利用肉桂提取物进行绿色合成，制备了Ag/V?O?及经过金合欢胶改性的Ag/V?O?纳米复合材料，这些复合材料具有抗氧化、抗菌和抗癌性能

Ag/V?O?纳米复合材料通过肉桂树皮提取物和阿拉伯胶的绿色合成方法制备，展现出优异的抗氧化（IC50 0.057 mg/mL）、广谱抗菌（抑菌圈18±1.36 mm）和选择性抗癌活性（IC50 20.83-45.83 μg/mL）。表面工程有效调控了纳米颗粒分散性及尺寸，降低金属毒性，实现多功能生物医学应用。

　　

Jihan Qurban

沙特阿拉伯麦加乌姆阿尔库拉大学科学学院化学系

摘要

生物活性纳米材料以及通过绿色方法降低毒性的工程纳米材料在生物医学应用中非常受欢迎。在这项工作中，使用肉桂（Cinnamomum verum）树皮的水提取物作为生物还原剂和稳定剂，通过完全绿色的合成路线制备了Ag/V₂O₅和接枝了金合欢胶的Ag/V₂O₅纳米复合材料（Ag/V₂O₅/AG NCs）。XRD分析证实，两种纳米复合材料中都存在正交相的V₂O₅和面心立方（FCC）结构的Ag。V₂O₅的晶粒尺寸保持在约80纳米，而经过金合欢胶改性后，Ag的晶粒尺寸从73纳米减小到84纳米，随后又降低到60–76纳米。SEM-TEM分析表明，金合欢胶显著改善了颗粒的分散性并减少了聚集，使Ag的平均粒径从15.0 ± 4.9纳米（8–24纳米）降至11.1 ± 3.2纳米（6–17纳米）。EDX/XPS分析证实了Ag和V的均匀分布，表面含有约5%的碳，主要为金属态Ag⁰，同时存在V⁵⁺/V⁴⁺离子。UV–Vis分析显示，Ag在388纳米处有吸收峰，V₂O₅在473纳米处有吸收峰，且生物聚合物改性后带隙从1.62电子伏特（Ag/V₅）缩小到1.50电子伏特，表明电子耦合得到改善。生物性能评估显示，Ag/V₂O₅/AG NCs具有增强的抗氧化能力，DPPH半数抑制浓度（IC₅₀）为0.057 ± 0.002毫克/毫升，总抗氧化能力（TAC）为27.60 ± 0.55毫克AAE/克，自由基清除能力（FRAP）为17.53 ± 0.36毫克AAE/克；此外，还表现出广谱抗菌活性，抑制圈直径可达18 ± 1.36毫米；抗癌活性方面，对MCF-7细胞的IC₅₀为20.83微克/毫升，对HepG2细胞的IC₅₀为29.17微克/毫升，对A549细胞的IC₅₀为23.96微克/毫升，而对WI-38成纤维细胞的IC₅₀无影响（45.83微克/毫升）。这项工作的创新之处在于，不仅使用了植物酚类化合物，还利用了金合欢胶这种天然聚合物，实现了协同作用，从而提高了生物活性和电子转移效率。研究结果证明了生物聚合物辅助的表面工程在制备安全、多功能纳米材料以用于生物医学应用方面的巨大潜力。

引言

与传统化学合成方法相比，绿色纳米技术是一种更为环保的方法，因为它产生的有毒副产物较少，合成反应更安全，且具有良好的生物相容性。从不同药用植物中提取的植物化合物可以用作还原剂，有助于制备具有优异催化、吸附和生物特性的纳米复合材料[1]、[2]、[3]。例如，Ag-ZnO和Ag-CuO纳米材料对大肠杆菌（E. coli）和金黄色葡萄球菌（S. aureus）表现出良好的抗菌效果，同时在有机染料的光降解方面也有优异性能，这证明了绿色化学合成的金属氧化物具有广泛的应用潜力[2]、[3]。

银与钒基纳米材料的结合具有很高的效果，大大扩展了其在生物医学中的应用范围。例如，使用植物提取物合成的铁、银和钒的三元合金纳米颗粒对细菌病原体表现出有效的抑制作用，抑制圈直径可达16–20毫米[4]、[5]。从Sargassum Latifolium提取物制备的Ag/V₂O₅纳米复合材料在50微克/毫升浓度下能抑制60–65%的细菌生长，显示出其作为有效抗菌和抗氧化剂的潜力[6]。然而，关于涂有生物聚合物的绿色合成Ag/V₂O₅纳米复合材料的研究较少，这些复合材料能够确保最大疗效并减少对目标细胞的不良影响。

像肉桂（Cinnamomum verum）这样的药用植物因其富含多酚、黄酮类和醛基而非常适合用于绿色纳米技术，这些成分在纳米合成中可作为有效的还原剂。然而，基于单体的天然材料可能无法有效控制纳米颗粒及其与表面的相互作用。通过使用天然聚合物（如金合欢胶）作为纳米颗粒的大分子，可以克服这一问题。金合欢胶具有良好的乳化和包覆性能，并通过与金属的羟基和羧基相互作用而发挥有效作用。先前的研究已经证实，金合欢胶可用于制备具有高吸附能力的磁性纳米复合材料[7]，以及在与其他催化剂相比具有更好染料降解能力的钯基催化剂[8]、[9]。肉桂与金合欢胶的结合促进了表面工程化的Ag/V₂O₅纳米复合材料的制备，其中植物化学物质促进了还原反应和初步稳定过程，同时金合欢胶进一步控制了细胞/纳米颗粒的相互作用、蛋白质形成以及活性氧（ROS）的生成。

因此，Ag/V₂O₅/金合欢胶纳米复合材料旨在最大限度地提高抗菌和抗癌效果，同时减少金属引起的细胞毒性。银具有很强的抗菌活性，而氧化钒有助于通过氧化还原反应生成ROS，从而诱导癌细胞凋亡[10]。结合这些元素的混合系统通常表现出比单一金属氧化物更高的协同效应[4]、[11]、[12]。本文提出的使用肉桂提取物和金合欢胶的绿色合成方法为多功能纳米医学的发展提供了一条高度可扩展且生物相容的途径，解决了纳米材料设计中最为关键的问题之一，即制备安全且高效的纳米复合材料，同时具备可控的双重抗菌和抗癌活性。

除了在生物医学领域的应用外，基于Ag/V₂O₅的复合材料还被探索用于催化和光催化领域。固定在g-C₃N₄/V₂O₅表面的银纳米颗粒显示出增强的催化活性，并能在光照后降解有机污染物[13]；嵌入荧光聚酰亚胺中的Ag/V₂O₅纳米颗粒对有害废物的去除具有高催化效率[14]。此外，Ag/V₂O₅与MXene和还原氧化石墨烯结合在气体传感和可见光光催化方面也表现出良好性能[15]。尽管技术上有这些进展，但对于结合生物聚合物的Ag/V₂O₅纳米复合材料的绿色合成方法及其协同治疗作用的研究仍然较少。本研究的创新之处在于同时利用肉桂提取物上清液和金合欢胶，优化了纳米复合材料的抗氧化活性、抗菌效果和抗癌效果，同时对正常细胞的毒性影响较小。事实上，本研究探讨了Ag/V₂O₅作为多功能纳米复合材料的潜力，这种复合材料既能单独治疗氧化应激、细菌感染和癌症，又对正常细胞的毒性最小。

值得注意的是，本研究提出了一种协同方法，利用肉桂植物生物化学物质和金合欢胶来最大化生物效应，同时减少金属引起的毒性。在分子层面，富含碳水化合物的金合欢胶及其羟基和羧基可以调节纳米颗粒与细胞的相互作用，从而影响纳米颗粒在细胞内的分布。这种大分子表面工程能够控制ROS的生成，促进癌细胞凋亡，减少对正常细胞的损伤，使本研究区别于以往的Ag/V₂O₅相关研究。

基于这一思路，我们的理论前提是利用金合欢胶进行大分子表面工程，通过调控氧化刺激和优化细胞选择性，将治疗效果与金属引起的毒性分离。这种方法通过精确调控ROS生成、促进癌细胞凋亡并减少对正常细胞的损伤，使我们的研究区别于以往的研究。在此基础上，本研究提出了一种使用肉桂提取物制备Ag/V₂O₅和金合欢胶改性Ag/V₂O₅纳米复合材料的完整绿色合成方案，并对其抗氧化、抗菌和抗癌性能进行了严格的分析评估，涵盖了肿瘤细胞和正常细胞系。总体而言，这项工作为利用天然生物聚合物作为高效界面调节剂提供了新的范例，为开发安全高效的纳米医学制剂奠定了基础。

试剂和化学品

硝酸银（AgNO₃，纯度≥99.8%）、五氧化二钒（V₂O₅，纯度≥99%）、抗坏血酸（纯度≥99%）和金合欢胶（纯度≥95%）均从Sigma-Aldrich（美国）或Merck（德国）购买；其他化学试剂如DPPH、铁氰化钾/铁氰化钠、TCA、氯化铁、磷酸钠和钼酸铵无需进一步纯化。更多信息...

X射线衍射（XRD）

XRD图谱证实了两种纳米复合材料的成功制备（图1）。对于Ag/V₂O₅样品，其衍射图显示了正交相V₂O₅的清晰反射峰（PDF 01-086-2248），对应于（001）、（110）、（400）和（301）晶面，以及FCC结构的Ag的（111）、（200）、（220）和（311）反射峰（PDF 01-087-0717）。这些观察结果与Solis-Casados等人最近报道的Ag/V₂O₅纳米结构一致。

结论

本研究开发了一种绿色、完全可持续的方法，使用肉桂树皮提取物制备了Ag/V₂O₅和接枝了金合欢胶的Ag/V₂O₅纳米复合材料。提取物中的酚类化合物负责还原Ag⁺离子；金合欢胶作为大分子稳定剂，提供了氢键作用、静电作用和配位效应。结构和表面分析的结果证实了...

CRediT作者贡献声明

Jihan Qurban：撰写、审稿与编辑、方法验证、数据分析、概念构建。

资助

不适用。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

作者感谢乌姆阿尔库拉大学的持续支持。