Fe3O4纳米颗粒掺入后Murraya koenigii天然荧光的静态猝灭与抗氧化性能增强

《Next Nanotechnology》：Static quenching of natural fluorescence and enhanced antioxidant properties of Murraya koenigii upon incorporation of Fe3O4 nanoparticles

　　

本研究监测了掺入Fe₃O₄纳米颗粒后Murraya koenigii提取物天然荧光的猝灭现象。通过紫外/可见光谱（UV/vis）和X射线衍射（XRD）证实了Fe₃O₄纳米颗粒的形成。稳态光致发光（photoluminescence）研究表明，掺入Fe₃O₄纳米颗粒后，Murraya koenigii的天然荧光几乎降低了5倍。尽管纳米颗粒掺入引起了显著的荧光猝灭，但在时间相关单光子计数（TCSPC）研究中，纯提取物和纳米颗粒掺杂提取物的荧光寿命几乎保持稳定，分别为6.29 ns和6.3 ns。两个样品均呈现三指数衰减，其中纳米颗粒掺杂样品中组分A₁和A₂显著降低，而长寿命组分A₃从31%急剧增加至69%。结果表明，可能形成了基态非荧光复合物，发生了静态猝灭。随后，通过DPPH自由基抑制、超氧化物歧化酶（SOD）和脂质过氧化抑制实验研究了纳米颗粒掺杂样品的抗氧化性能。纳米颗粒掺杂样品在DPPH、SOD和脂质过氧化物实验中的IC₅₀值分别为17.2 μg/ml、1.83 μg/ml和4.43 μg/ml，与纯提取物相应的24.67 μg/ml、6.70 μg/ml和17.82 μg/ml相比，这些值具有显著性。掺杂样品抗氧化活性的增强可归因于纳米颗粒与植物成分的结合防止了其降解，使其更易于清除自由基。观察到的静态猝灭也证实了非荧光复合物的形成，这进一步支持了所观察到的抗氧化活性增强。

天然荧光现象因其高灵敏度和非侵入性特性在材料科学和医学等领域具有广泛应用，而植物来源的天然荧光物质（如酚类、黄酮类、生物碱等）因其固有光致发光特性、结构多样性和生物相容性备受关注。然而，金属纳米颗粒（特别是铁氧化物）对天然荧光物质的猝灭效应及其机制尚需深入探索，尤其是静态猝灭与抗氧化性能之间的关联。研究人员以Murraya koenigii（咖喱叶）提取物为介质，利用其天然荧光特性，通过绿色合成方法制备Fe₃O₄纳米颗粒，旨在研究纳米颗粒掺入后对天然荧光的猝灭机制及抗氧化性能的增强效果。该研究不仅揭示了静态猝灭（基态非荧光复合物形成）的光物理机制，还发现纳米颗粒掺杂提取物的抗氧化活性显著提升，为开发兼具可调光学特性和强抗氧化能力的多功能纳米生物材料提供了新策略。论文发表在《Next Nanotechnology》。

为开展研究，研究人员采用了以下关键技术方法：利用微波辅助绿色合成法，以Murraya koenigii水提物还原FeCl₃制备Fe₃O₄纳米颗粒；通过紫外/可见光谱（UV/vis）、X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）和zeta电位分析表征纳米颗粒的形貌、晶相和表面电荷；采用稳态光致发光（PL）和时间相关单光子计数（TCSPC）技术测量荧光强度和寿命，分析猝灭机制；通过DPPH自由基抑制、超氧化物歧化酶（SOD）和脂质过氧化抑制实验评估抗氧化活性，并计算IC₅₀值。所有试剂和植物材料来源已在方法中注明（Murraya koenigii叶采集自当地，FeCl₃购自Merck）。

研究结果按原文小标题总结如下：
**3.1 UV/visible analysis**：紫外可见光谱显示纯提取物在321 nm有单吸收峰，Fe₃O₄掺杂提取物在288 nm出现新峰（Fe₃O₄表面等离子体共振吸收），且原321 nm峰蓝移至319 nm，证实纳米颗粒成功合成并被植物成分稳定。
**3.2 Zeta potential analysis**：Zeta电位为?14.2 mV，表明纳米颗粒带负电荷，由多酚、黄酮等植物成分去质子化形成，低电位值暗示颗粒可能聚集。
**3.3 X-ray diffraction studies**：XRD图谱确认Fe₃O₄磁铁矿相（JCPDS 19-0629），根据Debye–Scherrer方程计算晶粒尺寸为38.2–47.6 nm，平面指数对应反尖晶石结构。
**3.4 Transmission electron microscopy**：TEM图像显示颗粒小于100 nm，存在一定聚集（封装于植物成分中），晶面间距0.24 nm对应（311）晶面，SAED图谱中的离散环表明纳米晶性质，平均粒径40–45 nm，与XRD结果一致。
**3.5 Steady-state photoluminescence studies**：纯提取物在315 nm激发下于463 nm处有强发射峰，Fe₃O₄掺杂后发射峰蓝移至440 nm，荧光强度大幅下降，提示存在猝灭效应。
**3.6 Quenching of natural fluorescence of Murraya koenigii by Fe₃O₄ nanoparticles**：掺杂样品在463 nm处的发射强度从纯提取物的约170,000 cps降至约37,000 cps，降低近5倍，直观证实显著猝灭。
**3.7 Time correlated single photon counting (TCSPC) for lifetime measurements**：TCSPC显示纯和掺杂提取物的荧光寿命分别为6.29 ns和6.3 ns，基本不变，但三指数衰减组分的振幅重新分布：短寿命组分A₁和A₂从38.08%和30.63%降至14.33%和16.58%，长寿命组分A₃从31.29%升至69.09%。该模式符合静态猝灭机制，即形成基态非荧光复合物，选择性地猝灭短寿命荧光团。
**3.8 Anti-oxidant studies**：3.8.1 DPPH radical inhibition assay：纯提取物IC₅₀为24.67 μg/ml，掺杂后降至17.2 μg/ml，掺杂样品最大抑制率29.06%（10 μg/ml），呈现剂量依赖性（R2=0.9862/0.9529），归因于纳米颗粒的高比表面积、Fe2?/Fe3?氧化还原循环及与植物成分的协同作用。3.8.2 SOD radical inhibition assay：掺杂样品IC₅₀为1.83 μg/ml，远低于纯提取物的6.70 μg/ml，在2.5 μg/ml时即达65–70%抑制，曲线趋于饱和，表明接近酶系统最大效应，有效清除超氧自由基。3.8.3 Lipid peroxidation assay：掺杂样品IC₅₀为4.43 μg/ml，纯提取物为17.82 μg/ml，掺杂样品在2 μg/ml时即显活性，最大抑制率72%（10 μg/ml），表现出强链断裂抗氧化能力，与SOD结果一致，说明清除ROS并阻止下游膜损伤。

结论部分总结：当前研究表明Murraya koenigii提取物呈现固有荧光，掺入Fe₃O₄纳米颗粒后被有效猝灭。猝灭伴随稳定的荧光寿命，其机制可推断为静态猝灭——通过植物成分与纳米颗粒之间的强相互作用形成基态非荧光复合物。尽管光物理性质改变，Fe₃O₄掺杂提取物仍保留显著抗氧化潜力，在DPPH、SOD和脂质过氧化抑制实验中呈现剂量依赖性活性，且效果优于纯提取物。在酶和非酶抗氧化体系中较低IC₅₀值表明其高效自由基清除和膜保护能力。超氧自由基的同步减少和脂质过氧化抑制凸显了协同抗氧化机制，纳米颗粒掺入未削弱反而维持了植物提取物的生物功效。这些发现提示Fe₃O₄纳米颗粒掺杂的Murraya koenigii提取物是一种有前景的多功能系统，兼具可调光学特性和强抗氧化活性，在生物医学和纳米生物技术抗氧化平台中具有潜在应用价值。