大肠杆菌（Escherichia coli）胞外多糖封端银/氧化锆纳米复合材料（Ag/ZrO2 NCs）：合成、表征与多靶点生物医学活性

《RSC Advances》：Biogenic E. coli EPS-capped Ag/ZrO2 nanocomposites (Ag/ZrO2 NCs): synthesis, characterization, and multitarget biomedical activityOpen Access

　　

该研究报道了利用大肠杆菌（Escherichia coli）胞外多糖（EPS03）作为还原剂和封端剂生物合成银/氧化锆纳米复合材料（Ag/ZrO2 NCs），并开展完整理化表征与生物医学评价。X射线衍射（XRD）解析出单斜相氧化锆（ZrO2；JCPDS 37-1484）与面心立方银（Ag；JCPDS 04-0783）为独立晶相，无金属间化合物形成；28.2°与31.5°特征峰证实ZrO2，38.1°、44.3°、64.4°、77.4°为Ag峰，Scherrer晶粒度分别为15.5 nm和29.0 nm。傅里叶变换红外光谱（FTIR）通过3444.81 cm?1羟基伸缩、1507–1636 cm?1酰胺I/II带以及675 cm?1 Ag–O、517 cm?1 Zr–O–Zr指纹吸收，证实EPS生物分子基团保留在颗粒表面。X射线光电子能谱（XPS）确认金属Ag与Zr4+态，O 1s去卷积给出Zr–O与表面吸附水贡献。高分辨透射电镜（HRTEM）解析0.283 nm晶面间距，归为单斜ZrO2的（111）面。动态光散射（DLS）记录Z平均流体力学直径75.6 nm（PDI=0.201），ζ电位?33.54 mV，证实胶体稳定性。MTT法测WI-38成纤维细胞在125 μg mL?1内存活率高于95%，细胞毒IC50为292.66±1 μg mL?1。DPPH与ABTS自由基清除IC50分别为7.14±0.13和6.68±0.12 μg mL?1，接近抗坏血酸。COX-1、COX-2抑制IC50分别为7.43±0.2和10.5±0.1 μg mL?1，牛血清白蛋白（BSA）变性抑制IC50为2.46±0.112 μg mL?1，接近双氯芬酸钠。琼脂孔扩散对枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）抑菌圈34、26、18 mm，均优于庆大霉素；白念珠菌30 mm优于氟康唑。肉汤微量稀释对枯草芽孢杆菌与白念珠菌最低抑菌浓度（MIC）为7.8 μg mL?1，杀菌/抑菌比多为2，对大肠杆菌为1。研究人员得出结论：EPS03介导合成得到理化稳定、可同时作用于氧化、炎症与微生物靶点的Ag/ZrO2 NC体系。

研究背景方面，传染病、慢性炎症与氧化应激共同加重全球公共卫生负担，抗菌耐药（AMR）使耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）、耐药白念珠菌等前沿药物失效。现有治疗受毒性、耐药与单靶点局限制约。金属氧化物纳米复合材料因高比表面积和可调表面化学具备多靶点潜力；银纳米颗粒（AgNPs）有广谱抗菌与抗氧化、抗炎作用，氧化锆（ZrO₂）纳米颗粒提供化学稳定性与结构支撑，但二者整合为细菌胞外多糖（EPS）封端的Ag/ZrO₂ NCs此前少有报道。研究人员因此利用大肠杆菌EPS03同时作还原剂与封端剂，构建具抗氧化、抗炎、抗菌活性的单体系，论文发表于《RSC Advances》。

主要关键技术方法上，研究人员以大肠杆菌EPS03为生物模板，先分别制备银与前驱体悬浮液再复合；表征采用紫外-可见光谱、FTIR、热重分析（TGA/DTG）、XRD、XPS、HRTEM/SAED、能谱（EDX）、DLS与ζ电位；生物医学评价使用WI-38人肺成纤维细胞作正常细胞模型，抗氧化用DPPH与ABTS阳离子自由基法，抗炎用COX-1/COX-2抑制试剂盒与BSA热变性法，抗菌用ATCC参考菌株（含MRSA、白念珠菌）经琼脂孔扩散与肉汤微量稀释测定抑菌圈、MIC及杀菌浓度（MBC/MFC）。

理化特征部分，UV-vis显示EPS03无核酸/蛋白峰，AgNP有450–520 nm表面等离子共振（SPR）肩峰，Ag/ZrO₂中Ag信号被ZrO₂阻尼，提示两相界面耦合。FTIR保留O–H、酰胺带及Ag–O、Zr–O–Zr指纹，证明EPS冠层留存。TGA显示复合材料质量损失主要由300–600 °C有机冠层分解贡献，高于800 °C有轻微无机相氧化增重。XRD确认单斜ZrO₂与面心立方Ag共存，Scherrer尺寸ZrO₂ 15.5 nm、Ag 29.0 nm。XPS中Ag 3d含金属Ag与少量表面Ag⁺/Ag₂O，Zr 3d为Zr⁴⁺，O 1s分为Zr–O与吸附水。HRTEM见0.283 nm归为单斜ZrO₂（111），SAED呈多晶环与斑点，含m-ZrO₂与立方Ag晶面。EDX中Ag占88.4 wt%、Zr 11.6 wt%，Ag:Zr约7.6:1。DLS的Z平均75.6 nm、PDI 0.201，ζ电位?33.54 mV，说明EPS去质子羧基/羟基带来负电与胶体稳定。

生物医学评价部分，MTT显示31.25、62.5、125 μg mL^?1下WI-38存活率99.95%、99.52%、95.51%，250 μg mL^?1后下降，IC₅₀ 292.66±1 μg mL^?1，低于多种理化法AgNPs对正常细胞毒性。DPPH与ABTS中NCs随浓度升高逼近抗坏血酸，IC₅₀分别为7.14±0.13、6.68±0.12 μg mL^?1。COX抑制中COX-1 IC₅₀ 7.43±0.2、COX-2 10.5±0.1 μg mL^?1；BSA变性抑制IC₅₀ 2.46±0.112 μg mL^?1，接近双氯芬酸钠1.72±0.022 μg mL^?1。抗菌上，孔扩散对革兰阳性菌、白念珠菌抑菌圈优于或持平对照；肉汤微量稀释得B. subtilis与C. albicans MIC 7.8 μg mL^?1，MBC/MIC与MFC/MIC多为2，大肠杆菌为1，各菌株≤4杀菌/真菌杀灭界值。

讨论与结论部分，研究人员指出Ag/ZrO₂ NCs由EPS03生物合成，具单斜ZrO₂与金属Ag双晶相、EPS冠层与负电稳定特征；在正常细胞可接受浓度内表现强DPPH/ABTS清除、COX抑制、BSA变性抑制及抗MRSA/抗白念珠菌活性。该体系以细菌多糖封端替代有毒化学还原剂，把银的直接生物活性与氧化锆结构/ redox辅助功能结合，为感染-炎症-氧化重叠疾病提供单纳米平台思路。结论为：大肠杆菌EPS03介导合成产出理化稳定Ag/ZrO₂ NCs，在氧化、炎症和微生物靶点上呈现明确多功能生物医学特征，具备进一步生物医学转化评价价值。