Uraria picta绿色合成钴氧化物纳米颗粒：一种具有增强生物活性的可持续纳米技术策略

《Scientific Reports》：Sustainable plant mediated synthesis of cobalt oxide nanoparticles using Uraria picta extract with enhanced biological activity

本研究针对传统纳米材料合成方法高成本、高污染的问题，开发了一种利用Uraria picta植物提取物绿色合成钴氧化物纳米颗粒(CoO NPs)的可持续方法。通过UV-Vis、FTIR、XRD、SEM、TEM等技术表征证实成功合成了平均尺寸5.26±0.74 nm的球形CoO NPs，并证明其具有显著的抗菌活性和抗氧化潜力，为生物医学应用提供了环保型纳米材料。

　　

在纳米技术蓬勃发展的今天，金属氧化物纳米颗粒因其独特的物理化学性质而备受关注。其中，钴氧化物纳米颗粒(Cobalt Oxide Nanoparticles, CoO NPs)作为重要的过渡金属氧化物，在能源存储、催化和生物医学等领域展现出巨大应用潜力。然而，传统的物理化学合成方法往往需要使用有毒试剂，产生有害副产物，存在成本高、环境污染大等问题，严重制约了其可持续发展。

正是在这样的背景下，研究人员开始将目光转向绿色合成技术。植物介导的纳米颗粒合成方法因其环境友好、成本低廉等优势，逐渐成为纳米材料制备领域的研究热点。通过利用植物提取物中的生物活性成分作为还原剂和稳定剂，不仅可以避免使用有毒化学品，还能赋予纳米颗粒更好的生物相容性。

本研究创新性地选用Uraria picta(Jacq.) DC.这种传统药用植物作为生物模板，开展了钴氧化物纳米颗粒的绿色合成研究。这种豆科植物在阿育吠陀医学中具有重要地位，含有丰富的黄酮类、酚类、生物碱等活性成分，这些成分为纳米颗粒的合成提供了理想的天然还原剂和稳定剂。

研究人员采用了一种简单高效的合成策略：首先将采集的Uraria picta全株植物阴干、粉碎后制备水提物，然后将六水合氯化钴溶液逐滴加入植物提取物中，在80°C条件下持续搅拌反应2小时。通过离心、洗涤、干燥和500°C煅烧处理后，最终获得了黑紫色的钴氧化物纳米颗粒。

关键技术方法包括：利用Uraria picta全株植物水提物进行绿色合成，通过紫外-可见光谱(UV-Vis)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和能量色散X射线光谱(EDS)等多种表征技术对纳米颗粒进行全面分析，采用琼脂扩散法评估抗菌活性，并通过DPPH自由基清除实验测定抗氧化能力。

合成与表征结果

研究团队成功建立了Uraria picta介导的CoO NPs绿色合成方法。反应过程中明显的颜色变化表明Co²⁺离子被成功还原为纳米颗粒。UV-Vis光谱在300 nm附近显示出强吸收峰，这归因于钴-氧框架内的电子跃迁。FTIR分析揭示了植物代谢物在纳米颗粒形成和稳定中的关键作用，在611 cm^-1处观察到的特征峰证实了Co-O键的形成。

XRD分析显示，在2θ=37.36°、42.95°、43.84°和61.87°处出现明显的衍射峰，与标准卡片(JCPDS 96-152-8839)完全匹配，证实合成了高结晶度的CoO NPs。SEM图像显示纳米颗粒呈现不规则形态，主要为近似三角形至金字塔形结构。

形貌与元素组成

TEM分析提供了纳米颗粒尺寸分布的精确信息。结果表明，合成的CoO NPs具有球形形态，平均直径为5.26±0.74 nm，最小尺寸为4.01 nm，最大为6.27 nm，呈现出较窄的尺寸分布。这种小尺寸特性有望增强纳米颗粒的表面活性和反应性。

EDS分析显示，纳米颗粒主要由钴(79.58 wt%)和氧(20.42 wt%)组成，证实了钴氧化物的成功形成。检测到的微量元素归因于植物提取物中残留的植物化学成分，这些成分在纳米颗粒表面起到封端和稳定作用。

抗菌活性评估

抗菌实验结果显示，CoO NPs对四种测试菌株均表现出浓度依赖性的抑制作用。在最低浓度(25μg/mL)下未观察到抑菌圈，而在50μg/mL浓度时，对所有测试菌株均出现可测量的抑制区。其中蜡样芽孢杆菌(Bacillus subtilis)最为敏感，抑菌圈直径达15.33±0.57 mm，其次是大肠杆菌(Escherichia coli)(13.67±0.57 mm)、普通变形杆菌(Proteus vulgaris)(12.00±0.00 mm)和伤寒沙门氏菌(Salmonella typhi)(10.67±0.57 mm)。

当浓度增加至100μg/mL时，抗菌活性显著增强，对蜡样芽孢杆菌和大肠杆菌的抑菌圈直径分别达到26.57±2.37 mm和23.57±1.71 mm，接近甚至超过了庆大霉素(120μg/L)的抑菌效果。这种增强的抗菌效应可能归因于纳米尺寸颗粒易于穿透细菌细胞壁，产生活性氧物种(Reactive Oxygen Species, ROS)，并破坏细胞组分。

抗氧化活性分析

通过DPPH自由基清除实验评估了CoO NPs的抗氧化潜力。结果显示，纳米颗粒表现出浓度依赖性的自由基清除活性，在5μg/mL浓度下最低活性为1.188%抑制率，而在320μg/mL浓度时达到最大活性8.481%抑制率。虽然这种抗氧化活性相对于抗坏血酸标准品较为适中，但证实了植物介导合成的CoO NPs具有一定的自由基清除能力。

研究结论表明，Uraria picta提取物可作为高效生物还原剂和稳定剂，通过简单、无毒且环境友好的方案绿色合成CoO NPs。全面表征证实合成了平均粒径为5.26±0.74 nm的球形纳米颗粒，尺寸分布均匀。这种绿色合成方法为生产具有生物医学和工业应用潜力的CoO NPs提供了一种快速、经济、可持续的策略。

该研究的重要意义在于首次报道了利用Uraria picta植物提取物成功合成钴氧化物纳米颗粒，并系统评估了其生物活性。合成的CoO NPs表现出显著的抗菌活性和适度的抗氧化能力，特别是对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌均具有抑制作用，展示了其作为广谱抗菌剂的潜力。这项工作不仅为可持续纳米技术提供了新思路，也为开发新型生物医学材料奠定了基础，在药物递送、成像和抗菌干预等应用领域具有广阔前景。未来研究应着重阐明特定植物化学物质在纳米颗粒形成和稳定中的机制作用，优化工业生产的放大策略，并定制CoO NPs的物理化学性质以实现靶向生物医学应用。