利用植物化学物质进行纳米技术：来自Curcuma caesia和Capparis multiflora提取物的抗菌银纳米颗粒

《Next Nanotechnology》：Harnessing phytochemicals for nanotechnology: Antimicrobial silver nanoparticles from extracts of Curcuma caesia and Capparis multiflora

　　

对可持续抗菌解决方案的迫切需求促使研究人员在环境友好型纳米颗粒合成方面投入大量研究。在本研究中，研究人员采用经济高效且环境可持续的方法，利用Curcuma caesia根茎和Capparis multiflora叶片的提取物合成了银纳米颗粒（Ag-CC和Ag-CM）。这些植物提取物作为还原剂、封端剂和稳定剂，促进了纳米颗粒的形成和稳定，无需额外化学试剂。研究人员通过系统优化关键参数，包括AgNO₃浓度（5、10、20、30、40和50 mM）、AgNO₃与提取物比例（1:0.5 – 1:2）、反应温度（25 °C、45 °C、65 °C和85 °C）以及反应时间（2–12 h），以精确控制尺寸和形貌。通过紫外-可见光谱（UV-vis）、X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、透射电子显微镜（TEM）结合能量色散X射线光谱（EDS）以及选区电子衍射（SAED）的综合表征，确认了成功合成。TEM分析表明，在优化条件下（20 mM AgNO₃、AgNO₃与提取物体积比1:1.5、反应温度85 °C、反应时间4 h），使用Curcuma caesia提取物合成的银纳米颗粒主要为球形，尺寸范围为3.5–12.9 nm。相反，在优化条件下（20 mM AgNO₃、AgNO₃与提取物体积比1:2、85 °C反应10 h），使用Capparis multiflora提取物合成的纳米颗粒主要呈球形，部分为长条形，尺寸范围为7.8–27.5 nm。Zeta电位测量表明，这些纳米颗粒在长达一个月内保持稳定。Ag-CC和Ag-CM对肺炎克雷伯菌（Klebsiella pneumoniae）、枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）、普通变形杆菌（Proteus vulgaris）、金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）和大肠杆菌（Escherichia coli）均表现出显著的抗菌活性。对大肠杆菌的最低MIC（0.078 mg/mL）和MBC（0.158 mg/mL）值最低。研究结果表明，所合成的AgNPs对广谱细菌菌株（包括耐药病原体如肺炎克雷伯菌和金黄色葡萄球菌）具有强效且稳定的杀菌活性，凸显了其在下一代抗菌治疗和生物医学领域的应用潜力。

**论文解读：利用植物化学物质绿色合成抗菌银纳米颗粒——来自Curcuma caesia和Capparis multiflora提取物的研究**

**研究背景与问题**

纳米技术作为胶体科学的新兴分支，专注于1–100 nm尺度材料的研究。银纳米颗粒（AgNPs）因其广谱抗菌、催化和生物医学特性而备受关注，尤其在抗菌领域，其效果优于金、铜和氧化锌等金属纳米颗粒。然而，传统化学合成方法依赖有害化学品或高能耗过程，成本高且环境不友好。近年来，基于植物提取物的绿色合成方法因其可持续性、经济性和环境友好性成为研究热点。植物中的酚类、黄酮类、萜类等植物化学物质可同时作为还原剂、封端剂和稳定剂，但合成条件（如pH、温度、反应时间、银盐浓度和提取物用量）对纳米颗粒的尺寸、形貌、稳定性和产率的影响仍需系统优化。此外，针对特定药用植物资源（如印度东北部喜马拉雅生物多样性热点地区的植物）的绿色合成及其抗菌性能的比较研究尚不充分。

**研究目的与意义**

本研究旨在利用印度东北部两种药用植物——Curcuma caesia（黑姜黄）根茎和Capparis multiflora（多花山柑）叶片——的提取物，通过绿色、经济、简便的方法合成银纳米颗粒，并系统优化反应参数以控制颗粒尺寸和形貌。同时，评估所得纳米颗粒对广谱细菌（包括耐药菌株）的抗菌活性，为开发下一代抗菌治疗剂和生物医学应用提供基础。该研究发表在《Next Nanotechnology》。

**主要关键技术方法**

研究人员采用以下关键技术方法开展研究：
1. **植物提取物制备**：分别从印度阿鲁纳恰尔邦采集Curcuma caesia根茎和Capparis multiflora叶片，经清洗、干燥、粉碎后，用甲醇在60 °C下搅拌提取3小时，减压蒸发浓缩得到粗提物，并配制2 wt%的提取液。
2. **银纳米颗粒合成与优化**：将2 wt%的提取液与不同浓度的AgNO₃溶液按不同体积比混合，在设定温度（25–85 °C）和时间（2–12 h）下搅拌反应，通过单因素变量法优化AgNO₃浓度（5–50 mM）、提取物比例（1:0.5–1:2）、反应温度（25–85 °C）和反应时间（2–12 h），最终通过离心和冷冻干燥获得固体纳米颗粒。
3. **表征方法**：采用紫外-可见光谱（UV-vis）、X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、透射电子显微镜（TEM）结合能量色散X射线光谱（EDS）和选区电子衍射（SAED）分析纳米颗粒的物化性质，并用Zeta电位测量评估稳定性。
4. **抗菌活性评估**：通过纸片扩散法测定抑菌圈直径，并采用微量肉汤稀释法（参考CLSI标准）测定最低抑菌浓度（MIC）和最低杀菌浓度（MBC），计算MBC/MIC比值判断杀菌或抑菌作用。测试菌株包括肺炎克雷伯菌、枯草芽孢杆菌、普通变形杆菌、金黄色葡萄球菌和大肠杆菌，均来自印度微生物类型培养物保藏中心（MTCC）或美国模式培养物保藏中心（ATCC）。

**研究结果**

**3.1 总酚含量（TPC）**
通过Folin-Ciocalteu法测定，Curcuma caesia提取物（CC）的总酚含量为53.87 mg GAE/g，Capparis multiflora提取物（CM）为32.34 mg GAE/g，表明CC提取物具有更高的酚类物质含量，可能赋予其更强的还原能力。

**3.2 银纳米颗粒的合成与优化**
通过UV-vis光谱监测，系统优化了AgNO₃浓度、提取物比例、反应温度和反应时间。结果表明：
- 最佳AgNO₃浓度为20 mM，过高浓度导致表面等离子体共振（SPR）峰减弱。
- CC提取物的最佳体积比为AgNO₃:提取物=1:1.5，而CM提取物为1:2。
- 最佳反应温度为85 °C，温度升高促进纳米颗粒形成。
- CC提取物在4 h内完成反应，而CM提取物需10 h，与CC提取物更高的还原潜力（及TPC）一致。
最终，Ag-CC（CC提取物合成的AgNPs）的优化条件为：20 mM AgNO₃、1:1.5体积比、85 °C、4 h；Ag-CM（CM提取物合成的AgNPs）为：20 mM AgNO₃、1:2体积比、85 °C、10 h。

**3.3 FTIR分析**
FT-IR光谱显示，CC和CM提取物中含有羟基（O-H）、羰基（C=O）、C-H、C=C、C-N等多种官能团。合成后的AgNPs红外谱图出现峰位偏移和强度变化，表明植物化学物质（如酚类、黄酮类）成功参与纳米颗粒的还原、封端和稳定作用。

**3.4 XRD分析**
XRD图谱显示Ag-CC和Ag-CM在2θ=38.49°/38.45°、44.33°/45.98°、64.88°/64.45°、77.68°/77.64°处出现衍射峰，分别对应面心立方（fcc）结构的（111）、（200）、（220）和（311）晶面，与JCPDS标准卡片（00-004-0783）一致，证实了纳米颗粒的晶体结构。

**3.5 TEM和EDS分析**
TEM图像显示Ag-CC主要为球形，尺寸3.462–12.908 nm（平均8.54±1.87 nm），多数在8–10 nm；Ag-CM为球形和少量长条形，尺寸7.859–27.538 nm（平均13.5±3.82 nm），多数在10–14 nm。SAED图案显示多晶环，对应（111）、（200）、（220）、（311）和（331）晶面。EDS谱图显示强银特征峰，同时存在少量碳和氧（来自植物提取物），证实银为主要元素。

**3.6 Zeta电位分析**
Ag-CC的Zeta电位在1天和30天后分别为-30.48±0.33 mV和-30.38±0.53 mV，表明高度稳定；Ag-CM在1天时为-16.52 mV（中等稳定），30天后提高至-34.58 mV（高度稳定），表明随时间延长稳定性增强。

**3.7 抗菌研究**
**3.7.1 抑菌圈测试**
纸片扩散法表明，Ag-CC和Ag-CM在250 μg/碟浓度下对肺炎克雷伯菌和普通变形杆菌的抑菌圈最大（Ag-CM对肺炎克雷伯菌为19.50±0.169 mm，对普通变形杆菌为17.50±0.169 mm），对金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌和大肠杆菌也有效。两种纳米颗粒对革兰氏阴性菌的抑制效果优于革兰氏阳性菌，可能与其较薄的肽聚糖层有关。

**3.7.2 MIC和MBC**
微量稀释法测定结果显示，Ag-CC和Ag-CM对大肠杆菌的MIC和MBC均为最低（0.078 mg/mL和0.156 mg/mL），MBC/MIC比值为2，表明具有杀菌作用。Ag-CC对所有测试菌株均显示杀菌作用（MBC/MIC=2）；Ag-CM除对普通变形杆菌显示抑菌作用（MBC/MIC=4）外，对其他菌株亦为杀菌作用。

**结论与讨论**

研究人员成功利用Curcuma caesia和Capparis multiflora提取物作为还原剂、封端剂和稳定剂，通过简单、绿色、经济的方法合成了银纳米颗粒。系统优化反应参数（AgNO₃浓度、提取物比例、温度、时间）实现了对纳米颗粒尺寸和形貌的调控。合成的Ag-CC（主要球形，平均8.54 nm）和Ag-CM（球形与长条形混合，平均13.5 nm）均表现出高度稳定性（Zeta电位达-30 mV以上）和广谱抗菌活性，尤其对耐药菌株肺炎克雷伯菌和金黄色葡萄球菌有效，对大肠杆菌的MIC/MBC值最低（0.078/0.156 mg/mL）。研究结论强调，这些稳定的纳米颗粒在生物医学和抗菌治疗领域具有显著应用潜力，其抗菌机制可能与银离子释放、膜破坏和蛋白质/DNA结合有关。