菊花提取物绿色合成Ag@Fe双金属纳米颗粒：抗氧化、抗糖尿病及分子对接研究的表征与生物医学潜力

《RSC Advances》：Eco-friendly green synthesis of Ag@Fe bimetallic nanoparticles using Chrysanthemum flower extract: characterization and biomedical potential through antioxidant, antidiabetic and molecular docking studiesOpen Access

　　

本研究旨在利用菊花（Chrysanthemum）花提取物以环境友好方式合成Ag@Fe双金属纳米颗粒，并评估其结构特性和生物学潜力。研究人员采用紫外-可见光谱法（UV-Vis）、傅里叶变换红外光谱法（FTIR）、扫描电子显微镜（SEM）、能量色散X射线光谱法（EDX）、元素映射、动态光散射（DLS）和X射线衍射（XRD）技术对所合成的纳米颗粒进行了全面表征。研究人员对花提取物中的主要植物化学成分进行了密度泛函理论（DFT）计算，以阐明其供电子能力及在水相条件下纳米颗粒形成过程中的作用。采用抗氧化和抗糖尿病测定法评估所制备纳米颗粒的生物活性，并通过分子对接研究进一步探究其与相关治疗靶点的相互作用。UV-Vis光谱在270和350 nm处呈现特征吸收带，分别对应Fe和Ag纳米结构，证实了AgFe纳米颗粒的成功形成。DLS分析显示Z-平均流体动力学直径为440.6 nm，而Zeta电位为?7.7 mV，表明AgFe纳米颗粒具有中等胶体稳定性。生物合成纳米颗粒表现出显著的抗糖尿病活性，对α-淀粉酶抑制的EC50值为33.43 ± 0.32 μg mL^?1，对α-葡萄糖苷酶抑制的EC50值为35.58 ± 0.61 μg mL^?1。分子对接研究进一步支持了这些发现，揭示了良好的蛋白质-配体相互作用和强结合亲和力。此外，该纳米颗粒表现出显著的抗氧化活性，在DPPH和H₂O₂清除测定中的EC50值分别为31.43 ± 0.25 μg mL^?1和34.33 ± 0.43 μg mL^?1。综上所述，这些结果证明了具有多功能特性的CFE-AgFe NPs（菊花提取物-AgFe纳米颗粒）的成功绿色合成，其具有 promising 的抗氧化和抗糖尿病特性。然而，仍需进一步的体内研究以验证其治疗潜力和生物安全性。

**论文解读：基于菊花提取物绿色合成Ag@Fe双金属纳米颗粒及其生物医学潜力研究**

**一、研究背景与目的**

糖尿病作为一种全球高发的慢性代谢性疾病，其发病机制复杂且患病率持续攀升，对人类健康构成严重威胁。氧化应激在糖尿病的发生发展过程中扮演关键角色，其本质是自由基产生与抗氧化防御系统之间的失衡。目前，开发新型、高效的糖尿病治疗策略仍是全球范围内的迫切需求。纳米技术的兴起为生物医学领域带来了新的契机，研究表明纳米颗粒（NPs）具有显著的抗癌、抗菌、抗氧化及抗糖尿病等生物活性。相较于单金属纳米颗粒，双金属或多金属纳米材料因双金属组分的协同效应而表现出更优异的物理化学性质和生物学性能。然而，传统纳米颗粒的物理和化学合成方法往往涉及昂贵、危险的化学品，且能耗高、对环境造成严重负担。因此，开发简单、经济、环境友好的绿色合成策略成为研究热点，利用植物提取物作为还原剂和稳定剂正是实现这一目标的有效途径。菊花（Chrysanthemum）花提取物富含酚酸、金合欢素和木犀草素等生物活性分子，具备作为绿色还原剂和封端剂的潜力。此前尚未有使用菊花提取物合成Ag@Fe双金属纳米颗粒的报道，存在研究空白。本研究旨在利用菊花提取物绿色合成Ag@Fe双金属纳米颗粒，系统表征其结构性质，并综合评估其抗氧化、抗糖尿病活性及分子对接机制，以期为开发新型多功能生物医学纳米材料提供理论依据和实验基础。

**二、主要技术方法**

本研究采用多种技术手段对合成的CFE-AgFe NPs进行全面表征和活性评估。主要方法包括：利用UV-Vis光谱监测纳米颗粒的形成和光学性质；通过FTIR鉴定纳米颗粒表面的功能基团；运用XRD分析晶体结构；借助SEM、EDX及元素映射分析表面形貌和元素组成；使用DLS测定粒径分布和Zeta电位。在理论计算方面，运用密度泛函理论（DFT）评估菊花提取物中主要植物化学成分的电子结构和反应活性。生物活性评估方面，采用体外α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶抑制实验评价抗糖尿病活性，利用DPPH和H₂O₂清除实验考察抗氧化能力，并通过分子对接模拟预测活性成分与靶标酶的结合模式。所有实验均重复三次，数据以平均值±标准差表示。

**三、研究结果**

**3.1 CFE-AgFe NPs化学、形态和结构分析**

通过UV-Vis光谱分析，CFE-AgFe NPs在270 nm和350 nm处呈现特征吸收带，分别对应Fe和Ag纳米结构，证实了双金属纳米颗粒的成功形成。Tauc plot分析得出光学带隙为4.13 eV，低于块体材料的5.34 eV，这可归因于表面吸附的植物化学物质的生物活性成分、表面缺陷和晶格畸变。FTIR光谱显示特征吸收峰位于3194 cm^?1（O–H伸缩振动）、2068 cm^?1（C≡C伸缩振动）、1623 cm^?1（C=O伸缩振动）、1086 cm^?1（C–O伸缩振动）和884 cm^?1（C–H弯曲振动），表明植物提取物中的生物分子参与了纳米颗粒的还原和稳定。XRD分析在2θ值为33.02°、40.84°、46.27°、58.68°和68.73°处呈现衍射峰，分别对应面心立方（FCC）结构的(104)、(111)、(200)、(220)和(311)晶面，确认了AgFe纳米复合材料的成功形成。SEM观察显示纳米颗粒分布密集且表面形貌不规则，存在一定程度的团聚现象。EDX分析确认了Ag、Fe、C和O元素的存在，其中Ag和Fe信号证实了双金属纳米颗粒的形成，C和O信号归因于提取物中有机化合物的表面吸附。元素映射分析表明Ag和Fe在纳米结构中分布均匀。DLS分析显示CFE-AgFe NPs的粒径为440.6 nm，多分散指数（PDI）为0.393，Zeta电位为?7.7 mV，表明具有适度的胶体稳定性。植物化学定性分析显示CF提取物中含有酚类、生物碱、黄酮类、蛋白质和碳水化合物等成分，且CF提取物在强酸-强碱滴定中展现出与酚酞相当的指示剂活性。

**3.2 抗糖尿病活性**

研究人员通过α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶抑制实验评估了CFE-AgFe NPs的抗糖尿病活性。结果显示，纳米颗粒对α-淀粉酶的抑制率随浓度增加从48.45 ± 0.45 μg mL^?1变化至84.68 ± 0.41 μg mL^?1，呈明显的浓度依赖性。CFE-AgFe NPs对α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶的EC50值分别为33.43 ± 0.32 μg mL^?1和35.58 ± 0.61 μg mL^?1，显示出显著的酶抑制活性。机制可能涉及纳米颗粒与酶活性位点的结合，阻断底物与酶的结合，同时黄酮类等植物化合物的存在通过清除自由基减轻氧化应激也是潜在机制之一。

**3.3 分子对接研究**

分子对接结果显示，菊花提取物中的木犀草素对α-淀粉酶（PDB：1B2Y）和α-葡萄糖苷酶（PDB：3WY1）均表现出最强的结合亲和力，对接分数分别为?9.2 kcal mol^?1和?8.9 kcal mol^?1，优于标准药物二甲双胍（?5.1 kcal mol^?1）和甲硝唑（?5.4 kcal mol^?1）。金合欢素也表现出较高的亲和力，对上述两种酶的对接分数分别为?8.2和?8.8 kcal mol^?1。分子间相互作用分析表明，这些化合物主要通过π–π堆积和氢键相互作用与靶蛋白活性位点残基结合，从分子层面验证了实验观察到的抗糖尿病活性。

**3.4 抗氧化活性筛选**

DPPH和H₂O₂清除实验结果显示，CFE-AgFe NPs的抗氧化活性呈浓度依赖性增强。在DPPH测定中，EC50值为31.43 ± 0.25 μg mL^?1，在H₂O₂测定中为34.33 ± 0.43 μg mL^?1，与维生素C（EC50 = 28.52 ± 0.18 μg mL^?1）相当。纳米颗粒表面电子-空穴对的产生和表面结合植物化合物提供氢原子/电子的能力是其主要抗氧化机制，通过将H₂O₂转化为H₂O来清除活性氧。

**3.5 DFT研究**

DFT计算揭示了菊花提取物中主要成分的电子结构特征。FMO理论分析表明，木犀草素具有最高的HOMO能量值，表明其具有更强的供电子能力，是纳米颗粒形成过程中有效的还原剂和封端剂。同时，各化合物的能隙（ΔE）差异表明它们对电子转移具有较高的倾向性，支持了它们在绿色合成中的关键作用。

**四、讨论与结论**

本研究成功利用菊花提取物通过绿色环保的方法合成了Ag@Fe双金属纳米颗粒，并通过系统的表征确认了其成功形成。体外活性实验表明，CFE-AgFe NPs具有显著的抗氧化和抗糖尿病活性，且分子对接研究从分子层面揭示了其与糖尿病相关靶酶（α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶）之间的强相互作用，为其生物活性提供了理论解释。研究还通过DFT计算阐明了主要植物化学成分（特别是木犀草素）作为还原剂和封端剂的电子供体机制。值得注意的是，此前已有研究报道了不同植物提取物合成的Ag-Fe双金属纳米颗粒的抗氧化活性，但各研究间的活性差异可能与植物提取物组成、纳米颗粒尺寸、形态、金属组成和表面功能化等因素有关。本研究中菊花提取物介导的Ag@Fe NPs表现出优异的自由基清除能力，这得益于提取物中多种植物化合物在纳米颗粒表面的有效功能化修饰。研究的创新点在于首次采用菊花提取物绿色合成Ag@Fe双金属纳米颗粒，并将绿色合成、结构表征、生物活性评估和计算模拟相结合，揭示了其抗氧化和抗糖尿病的潜在机制。然而，当前研究仍仅限于体外实验和计算预测，其体内安全性、药代动力学特征及详细的作用机制仍需进一步深入研究。尽管如此，本研究展示了一种经济、环保、可规模化制备高质量Ag@Fe双金属纳米颗粒的方法，为开发新型安全的纳米药物用于糖尿病及相关疾病治疗提供了新的候选材料和理论依据。