基于Crotalaria pallida生物合成的TiO2纳米颗粒及其抗菌、抗氧化、抗血管生成与抗癌活性

《Next Materials》：Biogenic synthesis of TiO? nanoparticles from Crotalaria pallida and their antibacterial, antioxidant, anti-angiogenic, and anticancer activities

　　

本研究报道了以Crotalaria pallida叶提取物作为天然还原剂与稳定剂绿色合成TiO2纳米颗粒（NPs）。所合成TiO2 NPs经紫外-可见光谱（UV–vis）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）、动态光散射（DLS）、扫描电镜-能谱（SEM–EDS）及透射电镜（TEM）全面表征。UV–vis在327 nm处显示特征吸收峰，确认TiO2 NPs成功形成。FTIR揭示酚类、生物碱、黄酮、次级代谢物及蛋白质等生物活性植物化学成分参与还原与稳定。XRD确认纯结晶锐钛矿相TiO2，具标准晶面衍射峰。DLS显示平均流体力学粒径122 nm，zeta电位+40.4 mV，胶体稳定性优良。SEM与TEM显示近球形至准球形、分布均匀，SAED证实多晶性。生物评价显示浓度依赖性抗菌活性，革兰阴性菌更敏感。DPPH法测抗氧化活性，TiO2 NPs的IC50=125.61 μg/mL优于植物提取物（181.96 μg/mL）但低于抗坏血酸。鸡胚绒毛尿囊膜（CAM）试验示抗血管生成活性。体外细胞毒性对HCT-116与PANC-1细胞系呈强剂量与时间依赖性，72 h IC50分别为71.55 μg/mL与19.72 μg/mL。显微图像与形态学变化及活性氧（ROS）介导凋亡机制相符。

研究背景方面，纳米技术因尺寸依赖的物理化学特性在生物医学等领域备受关注，但传统金属氧化物纳米颗粒合成常涉及高能、有毒试剂与严苛条件，存在环境毒性和生物相容性瓶颈。绿色合成利用植物提取物作为还原、封端与稳定剂，兼具简便、可放大与低生物安全风险。TiO₂纳米颗粒（TiO₂ NPs）因化学稳定、低毒和光催化性能被广泛研究，其功能受结晶度、粒径、表面化学与植物化学封端影响显著。Crotalaria pallida（C. pallida）属豆科，叶富含酚酸、黄酮、生物碱与吡咯里西啶生物碱等，具还原与螯合金属能力，但以其叶提取物绿色合成TiO₂ NPs并系统关联理化特征与多功能生物活性此前鲜有报道。该研究由研究人员在《Next Materials》发表，旨在以C. pallida乙醇叶提取物绿色合成锐钛矿相TiO₂ NPs，并综合评价其抗菌、抗氧化、抗血管生成及抗癌活性与ROS机制。

关键技术方法上，研究人员于印度Nilgiri生物圈保护区采集C. pallida鲜叶，乙醇索氏提取得叶提取物；以钛酸四异丙酯（TTIP）为前驱体，pH 8、50 °C搅拌5 h绿色合成，离心收集后70 °C烘干、500 °C煅烧5 h。表征采用UV–vis、FTIR、XRD、DLS与zeta电位、SEM–EDS、TEM-SAED。生物评价中，抗菌用井扩散法测革兰阳性（Bacillus subtilis MTCC 6633、Bacillus cereus MTCC 1178）与革兰阴性（Pseudomonas aeruginosa MTCC 9027、Escherichia coli MTCC 40）菌；抗氧化用DPPH法；抗血管生成用CAM法（受精鸡胚，20/40/80 μg/mL处理）；抗癌用MTT法测人结直肠癌HCT-116与人胰腺癌PANC-1细胞（购自NCCS Pune），72 h内多浓度时点检测；ROS用H2DCFDA染色流式细胞术。

研究结果部分，合成章节中溶液由无色变黄褐指示Ti⁴⁺被植物化学物还原，煅烧后得热稳定NPs。UV–vis显示在327 nm处O^2?→Ti⁴⁺电荷转移峰，证成核尺寸纳米化。FTIR中3201 cm^?1处O–H伸、1633 cm^?1处C=O/N–H、1397 cm^?1处C–N、1073 cm^?1处C–O，及450–650 cm^?1处Ti–O/Ti–O–Ti振动，表明植物化学物还原封端共存。XRD于2θ=25.4°等位置对应锐钛矿(101)等晶面（JCPDS 00–064–0863），无杂相，证实纯结晶锐钛矿。DLS流体力学直径122 nm，zeta电位+40.4 mV，静电斥力保障胶体稳定，正电荷源于蛋白质/黄酮吸附。SEM近球准球、均匀分散，EDS示Ti~23 wt%、O~70 wt%、C~6 wt%；TEM平均粒径~100 nm，SAED同心环证多晶，与XRD一致。抗菌章节中，浓度依赖抑菌圈，革兰阴性更敏感，归因正zeta电位吸引阴性外膜LPS、ROS破坏膜脂蛋白DNA。抗氧化章节中，DPPH的IC₅₀为125.61 μg/mL，优于粗提物181.96 μg/mL，次于抗坏血酸97.38 μg/mL，具纳米界面与酚类协同 scavenging。抗血管生成章节中，CAM试验20–80 μg/mL剂量下血管数与分支减少，疑通过ROS下调VEGF通路。MTT章节中，HCT-116在24/48/72 h的IC₅₀为374.70±12.54、185.37±5.81、71.55±5.44 μg/mL；PANC-1为138.53±19.14、36.98±4.02、19.72±2.58 μg/mL，PANC-1更敏，ROS致线粒体功能障碍凋亡。ROS流式证HCT-116与PANC-1内ROS上升。

讨论与结论翻译总结：研究人员指出，C. pallida叶提取物成功作为还原与封端剂绿色制备纯锐钛矿TiO₂ NPs，粒径~100–122 nm、正表面电荷、球准球多晶。该NPs具浓度依赖抗菌（革兰阴性优）、DPPH抗氧化优于粗提物、CAM抗血管生成、对HCT-116/PANC-1时间剂量依赖抗癌（72 h IC₅₀ 71.55/19.72 μg/mL），机制涉ROS介导凋亡。研究首次将C. pallida用于TiO₂绿色合成并整合四项生物评价，证实其为可持续多功能纳米平台，在抗菌涂层、抗氧化干预及结直肠癌与胰腺癌辅助疗具潜力，且锐钛矿相与植物化学封端是性能增强关键。后续需补ABTS等抗氧化互证与VEGF/HIF-1α分子靶点验证。