+，速率取决于尺寸、封端、温度、pH和配体存在情况。琼脂扩散法数据受颗粒在琼脂中扩散速度影响，抑制圈并非内在效力的良好度量；肉汤微量稀释法（最低抑菌浓度MIC和最低杀菌浓度MBC）及时间-杀菌曲线更为适用。
4. Ag-NPs对细菌细胞的作用模式
Ag-NPs的抗菌活性最常用琼脂纸片扩散法评估。Caki?等将细菌悬液调至0.5麦氏浊度标准（约108 CFU mL-1），以0.25、0.5和1 mg mL-1 Ag-NP悬浮液浸渍9 mm纤维素纸片，37°C孵育24 h后测量抑菌圈直径。已提出的抗菌机制包括：（1）破坏细胞壁和细胞质膜；（2）核糖体变性抑制蛋白质合成；（3）灭活呼吸酶抑制三磷酸腺苷（ATP）合成；（4）电子传递链破坏产生活性氧（ROS）进一步损伤细胞膜。
实验证据强度不均：银与细胞包膜相互作用的证据最强，电镜显示大肠杆菌暴露于Ag-NPs后细胞壁出现凹陷、膜内颗粒聚集；核糖体和蛋白质合成效应主要用Ag+溶液证明，缺乏完整纳米颗粒在细胞内起同样作用的直接证据；呼吸酶抑制和ATP丧失与Ag+对巯基的高亲和力一致，可能至少部分是离子效应；ROS形成常用DCFH-DA荧光探针检测，但该探针特异性不足，ROS究竟是细胞死亡原因还是呼吸损伤后果仍未解决。溶解态Ag+与颗粒表面的相对贡献是核心开放问题：Xiu等在厌氧条件下阻止氧化溶解，发现多种尺寸和涂层的颗粒对大肠杆菌活性可忽略，而通入氧气形成Ag+后颗粒恢复毒性，据此认为Ag-NPs活性主要由其释放的离子解释；另一些研究主张颗粒特异性组分的存在，如颗粒粘附细胞包膜形成高局部Ag+浓度。务实解读是：溶解对Ag-NPs大部分活性是必要的，颗粒充当储库有时作为载体提高局部剂量。
细菌银耐药性方面，sil基因编码外排系统（SilCBA、SilP）和周质银结合蛋白（SilE），赋予对Ag+的耐药性。芽孢杆菌属经反复暴露后可适应纳米银；Paná?ek等报道大肠杆菌和铜绿假单胞菌经连续传代后通过产生鞭毛蛋白使颗粒聚集、降低活性银浓度而产生耐药性。基因型与表型关联并不直接：调查发现部分菌株含sil基因却不耐药，部分耐药菌株却缺乏该基因。亚致死暴露（缓释涂层或环境中银造成的情形）是耐药风险最大的场景。
5. 物理法制备Ag-NPs的抗菌活性
激光烧蚀（LA）法中，脉冲激光在液体介质中烧蚀块体银靶材，无需化学试剂。Fernández-Arias等用Nd:YVO4激光源（532 nm，14 ns脉冲；1064 nm，20 ns脉冲）获得双峰分布（18.11–21.56 nm和13.40–14.39 nm）的结晶圆润纳米颗粒，对金黄色葡萄球菌（S. aureus）显著抑菌，再辐照可进一步提升抗菌性能。Ruiz等以纳秒脉冲LA在水中合成平均尺寸10.17 ± 2.95 nm的颗粒，250 μg mL-1浓度兼具杀菌和抑菌作用。Pérez-Tanoira等发现LA-Ag-NPs可阻止S. aureus和混合口腔菌群的生物膜形成。Hamid等（2025）证实激光能量可调谐粒径和抗菌效力。
化学气相沉积（CVD）和原子层沉积（ALD）需真空和高温条件。Gerullis等用常压等离子体CVD在SiO2上沉积Ag-NPs，对大肠杆菌HB101和黑曲霉具有活性。Astaneh等（2022）以ALD在N95口罩滤材上沉积Ag-NPs，对空气中病原体S. aureus有效。Nazarov等在ALD生长的TiO2涂层上合成Ag-NPs，对S. aureus具有抗菌活性。2018至2023年间CVD/ALD相关抗菌研究相对较少。
等离子体辅助合成方面，Chandana等用常压等离子体射流在无还原剂和稳定剂条件下制备11–16 nm Ag-NPs，低浓度（10–50 mg L-1）延迟大肠杆菌生长，高浓度（至40 g L-1）完全抑制。da Silva等（2023）将Ag-NPs溅射至聚乳酸生物聚合物上，阻止大肠杆菌和枯草芽孢杆菌生物膜形成，并对SARS-CoV-2奥密克戎变异株具有抗病毒活性。
电子束（E-Beam）沉积方面，He等（2018）在真空下用低能电子枪制备Ag-NP/聚乳酸纳米复合涂层（平均直径17.5 ± 1.13 nm），对大肠杆菌ATCC 25922和S. aureus ATCC 12600具有优异抗菌活性。Chiangnoon等（2023）用电子束辐照制备载Ag-NP的聚乙烯醇（PVA）水凝胶敷料，对大肠杆菌和S. aureus的最低抑菌浓度分别为0.25和0.5 mg cm-2。
蒸发/冷凝（E/C）方面，Park等（2020）在气流下制备超小Ag-NPs（约0.234 nm），对大肠杆菌和表皮葡萄球菌具有广谱活性。Vasil'kov等（2023）在高真空中于2-丙醇内蒸发制备平均5.3 nm的Ag-NPs，以超支化聚氨基丙基烷氧基硅氧烷稳定，对枯草芽孢杆菌和大肠杆菌具有强抗菌活性。
微波辐照（MWI）方面，Kumar等将Ag-NPs沉积于单壁碳纳米管，500 W下40秒内完成Ag+还原，对S. aureus和大肠杆菌具有优异活性。Aljohani等（2023）以MWI制备壳聚糖稳定Ag-NPs包埋于聚环氧乙烷纳米纤维中，对大肠杆菌和S. aureus抑菌圈分别为51.2 ± 3.2 mm和47.2 ± 2.1 mm，对人皮肤成纤维细胞和角质形成细胞保持>93.5%活性。
6. 化学法制备Ag-NPs的抗菌活性
化学合成需银前体、还原剂和稳定剂。Lee和Meisel以AgNO3和柠檬酸钠制备Ag-NPs；Creighton等以硼氢化钠（NaBH4）还原Ag+获得约10 nm窄分布颗粒。（改良）Tollens法以二氨合银(I)络合物被醛类或糖类还原。Yu和Yam以葡萄糖在393 K和十六烷基三甲基溴化铵（HTAB）存在下还原二氨合银(I)络合物获得平均棱长55 ± 5 nm的银纳米立方体。Zielinska等先以NaBH4和柠檬酸钠制备4 nm球形Ag-NPs，再以AgNO3和抗坏血酸处理获得银纳米棒和纳米缆。聚乙烯吡咯烷酮（PVP）作为稳定剂与硝酸银和乙二醇混合可得到纳米球、纳米立方体、纳米棒或银纳米线，稳定剂浓度是决定最终尺寸和形貌的最关键参数。多种方法依赖DMF、NaBH4、肼和甲醛等危险化学品。
电化学方法方面，Yan等施加5 V阴极电压在壳聚糖多层水凝胶膜上沉积约15 nm球形Ag-NPs，赋予水凝胶对S. aureus和大肠杆菌显著抗菌活性。Zhang等结合摩擦纳米发电机与电容器电沉积亚10 nm Ag-NPs，2小时内对大肠杆菌和S. aureus达100%杀菌效率。Sudhisha等研究Ag-NP掺杂聚(3,4-乙撑二氧噻吩)（PEDOT）沉积于阳极氧化TiO2纳米管，对革兰氏阳性和阴性菌均有优异活性。
声化学方法依赖声空化产生高活性自由基还原贵金属离子。Tzounis等以声化学沉积将平均31.08 ± 6.68 nm的Ag-NPs涂覆于3D打印聚乳酸手术牵开器，对S. aureus、铜绿假单胞菌和大肠杆菌具有强抗菌活性。Abazari等（2023）以高强度探头声波仪制备Ag-NP涂层纺粘织物，对大肠杆菌和S. aureus具有活性，对HEK293细胞和卤虫无显著细胞毒性。
光还原方面，Courrol等以飞秒激光光还原AgNO3于色氨酸溶液，辐照约300 μJ持续60 min活性最高。Van Viet等以低功率紫外光还原在PVP存在下制备平均16 ± 2 nm球形Ag-NPs（35 ppm），对大肠杆菌接近100%消除。Dong等（2023）以原位紫外光还原制备载Ag-NP聚偏氟乙烯（PVDF）超滤膜，24小时对大肠杆菌抑制约99%。
7. 植物提取物制备Ag-NPs的抗菌活性
生物合成首次报道于1984年使用恶臭假单胞菌AG259。植物提取物作为还原剂和稳定剂可良好控制晶体成核和生长。植物材料经清洗、干燥、研磨后以去离子水或醇在60°C以下加热提取，提取液加入银盐溶液加热反应，通过颜色变化或UV-Vis光谱监测纳米颗粒形成，离心、洗涤、低温干燥回收。植物提取物含生物碱、蛋白质、酶、氨基酸、醇类和多糖，驱动银离子还原；部分提取物含醌类和叶绿素色素，兼具还原和稳定作用。
Ag+还原与纳米颗粒稳定的化学机制方面，提取物同时扮演三重角色：提供还原Ag+的电子、提供成核位点并限制生长、包覆成品颗粒。还原力主要来自酚类化合物——多酚（没食子酸、鞣花酸、绿原酸）和黄酮类（槲皮素、儿茶素）的羟基可被氧化为醌类同时转移电子给Ag+。黄酮类还可通过酮-烯醇互变异构释放活性氢原子还原银，含游离羟基和羰基者可螯合Ag+后再还原，有利于形成小而均匀的核。萜类通过羟基和醛基起类似作用。还原糖（醛基，类似Tollens反应）、抗坏血酸和部分有机酸也参与还原。蛋白质通过胺基、羧基和巯基结合颗粒表面防止聚集，多糖和果胶主要起空间和静电稳定作用。FTIR中酰胺和羟基谱带证明表面存在有机物，但不能确定具体哪种化合物还原了银。多酚在氧化还原步骤中被消耗而其他成分仅吸附，因此多酚:Ag+比例、pH或温度的任何变化都会改变成核与生长的平衡，从而改变粒径分布。
提取物组成和反应条件的影响方面，富含低分子量酚类的提取物倾向于快速成核和小颗粒，而蛋白质和多糖或高分子量单宁含量高的提取物倾向于更大或更多分散的颗粒。植物器官、季节和收获地点、溶剂和提取温度均改变植物化学特征。较高pH去质子化酚羟基通常加速还原产生较小颗粒，低pH利于聚集；较高温度加速成核；Ag+:提取物比例和AgNO3浓度决定成核或生长主导。Díaz-Puertas等以Box–Behnken统计设计同时考察AgNO3浓度、提取物浓度和温度对水合尺寸、多分散性和Zeta电位的影响。提取物组成还通过残余酚类直接影响抗菌性能——部分酚类本身具有抗菌活性，可能与银的作用叠加或干扰。Khorrami等对黑皮石榴的研究中，提取物单独呈抑菌作用而颗粒呈杀菌作用，两者难以分离。应常规设置提取物单独对照和等银含量Ag+对照。
代表性实例方面，Selaginella bryopteris提取物获得5–10 nm单分散球体；Salvia spinosa提取物获得19–125 nm颗粒；枣椰、阿魏和阿拉伯胶混合提取物获得68和156 nm颗粒。植物废弃物（果皮）研究方面，Mafhala等发现对HEK293细胞的半数抑制浓度（IC50）约38 μg/mL，与对革兰氏阳性菌株的最低抑菌浓度（31.25 μg/mL）同数量级，而远低于对革兰氏阴性菌的MIC（250 μg/mL），表明作用于大肠杆菌所需浓度对人体细胞系具有毒性，作用于S. aureus的浓度几乎没有安全余量——绿色来源本身并不保证有利的治疗窗口。
2024–2026年文献趋势方面，Eker等综述了提取物植物化学组成（而非仅植物物种）对Ag-NPs形貌、稳定性和多功能生物活性的决定作用。Dunah等对2015–2025年间克雷伯菌属相关研究进行系统综述，确认植物介导Ag-NPs对包括多重耐药临床分离株在内持续有效。Khalifa等将Ag-NPs定位为抗多重耐药菌的"下一代"抗菌剂，同时强调细胞毒性、环境持久性和Ag-NPs自身可能筛选细菌银耐药性的挑战。Jangid等对食品安全应用得出类似结论：生物源Ag-NPs对大肠杆菌、肠道沙门氏菌和单核细胞增生李斯特菌等食源性病原体具有活性，但银生物累积、环境毒性和监管地位不明确仍限制其大规模使用。Hamid等（2025）证实激光能量可调谐粒径和抗菌效力。
三类路线比较方面，粒径和形貌控制上化学还原法最多能——还原剂、稳定剂、温度和pH均可调节，是唯一能按需制备立方体、棒和线的路线；激光烧蚀和蒸发/冷凝给出最清洁表面但对形貌控制手段较少。可规模化性上溶液化学和植物介导合成最易按体积放大，真空和束基技术仅作为涂层工艺放大且资本成本高。生物医学用途上，物理法给出的无配体颗粒和化学法中试剂可完全去除的路线目前对胶体是更安全的选择，物理沉积法最适合植入物和器械涂层。植物介导颗粒在可接受一定多分散性且成本和环境负荷更重要的场景（食品包装、水处理、外用产品）具有吸引力，但在标准化提取物之前不宜考虑用于肠胃外或植入用途。
8. 毒性、环境归趋与长期安全性
培养人细胞中，Ag-NPs主要通过内吞进入，在酸性内体/溶酶体区室中部分溶解释放Ag+，即"特洛伊木马"机制。AshaRani等证明6–20 nm Ag-NPs损害人肺成纤维细胞和胶质母细胞瘤细胞线粒体功能、降低ATP含量、增加ROS并造成剂量依赖性DNA损伤和染色体畸变。Kim等在HepG2细胞中将毒性归因于氧化应激和谷胱甘肽耗竭。细胞毒性浓度强烈依赖细胞类型、粒径、涂层和暴露时间，无法定义单一"安全"剂量。DNA链断裂、染色体畸变和细胞周期阻滞通常在伴随其他细胞毒性征象的浓度下出现，亚细胞毒性剂量下的遗传毒性尚不明确。部分研究包含活性测试：壳聚糖稳定Ag-NPs/聚环氧乙烷纳米纤维保持成纤维细胞和角质形成细胞>93.5%活性；Abazari等的涂层织物对HEK293细胞和卤虫无显著毒性，但这些结果是在成品材料低银释放条件下获得，不等同于游离颗粒的毒性。
生物分布与长期暴露方面，未在胃中溶解的颗粒可进入血液并分布至肝、脾等器官后排出。长期使用含银化合物（包括含银伤口敷料）后的银质沉着病有充分文献记载。Ag-NPs的人体长期低剂量数据稀缺。
环境归趋与生态毒性方面，从纺织品、涂层和废水释放的Ag-NPs在污水和缺氧沉积物中大部分转化为Ag2S，溶解度远低、毒性远小于原始颗粒；有氧淡水环境中氯化作用和有机物结合以其他方式改变颗粒。硫化降低急性毒性但将银富集于污水污泥中，后者可能施用于农田，该储库的长期归趋不确定。离子银对水生生物即使在低浓度下也具有高毒性。
治疗窗口方面，任何生物医学用途的关键量是伤害宿主细胞浓度与杀死病原体浓度之比。植物化学涂层可能通过减缓溶解降低毒性，也可能含有生物活性化合物、批次间变异，且很少与相同尺寸和电荷的化学合成颗粒在同一细胞模型中比较。化学方案存在残余NaBH4或细胞毒性表面活性剂问题，部分物理路线给出表面更活泼的无配体颗粒。公平结论是：没有任何合成路线被证明本质上安全，安全性必须针对每种产品分别验证——颗粒表征、Ag+释放、含相关细胞类型和暴露时间的哺乳动物细胞组，以及可能时的体内数据。银耐药性选择风险属于同一评估范畴，因为对患者安全但促进耐药性的材料仍是不良抗菌剂。
9. 结论
物理技术（激光烧蚀、CVD/ALD、等离子体、电子束、蒸发/冷凝、微波辐照）对粒径控制良好且不留下化学残留，但能耗高、设备昂贵，限制大规模使用。化学还原法仍是最广泛使用且最易放大的方法，提供最宽的颗粒形貌范围，但相当比例方案依赖NaBH4、肼、DMF或甲醛等有毒试剂，残留物对生物医学和食品接触用途是现实关切。植物提取物生物合成避免大部分此类试剂、在温和水相条件下进行且可利用农业食品废弃物，2024至2026年间吸引最多新出版物，但局限性显著：提取物组成随物种、器官、收获和提取方法变化；批次间重现性鲜有记录；粒径分布通常比化学或物理路线更宽；负责还原和封端的化合物很少被鉴定；植物基工艺的放大几乎未被证实。最佳路线取决于预期用途而非普遍排序。
三个优先问题：第一，溶解态Ag+与完整颗粒对机制的贡献仍未解决，研究应同时报告溶解银和生物学读数。第二，亚致死暴露选择细菌银耐药性的可能性（实验室已在离子和纳米颗粒银中证实）应作为首要问题研究。第三，新合成路线报道速度快于人体和环境长期低剂量暴露毒理学证据。少数同时测量抗菌活性和细胞毒性的研究表明治疗窗口可能很窄，即使对植物废弃物产品亦然。总体而言，植物和植物废弃物提取物是下一代抗菌Ag-NPs的有前景基础，前提是标准化提取物组成和合成条件、在实际作用介质中表征颗粒、毒性和耐药性数据与效力数据同时产生而非事后补充。银纳米颗粒能否成为常规抗生素的广泛补充或替代，将取决于每种应用在抗菌效力、生物相容性和环境影响之间取得平衡。
