阿育吠陀植物药制备银纳米颗粒 Heliyon编辑精选

  银纳米颗粒是贵金属纳米颗粒中的一种，具有广谱抑菌性和优异的导热导电效率，在基础研究和工业规模上都有着大量的需求。使用植物提取物合成银纳米颗粒是一种绿色环保的方法，合成所需要的还原剂来源于植物体，暴露于环境中也不会导致非常严重的环境危害。植物中存在的某些化合物如多酚、黄酮、萜类和生物碱等成分已被证实在合成金属纳米颗粒的过程中起到还原和稳定的作用。考虑到某些植物带有毒性，使用药用植物提取物作为生物法合成纳米材料可以制备出对人体更安全的银纳米颗粒。

  本研究利用木橘叶提取物作为还原剂和包覆剂，从银离子中合成了银纳米颗粒（Ag NPs）。首先，通过紫外—可见光吸收光谱在450 nm处观察到表面等离子共振中心的吸收，确认了Ag NPs的形成。植物化学和傅里叶红外分析表明，该合成Ag NPs的还原和包覆剂是次生代谢的黄酮类物质。透射电子显微镜分析显示，Ag NPs的形态呈球状，尺寸范围约为30-50 nm。对合成的Ag NPs进行了体外抗癌、抗菌和抗氧化活性研究，结果显示对照标准药物表现出潜在活性。Ag NPs还对MDA-MB-231人乳腺癌细胞表现出细胞毒性。MTT实验显示相较于未处理的阴性对照细胞，Ag NPs的IC50值为125±4.26 μg/mL。此外，Ag NPs作为光催化剂在18分钟内对环境污染的碱性品红染料具备优秀能力的降解作用。

  乳腺癌是第二常见的恶性肿瘤，主要影响女性，并导致全球死亡人数增加。近年来，纳米技术的显著发展为物理化学、生物学、纳米技术、电子学、医学、催化、光学和生物工程等领域的材料研究开辟了新时代。在贵金属纳米颗粒中，银纳米颗粒（Ag NPs）因其良好的药用特性而受到关注，具有抗氧化、抗菌、抗血管生成、伤口愈合、抗炎和抗癌活性。植物提取物介导的银纳米颗粒合成显示出治疗应用的潜力：黑胡椒（Piper nigrum）、舌状岩白菜（Bergenia ligulata）、白绒草（Leucas biflora (Vahl) Sm.）、磨盘草（Abutilon indicum）、黄芩（Scutellaria multicaulis）和木奶果（Baccaurea ramiflora）在银纳米颗粒的生物合成中显示出抗氧化、抗菌和抗癌等潜在的生物疗效。

  有机染料大多数都用在纺织、涂料、纸张、皮革、食品、塑料、化妆品、制药等行业。这一些行业将染料废水直接排入水体，是全球环境污染的主要罪魁祸首之一。每年约有7亿公斤的染料废水排放到土地、土壤和空气中。在生物合成的金属纳米颗粒中，作为废水染料还原/降解的吸引人的催化剂，似乎是一种具有经济效益与能源高效的方法。

  木橘（Aegle marmelos L.），又称孟加拉苹果、金苹果、日本苦橙、木苹果等，属芸香科。木橘在印度阿育吠陀医学中是药用植物，其各个部位可用来医治各种疾病。它具有调节血糖水平、维护健康消化道等多种优点和用途。木橘含有丹宁酸、挥发油、胶质液和多酚类生物碱、萜类化合物和苯丙烷类化合物，有助于抑制金属。木橘植物的各个部位具有天然的愈合能力，同时具有抗炎、退热、止泻、降糖、镇痛、抗微生物、辐射防护、抗癌和抗病毒等特性。植物产生的各种生物活性分子是各类药物的丰富来源。如今，大多数药物都来自天然来源或天然产物的半合成衍生物。尽管文献已经报道了木橘叶提取物的各个部位具有强大的药用潜力，但目前并没有木橘叶提取物介导银纳米颗粒绿色制备相关研究。因此，本研究旨在利用生物系统制备银纳米颗粒，并评估生物合成的银纳米颗粒在MDA-MB-231人类乳腺癌细胞中的潜在毒性和一般机制。

  在1mM硝酸银溶液中加入15mL木橘叶提取物，绿色合成Ag NPs。通过反应混合物出现黄褐色来观察Ag NPs的形成。紫外-可见光谱表面等离子共振（SPR）吸收峰出现在450纳米处（图1），确认了Ag NPs的形成。通过不同时间间隔使用紫外—可见光谱记录Ag NPs的转化情况。48小时后，吸光度强度的变化非常微小，能得出最大量的银离子被还原为Ag NPs。Ag NPs的SPR模式和特性强烈依赖于粒子大小、稳定分子或表面吸附的颗粒以及介质的介电常数。

  FT-IR分析确定了木橘叶提取物和合成的Ag NPs中存在的植物化学物质。如图所示，3360和3439cm−1处的波数值归属为醇类/酚类化合物的-OH伸展带，具有强氢键，或氨基基团的-NH伸展带。2900 cm−1处的吸收带与-CH伸展振动有关，1626和1653 cm−1处的观察到的吸收带暗示醛或酮功能团（C=O）的羧基存在，这是黄酮类和单宁类衍生物的特征。1384 cm−1处的吸收带可以与烷烃/烯烃的-CH弯曲振动相关联。进一步的FT-IR光谱中，木橘叶提取物的1203、896和660 cm−1处的吸收带分别被认定为脂肪酸酯的C-O基团、1°和2°胺的N-H基团。整体光谱根据结果得出，木橘叶提取物中存在黄酮类、单宁和香豆素等多酚类化合物，可能参与了NPs的还原和稳定合成过程。

  通过X射线衍射（XRD）分析确定了Ag NPs的结晶性质，如图2b所示。不同的衍射峰2θ值分别为37.8°、44.02°、64.2°和77.1°，对应于面心立方结构的银金属晶格面（111）、（200）、（220）和（311），并与JCPDS文件NO.04–0783一致。采用德拜-谢尔方程确定平均粒径大小为30-50 nm。

  通过高分辨率透射电子显微镜（HR TEM）图像确定了Ag NPs的大小和形态。颗粒呈现球形，直径在30到50 nm之间，不聚集，高度分散在表面上。此外，HR TEM图像显示晶格间隙间距为0.23 nm。下图显示SAED图案显示出四个同心环，分别对应于（111）、（200）、（220）和（311）晶面，是金属银的FCC结构的不同晶面。这四环确认了XRD分析结果。通过Ag NPs的能量色散光谱（EDS）分析，发现Ag NPs的生长主要在（111）面，3 keV时，其峰值特征为58.99%的重量百分比，经EDS确认。其他信号源于碳和铜，这是由于TEM网格引起的。合成的Ag NPs的直方图显示平均粒径约为30-50nm。

  许多研究已经报道了Ag NPs对各种病原微生物和多重耐药菌的抗微生物活性。木橘叶提取介导合成的Ag NPs对链球菌和克雷伯菌等革兰阳性和革兰阴性病原体的抗微生物活性优于金黄色葡萄球菌和绿脓杆菌。如图所示，不同浓度的Ag NPs（5 μg/mL、10 μg/mL和25 μg/mL）被添加到相应的细菌中。在24小时后，以毫米为单位测量Ag NPs的抑菌圈直径。分别将合成的Ag NPs的抗菌活性与木橘提取物、对照组和标准抗生素氯霉素作比较。结果显示，在25 μg/mL的Ag NPs中观察到最大的抑菌圈。结果明确表明，绿色合成的Ag NPs对革兰阳性细菌显示出有效的抗菌活性，而对革兰阴性细菌的有效抗菌活性则较弱。植物提取物介导的绿色合成的Ag NPs对黑曲霉、黄曲霉、假丝酵母菌和青霉菌显示出抗真菌活性，其抗真菌效应机制尚未确定。与提取物和标准商业化合物Nystatin（制霉菌素）相比，Ag NPs显示出更强的活性。合成的Ag NPs对假丝酵母菌和青霉菌表现出最高的抗真菌活性。这一结果与红花腊肠（Cassia roxburghii）叶水提物介导的Ag NPs的抗线.抗氧化活性

  自由基对人体健康有害，会导致细胞的破坏和突变。抗氧化剂在清除活性方面发挥着及其重要的作用。植物化学物质介导的绿色合成金属纳米颗粒具备极高的抗氧化活性。DPPH自由基清除是一种被普遍的使用的方法，用于测定抗氧化活性。本研究中，将Ag NPs加入到DPPH溶液中，并在517 nm波长下测量其吸光度。随着Ag NPs和标准抗坏血酸浓度的增加，DPPH的清除活性也增加。DPPH是一种稳定的自由基化合物，可以从抗氧化剂分子中获得电子。Ag NPs的自由基清除活性在IC50 = 99.37 ± 0.36 μg/mL处达到最大值，而相同浓度的标准抗坏血酸在IC50 = 21.54 ± 1.5 μg/mL处表现出80%的抑制作用。根本原因是由于存在蛋白质、类黄酮、碳水化合物和酚类化合物等植物化学物质，以及羟基（-OH）的存在。高羟基含量稳定了Ag NPs，并负责其潜在的抗氧化活性。

  通过MTT法在MDA-MB-231人乳腺癌细胞中评估了合成的Ag NPs的抗癌（细胞毒性）活性。MDA-MB-231人乳腺癌细胞也接受了不同浓度（25、50、100、250和500 μg/mL）的合成Ag NPs和木橘叶提取物的不同剂量浓度处理。24小时后，观察处理细胞的核形态变化。与阳性/阴性对照相比，绿色合成的Ag NPs明显降低了细胞的存活率。在24小时处理后，植物成分的木橘叶提取物的IC50值为179.1 ± 5.73 μg/mL，而合成的Ag NPs的IC50值为125 ± 4.26 μg/mL。根据结果得出，最小剂量的合成Ag NPs对MDA-MB-231人乳腺癌细胞株显示出良好的细胞毒性活性。木橘叶提取物介导的合成Ag NPs在细胞毒性方面具有更好且较低的活性，这与先前的报告结果相吻合。多项研究表明，生物合成的金属纳米颗粒的显著细胞毒性（抗癌）活性随着纳米颗粒浓度的增加而增加。

  将Ag NPs作为纳米催化剂应用于直射太阳光下对环境污染的有机染料BF染料的降解。阳离子性的BF染料溶液通过UV–vis分光光度计测定其吸收波长为542 nm。在BF染料溶液中加入Ag NPs并置于直射太阳光下，深红色逐渐转变为无色。这种颜色变化清晰地表明了染料的降解。将光催化剂Ag NPs加入BF染料溶液后，通过UV–vis光谱在不同时间间隔下定期监测染料降解的进展情况（直接照射太阳光和黑暗环境）。在没有太阳光照射（黑暗环境）的条件下监测反应溶液，BF染料溶液的547 nm波长吸光度逐渐降低至70分钟，表明降解过程非常缓慢。类似地，将相同的BF染料溶液直接照射太阳光，547 nm波长吸光度在18分钟内逐渐降低，确认了BF染料的降解。因此，在太阳光照射下，染料的降解过程比在黑暗中更快。在太阳光照射下，Ag NPs向氧气提供更多的电子，加速了反应过程。根据[(C0-Ct)/C0]×100计算的染料降解百分比在黑暗和太阳光照射下分别约为93%和98%。

  Ag NPs的光催化活性在BF染料降解中提出了机制，如图8d所示。将BF染料加入Ag NPs催化剂，并置于太阳光照射下，电子从价带轻易迁移到导带能隙，从而在价带中形成空穴。在此过程中，Ag NPs光催化剂反应混合物中的水分子（H2O）被氧化形成羟基自由基（·OH），同时空穴则产生了阴离子超氧自由基（·O2−），据报道。空穴与水或羟基（OH−）离子反应，在Ag NPs表面吸附形成羟基自由基（·OH）。所有羟基自由基（·OH）和超氧阴离子自由基（·O2−）都是降解环境污染有机BF染料分子为H2O和CO2分子的潜在活性物质。

  综上所述，我们通过一种简单、便捷、廉价、环保的方法，以无需人工化学物质的方式，在水介质中从木橘合成了Ag NPs。暗棕色的外观和450 nm处的UV–vis光谱表面等离子共振中心证实了Ag NPs的生成。FT-IR分析确定了类黄酮、碳水化合物的羟基/羰基基团在Ag NPs的形成中发挥了初步的作用。高分辨率透射电子显微镜图像显示了球形形状的Ag NPs，平均粒径为30-50 nm，而SAED图案观察到了Ag NPs的晶体结构。能量色散X射线光谱证实，Ag NPs中的银重量占58.99%。因此，合成的Ag NPs比相应的木橘叶提取物具有更高的稳定性、强大的抗微生物和抗氧化活性。合成的Ag NPs对MDA-MB-231细胞系表现出较高的抗癌活性，优于木橘叶提取物。此外，Ag NPs在18分钟内以98%的效率对BF染料展现出卓越的光催化作用。本研究为癌症治疗提供了一种新颖而替代性的方法，并为工业废水净化处理中的染料去除提供了环境友好的催化剂。