利用辣木（Moringa oleifera）叶提取物进行环保型ZnO纳米粒子合成，该纳米粒子具有增强的抗菌活性，并采用了计算机模拟（In Silico）方法进行研究
《Sustainable Chemistry One World》：Eco-Friendly Synthesis of ZnO Nanoparticles Using
Moringa oleifera Leaf Extract with Enhanced Antibacterial Activity and In Silico Approach
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绿色纳米技术为开发高效环保的抗菌剂提供了新途径。本研究通过莫桑戈叶提取物绿色合成氧化锌纳米颗粒（ZnO-NPs），经理化表征确认其尺寸、形貌及化学组成符合标准，并采用Kirby-Bauer法评估对革兰氏阳性菌（金黄色葡萄球菌）和阴性菌（大肠杆菌）的抑制作用，结合分子对接分析揭示4H-吡喃酮等活性成分与细菌关键蛋白（Dihydrofolate reductase、FtsZ）的相互作用机制，为植物辅助合成纳米抗菌材料提供理论依据。
K Shakitha | V N Meena Devi
物理系，Noorul Islam 高等教育中心，Kumaracoil，Thuckalay，Kanyakumari 地区，TamilNadu，印度 - 629 180
摘要
绿色纳米技术为开发高效且环保的抗菌剂提供了一条有前景的途径。本研究报道了利用 Moringa oleifera 叶提取物进行绿色合成氧化锌纳米颗粒（ZnO-NPs）的方法，其中 Moringa oleifera 叶提取物起到了天然还原剂和稳定剂的作用。通过标准的物理化学方法对生物合成的 ZnO-NPs 进行了表征，以确定其大小、形态和化学组成。使用 Kirby-Bauer 盘扩散法评估了其对革兰氏阳性（金黄色葡萄球菌）和革兰氏阴性（大肠杆菌）菌株的抗菌效果。为了进一步阐明抗菌作用的分子机制，进行了计算机模拟分子对接分析。这些分析特别使用了从 Moringa oleifera 叶提取物中鉴定出的两种植物化学物质：4H-Pyran-4-one、2,3-dihydro-3,5-dihydroxy-6-methyl 和 Tetraacetyl-D-xylonic nitrile，以靶向细菌的关键蛋白质。这种综合的绿色合成和计算方法突显了植物辅助的 ZnO 纳米颗粒作为有效、可持续抗菌剂的潜力。
引言
在不断发展的纳米技术领域，材料在纳米尺度上进行操作和应用，通常范围在 1 到 100 纳米之间。这种尺度的材料具有独特的物理、化学和生物特性，如增加的电导率、化学反应性或强度，这些特性使它们与块状材料有所不同 [1]。纳米颗粒是尺寸在纳米范围内的超细颗粒，对纳米技术至关重要。由于它们的紧凑尺寸和可调节的特性，纳米颗粒在环境科学（例如水净化、污染物降解）、太阳能电池、电池、电子学（例如纳米传感器、晶体管）和医学（例如靶向药物输送、诊断）等领域得到了广泛应用 [2]。
氧化锌纳米颗粒（ZnO-NPs）是一种多功能无机纳米材料，因其独特的物理和化学特性而受到广泛关注，这使它们成为研究最广泛的金属氧化物纳米颗粒之一 [3]。它们表现出优异的光稳定性、固有的机电耦合系数、广泛的光谱吸收能力和强的化学稳定性。ZnO-NPs 在工业、环境和医疗应用中得到广泛应用 [4]。然而，传统的化学和物理方法制备纳米颗粒通常会使用有毒试剂并消耗大量能量。绿色合成已成为应对这些挑战的一种可行且可持续的方法。这种方法利用生物物质作为稳定剂和还原剂，尤其是植物提取物。Ying 等人 [5]
Moringa oleifera（Moringaceae）或鼓槌树是一种药用植物，含有多种生物活性化合物，如黄酮类、酚类、生物碱和单宁（Kashyap 等，2022）。除了帮助生产 ZnO-NPs 之外，这些植物化学物质还可能提供额外的生物学益处，例如增强抗菌活性。Al-Darwesh 等人 [6]
多项研究报道了使用 M. oleifera 叶提取物进行 ZnO 纳米颗粒的绿色合成，并评估了它们的生物活性。Adam 等人 [10] 展示了使用水性 M. oleifera 提取物成功合成 ZnO-NPs，并主要关注了它们的光催化性能。Bhalla 等人 [7] 报告了 M. oleifera 介导的 ZnO-NPs 的增强抗菌和抗氧化活性，强调了其在健康和保健应用中的潜力。最近，Sarwar 等人 [8] 研究了生物合成 ZnO-NPs 对革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌的抗菌效果，并报告了强烈的抑制作用。虽然这些研究证明了使用 M. oleifera 提取物成功合成 ZnO 纳米颗粒并证实了它们的抗菌活性，但它们主要关注实验结果，对可能导致观察到的抗菌效果的潜在分子相互作用提供了有限的见解。
在本研究中，通过绿色合成方法使用 M. oleifera 叶提取物制备 ZnO-NPs，并使用传统的物理化学技术对其进行分析，同时测试了它们对特定革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌菌株的抗菌效果。这项评估旨在确定绿色合成的 ZnO-NPs 作为开发针对耐药病原体的多种抗菌解决方案的潜力。
此外，为了阐明抗菌作用的分子基础，使用 AutoDock4 进行了计算机模拟分子对接研究。Bhalla 等人 [9] 对 M. oleifera 叶提取物的水溶性成分进行 GC-MS 分析后，选出了 4H-Pyran-4-one、2,3-dihydro-3,5-dihydroxy-6-methyl 和 Tetraacetyl-D-xylonic nitrile 两种植物化学物质，用于与关键细菌靶蛋白（金黄色葡萄球菌 的二氢叶酸还原酶蛋白和 大肠杆菌 的细胞分裂蛋白 FtsZ）进行对接。这种计算方法有助于预测 ZnO-NPs 的结合亲和力和潜在的抑制作用，从而深入了解它们在增强 M. oleifera 衍生化合物的抗菌特性方面的协同作用，为其作为有效且可持续抗菌剂的潜力提供了全面的评估。
部分摘录
Moringa Oleifera 叶提取物的制备
这种绿色合成过程的初始步骤是制备 Moringa oleifera 叶提取物。首先，用蒸馏水彻底清洗收获的叶子，以去除表面的灰尘或杂质。清洗后，将叶子样品在 32°C（室温）下晾干。接下来，将 30 克干燥并清洗过的 M. oleifera 叶子浸泡在 300 毫升沸蒸馏水中，保持 50°C 下 1 小时 45 分钟。
粉末 X 射线衍射（XRD）分析
进行粉末 X 射线衍射（XRD）以评估 ZnO-NPs 的相组成和结晶度。使用 PANalytical X’Pert Pro 粉末衍射仪，在 40 kV 和 40 mA 下，使用 Cu Kα 辐射（λ = 1.5406 ?）进行测量 [13]。通过从 10° 到 80°（2θ）扫描，步长为 0.02°，每个数据点计数 1 秒，获得了适用于相鉴定和晶粒尺寸估计的高分辨率衍射图谱。
XRD 分析
XRD 结果证实了绿色合成的 ZnO-NPs 的晶体性质（图 2）。衍射图谱显示了 2θ 值为 31.81°、34.44°、36.24°、47.52°、56.64°、62.82°、65.12°、66.32°、67.98°、69.14°、72.56° 和 77.14° 的峰，这些峰对应于六方纤锌矿 ZnO 的 (100)、(002)、(101)、(102)、(110)、(112)、(201)、(004) 和 (202) 面。这些峰表明成功合成了纯 ZnO-NPs，与标准 JCPDS 卡片 No. 36-1451 的结果一致 [26]。
结论
本研究强调了 Moringa oleifera 衍生的 ZnO – DDMP 和 Tetraacetyl-D-xylonic nitrile 复合物作为强效抗菌剂的潜力。通过使用 M. oleifera 叶提取物制备的 ZnO-NPs 的成功表征及其对革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌蛋白的显著抑制作用，证实了这种绿色合成方法的有效性。
资金声明
作者声明没有从任何组织或机构获得支持这项研究的资金。
CRediT 作者贡献声明
K Shakitha：撰写——原始草案、软件、方法论、数据管理、概念构思。V N Meena Devi：撰写——审稿与编辑、监督、项目管理、研究实施。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
作者衷心感谢 Noorul Islam 高等教育中心提供必要的实验室设施和支持，以完成这项研究工作。
