万寿菊提取物介导的Ag–Co双金属纳米颗粒：表征及其体外抗菌、抗氧化与细胞毒活性的增强研究

《RSC Advances》：Evaluation of Tagetes erecta-incorporated Ag–Co bimetallic nano particles: characterization and enhancement of their antibacterial, antioxidant, and cytotoxic activities using an in vitro approachOpen Access

　　

本研究以万寿菊（Tagetes erecta）水提物为原料，合成、表征并生物学评价了Ag–Co双金属纳米颗粒（bimetallic nanoparticles, BNPs），旨在考察其抗菌、抗氧化及细胞毒活性。植物化学筛查表明万寿菊提取物具有生物学活性。研究人员通过紫外-可见光谱（UV-visible）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、粉末X射线衍射（P-XRD）、高分辨扫描电子显微镜（HRSEM）、透射电子显微镜（TEM）及X射线光电子能谱（XPS）对合成的Ag–Co BNPs进行了表征。紫外分析在约430 nm处显示特征吸收带。FTIR证实了官能团分析的存在。XRD分析得出Ag–Co BNPs的平均晶粒尺寸为3.5 nm。SEM和TEM图像显示生物合成的Ag–Co BNPs呈球形。XPS能谱中Ag、Co、C和O呈现不同的特征峰。抗菌研究表明，与其他三种革兰氏阴性菌相比，金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）（16 mm）显示出增强的抑菌活性，且抑菌圈随Ag–Co BNPs浓度的增加而增大。此外，该双金属纳米颗粒表现出较强的抗氧化能力，清除DPPH自由基的半数抑制浓度（IC₅₀）值为202.5 μg mL^?1。HepG2细胞系细胞毒性试验显示IC₅₀为52.39 μg mL^?1，并与H6C7人正常胰腺细胞系进行了比较。上述结果表明，生态友好的Ag–Co BNPs在未来的药物递送系统中具有潜在应用价值。

**论文解读：万寿菊提取物介导Ag–Co双金属纳米颗粒的绿色合成及其生物活性评价**

**一、研究背景与问题**

纳米颗粒（nanoparticles, NPs）因其独特的物理化学性质在生物医学、环境修复及农业等领域具有广泛应用。传统的物理和化学合成方法虽可制备纳米材料，但往往涉及有毒试剂、高能耗及环境不友好等问题。植物介导的绿色合成利用植物提取物中的生物活性成分作为还原剂和稳定剂，具有无毒、环保、经济等优势，已成为纳米材料合成领域的研究热点。金属纳米颗粒中，银（Ag）因其对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌均具有优异的抑制效果而备受关注，而钴（Co）凭借其高比表面积、 physicochemical特性及良好的生物相容性，在环境修复和生物医药领域展示出应用潜力。双金属纳米颗粒（bimetallic nanoparticles, BNPs）由两种金属元素组成，相较于单金属纳米颗粒（monometallic nanoparticles, MMNPs），往往表现出增强的物理化学性能和抗菌活性。然而，目前关于利用万寿菊提取物绿色合成Ag–Co双金属纳米颗粒及其系统生物学评价的研究尚未见报道。基于此，研究人员开展了本研究，旨在利用万寿菊（Tagetes erecta）水提物绿色合成Ag–Co BNPs，系统表征其理化性质，并评估其抗菌、抗氧化及细胞毒活性，以探索其在药物递送等生物医学领域的潜在应用。

**二、研究内容与结论**

研究人员采用万寿菊花朵水提物同时作为还原剂和稳定剂，通过湿化学法制备了Ag–Co双金属纳米颗粒，并对其进行了系统的表征和生物学活性评价。研究结果表明，合成的Ag–Co BNPs呈球形、结晶性良好，平均晶粒尺寸为3.5 nm，并成功实现了Ag与Co的复合。体外抗菌实验显示，Ag–Co BNPs对金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）的抑菌活性最强，在100 μg mL^?1浓度下抑菌圈达16 mm，且呈浓度依赖性。DPPH自由基清除实验表明，Ag–Co BNPs具有显著的抗氧化能力，IC₅₀值为202.5 μg mL^?1。细胞毒性实验显示，Ag–Co BNPs对HepG2肝癌细胞具有明显的细胞毒活性（IC₅₀ = 52.39 μg mL^?1），且对人正常胰腺细胞H6C7的毒性相对较低。该研究为开发新型、环保、多功能的纳米材料提供了实验依据，表明Ag–Co BNPs有望成为抗菌、抗氧化及抗肿瘤药物递送系统的候选材料。

**三、关键技术与方法**

本研究采用的核心技术方法包括：（1）植物提取物制备与植物化学筛查：万寿菊花朵经清洗、干燥、研磨后用水提法制备提取物，并通过定性化学试验检测其中存在的植物化学物质；（2）绿色合成：以AgNO₃和Co(NO₃)₂·6H₂O为前驱体，在万寿菊提取物和氨水（pH 8）存在下室温合成Ag–Co BNPs；（3）材料表征：综合利用紫外-可见光谱（UV-visible）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、粉末X射线衍射（P-XRD）、高分辨扫描电子显微镜（HRSEM）、透射电子显微镜（TEM）及X射线光电子能谱（XPS）对纳米颗粒的光学性质、官能团、晶体结构、形貌和元素组成进行分析；（4）生物活性评价：采用琼脂孔扩散法测定抗菌活性，DPPH法评价抗氧化活性，MTT法检测细胞毒性。样本来源：万寿菊采集自印度泰米尔纳德邦Acharapakkam的SRM农业场；细菌菌株来自印度昌迪加尔微生物型培养物保藏中心（MTCC）；HepG2和H6C7细胞系购自印度浦那国家细胞科学中心（NCCS）。

**四、研究结果**

**4.1 植物化学物筛查**

万寿菊花朵水提物的定性植物化学筛查显示，其中富含生物碱、酚类、皂苷、黄酮类、甾体、萜类、鞣质、碳水化合物和蛋白质等次级代谢产物。这些植物化学物在纳米颗粒合成过程中起还原和稳定（封端）作用，有助于形成均匀分散的纳米颗粒。

**4.2 光谱分析**

UV-visible光谱显示Ag–Co BNPs在约430 nm处出现特征吸收带，归因于表面等离子体共振（surface plasmon resonance, SPR）效应；FTIR光谱检测到O–H、C–H、C═O、C–N等官能团振动峰，证实了植物化学物参与纳米颗粒的合成与稳定。

**4.3 结构评价（XRD）**

XRD衍射图谱在2θ值28.00°、38.20°、44.50°、46.5°、77.3°和81.5°处出现Ag的特征衍射峰，对应(210)、(111)、(200)、(200)、(311)和(222)晶面；在32.60°、44.50°、54.80°、58.8°和64.60°处出现Co的特征峰，归属于(220)、(400)、(511)、(511)和(220)晶面，表明Ag和Co均呈面心立方（FCC）结构。根据Debye–Scherrer公式计算的平均晶粒尺寸为3.5 nm，且无杂质峰出现，表明产物纯度高、结晶性好。

**4.4 形貌与元素分析**

FESEM图像显示Ag–Co BNPs呈球形，粒径为30–60 nm，平均尺寸为40.3 nm；EDAX能谱证实Ag和Co元素的存在。TEM分析显示颗粒呈球形，尺寸为4–37 nm，平均粒径18.6 nm；SAED花样中的衍射环分别对应Ag和Co的晶面，进一步印证了双金属结构。XPS全谱分析确认了Ag、Co、C和O元素的存在，Ag 3d谱显示Ag 3d_3/2和Ag 3d_5/2峰，Co 2p谱显示Co²⁺和Co³⁺特征峰，表明Ag和Co成功复合。

**4.5 Ag–Co BNPs形成机制**

基于金属还原电势差异，Ag⁺（Ag⁺/Ag⁰ = 0.799 V）先被还原形成核心，随后Co²⁺（Co²⁺/Co⁰ = 0.28 V）在Ag核表面还原形成壳层，最终形成Ag核–Co壳的核壳结构。万寿菊提取物中的多酚和黄酮类化合物在该还原过程中发挥关键作用。

**4.6 抗菌活性**

琼脂孔扩散法结果显示，Ag–Co BNPs对金黄色葡萄球菌（S. aureus）的抑菌活性最强（100 μg mL^?1时抑菌圈为16 mm），与标准抗生素阿莫西林（20 mm）较为接近；对大肠杆菌（E. coli）、肺炎克雷伯菌（K. pneumoniae）和铜绿假单胞菌（P. aeruginosa）的抑菌活性相对较弱且呈浓度依赖性。MIC和MBC测定表明，Ag–Co BNPs对E. coli和S. aureus的最低抑菌浓度为25 μg mL^?1，对各菌株的最低杀菌浓度均为50 μg mL^?1。

**4.7 抗氧化活性**

DPPH自由基清除实验表明，Ag–Co BNPs的清除活性呈剂量依赖性，在250 μg mL^?1时清除率达58.5%，IC₅₀值为202.5 μg mL^?1，显示出较强的自由基中和能力，但弱于合成标准品BHT（IC₅₀ = 140.8 μg mL^?1）。

**4.8 细胞毒性分析**

MTT结果显示，Ag–Co BNPs对HepG2肝癌细胞的抑制作用呈浓度依赖性，IC₅₀为52.39 μg mL^?1；而人正常胰腺细胞H6C7对Ag–Co BNPs处理相对不敏感，表现为较高的细胞存活率。形态学观察显示，经Ag–Co BNPs处理后HepG2细胞出现细胞数量减少、细胞体积增大、核浓缩和胞质收缩等凋亡相关形态学改变，表明Ag–Co BNPs对肝癌细胞具有选择性细胞毒性和潜在促凋亡作用。

**五、总结与结论**

本研究成功利用万寿菊水提物绿色合成了球形、结晶性良好的Ag–Co双金属纳米颗粒，并通过多种表征手段证实了其物理化学性质。该纳米颗粒表现出浓度依赖性的抗菌活性、良好的抗氧化能力以及对HepG2肝癌细胞的选择性细胞毒性。研究结论指出，绿色合成的Ag–Co BNPs具有多种生物学功能，作为可持续纳米材料在生物医学应用（包括抗菌治疗、抗氧化干预和癌症治疗）中展现出广阔前景。然而，研究人员同时强调，仍需通过进一步的体内研究、毒性评估及机制探讨来确认其安全性、有效性及在药物递送等领域的实际应用潜力。