利用金合欢（Acacia nilotica）果实提取物在可见光下制备的绿色合成银纳米颗粒的生物医学潜力、光学性质及形态特征

《Journal of Taibah University for Science》：Biomedical potential, optical properties, and morphological features of green-synthesized silver nanoparticles using Acacia nilotica fruit extract under visible light

银纳米颗粒通过骆驼刺果提取物在阳光下绿色合成，粒径61.73 nm，低多分散性，表面存在羟基、羧基等官能团。抑菌测试显示对革兰氏阳性菌有效，抗肿瘤实验表明对肝细胞癌（IC50=15.15 μg/ml）和肺癌（IC50=19.09 μg/ml）细胞有剂量依赖性毒性。

　　银纳米颗粒（AgNPs）的绿色合成方法在现代纳米科技中占据着重要地位。本文通过利用Acacia nilotica（印度木棉）果实提取物，在自然阳光的照射下成功合成了银纳米颗粒，并对其物理化学特性及生物活性进行了系统研究。合成过程不仅环保，而且成本低廉，具有良好的可扩展性，为纳米材料的可持续生产提供了新思路。

在实验过程中，研究人员首先对Acacia nilotica果实进行了清洗、干燥和粉碎处理，制备出植物提取物。随后，将该提取物与银离子溶液混合，并在自然阳光照射下进行反应。随着反应的进行，溶液的颜色由浅黄色逐渐变为深棕色，这一现象表明银纳米颗粒的形成。通过紫外-可见光谱（UV-Vis）分析，研究人员观察到了一个特征性的表面等离子共振（SPR）峰，位于420 nm处，进一步验证了银纳米颗粒的成功合成。该峰的出现意味着银离子已被还原为金属银，且纳米颗粒在溶液中具有良好的分散性。

为了进一步了解纳米颗粒的特性，研究团队采用了动态光散射（DLS）和透射电子显微镜（TEM）等技术。DLS分析结果显示，纳米颗粒的平均粒径为61.73 nm，聚散度指数（PDI）为0.178，表明纳米颗粒具有较小的尺寸分布和较高的均匀性。这为纳米颗粒在生物医学领域的应用提供了良好的基础。TEM图像则揭示了纳米颗粒的形态特征，主要呈现为球形或椭圆形，且分布均匀，无明显聚集现象。这表明植物提取物在纳米颗粒的合成过程中不仅起到了还原剂的作用，还有效地稳定了纳米颗粒的结构，使其保持良好的分散性。

为了确定纳米颗粒的化学组成，研究团队还进行了能量色散X射线光谱（EDS）分析。结果显示，银在纳米颗粒中的含量高达86%，说明银纳米颗粒是主要成分。此外，钠和钾的含量分别为6.7%和6%，这些元素可能来自植物提取物中的天然化合物，如酚类、氨基酸和糖类等。它们的存在表明，纳米颗粒表面可能仍残留有部分植物来源的生物分子，这些分子有助于纳米颗粒的稳定性和生物相容性。通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析，研究人员进一步确认了纳米颗粒表面的官能团。FTIR谱图显示，纳米颗粒的表面存在多种官能团，包括羟基（-OH）、羧基（-COO?）、氨基（-NH?）等，这些官能团在银纳米颗粒的形成过程中起到了关键作用，既促进了银离子的还原，又帮助纳米颗粒的稳定。

X射线衍射（XRD）分析则验证了银纳米颗粒的晶体结构。结果显示，纳米颗粒呈现出面心立方（FCC）结构，与标准JCPDS卡片号04-0783一致。XRD图谱中的尖锐峰表明纳米颗粒具有较高的结晶度，而背景中的宽泛特征则可能来源于植物提取物中的有机成分。结合XRD数据和TEM、DLS的结果，研究团队计算了纳米颗粒的晶粒尺寸，约为41.76 nm，进一步说明了纳米颗粒的微小尺寸和良好的晶体结构。

在生物活性评估方面，研究团队对An-AgNPs的细胞毒性进行了测试。通过MTT法，他们发现An-AgNPs对HepG2（肝癌）和A549（肺癌）细胞系具有显著的剂量依赖性细胞毒性作用。在最高浓度500 μg/ml下，HepG2细胞的存活率降至3.72%，而A549细胞的存活率为4.07%。这些结果表明，An-AgNPs在抑制癌细胞生长方面表现出良好的潜力，尤其是在肝癌细胞的杀伤效果上更为显著。此外，光镜观察显示，An-AgNPs处理后的细胞出现了明显的细胞形态变化，如细胞圆化、收缩、脱离培养基以及细胞膜损伤等，这些现象是细胞应激和早期凋亡或坏死的标志，进一步证明了An-AgNPs对癌细胞的破坏作用。

在抗菌活性方面，研究团队对An-AgNPs进行了广泛的测试，包括对多种革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的抑制作用。结果显示，An-AgNPs对革兰氏阳性菌表现出较强的抗菌活性，其抑菌圈直径分别达到17 mm（金黄色葡萄球菌）、22 mm（枯草芽孢杆菌）和14 mm（变形链球菌），而对革兰氏阴性菌的抑菌效果则相对较弱，分别为17 mm（大肠杆菌）、12 mm（产气肠杆菌）和15 mm（铜绿假单胞菌）。相比之下，正对照组（如庆大霉素）的抑菌圈更大，表明An-AgNPs的抗菌能力仍具有提升空间。然而，值得注意的是，An-AgNPs对两种真菌（曲霉菌和白色念珠菌）几乎无抑制作用，抑菌圈直径为0 mm。这可能是由于真菌细胞壁的结构特点，如富含几丁质、葡聚糖和甘露蛋白，这些成分构成了紧密的保护屏障，限制了纳米颗粒的渗透，并可能通过细胞内的抗氧化机制和主动外排系统降低其对真菌的杀伤效果。

An-AgNPs的抗菌活性主要归因于其表面的银离子释放、细胞膜破坏、活性氧（ROS）生成以及DNA损伤等多重机制。银纳米颗粒能够破坏细菌的细胞膜，导致细胞内容物泄漏，从而影响其正常生理功能。同时，银纳米颗粒还能通过产生活性氧来诱导氧化应激，进一步损害细菌的细胞结构和遗传物质。这些作用机制使得An-AgNPs在对抗革兰氏阳性菌时表现出更强的抗菌能力。

此外，An-AgNPs的荧光特性也引起了研究人员的广泛关注。通过荧光光谱分析，研究人员发现An-AgNPs在400-500 nm范围内具有显著的荧光发射，其发射峰主要集中在441 nm和467 nm处。这些荧光特性可能与植物提取物中的天然荧光物质有关，如黄酮类、单宁类和酚类化合物。这些化合物在纳米颗粒的表面可能保留了部分荧光特性，从而影响了其光学行为。研究团队推测，441 nm和467 nm处的发射峰可能分别来源于表面缺陷或量子限域效应，而这些现象在纳米材料的生物医学应用中具有重要意义。

从更广泛的角度来看，An-AgNPs的绿色合成方法为纳米材料的可持续生产提供了可行路径。与传统的化学合成方法相比，这种方法避免了有毒试剂的使用，同时利用自然阳光作为能量来源，减少了能源消耗和环境污染。这不仅符合当前对绿色化学和环保技术的需求，也为未来开发具有多重功能的纳米材料提供了理论基础。例如，通过优化植物提取物的制备方法，可以进一步提高纳米颗粒的稳定性和生物活性，从而拓展其在癌症治疗、抗菌材料、药物递送和生物成像等领域的应用前景。

研究团队还指出，An-AgNPs的多功能性可能使其在生物医学领域发挥更广泛的作用。例如，其荧光特性可以用于生物成像或靶向药物递送，而其抗菌和抗肿瘤特性则可能在感染性疾病和癌症治疗中得到应用。此外，通过结合其他纳米材料或引入特定的生物分子，An-AgNPs有望实现更精准的靶向治疗，提高治疗效果并减少对正常细胞的损伤。

综上所述，本研究不仅成功合成了具有优良物理化学特性的银纳米颗粒，还揭示了其在生物医学领域的潜在应用价值。通过利用Acacia nilotica果实提取物和自然阳光，研究人员提供了一种高效、环保的绿色合成方法，为未来开发新型纳米材料奠定了基础。An-AgNPs在抗癌和抗菌方面的良好表现表明，其在临床医学和公共卫生领域具有广阔的发展前景。然而，进一步的研究仍需关注其在体内的生物分布、代谢途径以及长期毒性等关键问题，以确保其在实际应用中的安全性和有效性。