微生物合成的磁铁矿颗粒：比较物理化学性质和抗真菌活性

《Materials Chemistry and Physics》：Mycosynthesized Magnetite Particles:Comparative physicochemical properties and antifungal activity.

Fe3O4纳米颗粒通过化学法和真菌（如G. lucidum、P. rimosus）合成，其抗真菌活性（500-7.81 μg/mL）显著，其中P. rimosus合成的材料敏感性最优。真菌合成产物具有更小结晶粒度、更优磁性能及酚/氨基官能团，且可协同抗真菌药物提升疗效并减少毒性。

　　

阿莉亚·普拉布古冈卡尔（Arya Prabhugaonkar）| 拉贾什里·卡尔马利·莫尔德卡尔（Rajashri Karmali Mordekar）

印度果阿坎多拉马塞拉（Khandola Marcela）政府文理商学院化学系

摘要

本研究重点探讨了通过化学方法和真菌方法合成的Fe₃O₄在抗真菌应用中的效果。Fe₃O₄采用传统的氢氧化物方法合成，同时也利用真菌G. lucidum和P. rimosus进行微生物合成。无论是通过哪种方法合成的Fe₃O₄，都具有纯度高、结晶度好且具有磁性的特点。通过真菌方法合成的Fe₃O₄颗粒更细小，且容易聚集。研究表明，微生物合成的Fe₃O₄中含有酚类和氨基等植物化学成分。所有合成的样品对致病真菌C. albicans和A. flavus均表现出良好的抗真菌活性，其抑制浓度范围为500至7.81 μg/mL。其中，使用P. rimosus合成的Fe₃O₄（记为P-Fe₃O₄）在500至4.0 μg/mL的浓度范围内对C. albicans和A. flavus的抑制效果更显著。与G-Fe₃O₄和C-Fe₃O₄相比，P-Fe₃O₄的抑菌效果更优。此外，这类材料的抑菌活性甚至优于一些已报道的磁铁矿与贵金属或Schiff碱的复合材料（如Fe₃O₄@Ag、Fe₃O₄@SiO₂/Schiff Base/Cu(II)MNPS）。由于Fe₃O₄具有磁性，可以将其与抗真菌药物协同使用，利用外部磁场促进其在目标组织内的分布，从而降低药物的使用剂量和毒性。

引言

磁性氧化铁Fe₃O₄（俗称磁铁矿）在磁阻检测、药物递送、抗菌材料、矿物分离、数据存储、磁共振成像、废水处理、重金属吸附和环境生物修复等领域具有广泛应用[1]。由于其强大的抗菌性能、磁性以及无毒特性，这类材料在生物工程和生物医学领域备受青睐。它们对引起人类传染病的病原体具有高效抑制作用。氧化铁的物理性质（如粒径和表面积）直接影响其抗菌效果。合成方法对控制粒径和表面积起着关键作用。目前有多种化学方法可用于合成磁铁矿纳米颗粒，包括氢氧化物法、溶胶-凝胶法、水热法、微乳液法和声化学法[2][3][4][5][6][7][8][9]。然而，化学方法存在使用昂贵且有害化学品、易燃溶剂以及产生有害副产物的局限性。而绿色或生物合成方法则利用天然化合物进行合成，这些化合物同时具有包覆、稳定和还原作用，从而无需使用昂贵的有毒化学品。此外，生物合成的纳米颗粒具有独特的物理化学性质，合成过程更为经济且对人类安全。合成过程中产生的副产物通常具有生物来源，进入环境后容易分解。利用植物提取物[10][11][12]、真菌[13][14]或藻类[15][16]合成的氧化铁具有更好的物理化学性能。利用真菌提取物进行生物合成被称为微生物合成，可为氧化铁赋予优异的性能。Mhammedsharif等人使用Aspergillus elegans合成了磁铁矿（Fe₃O₄）纳米颗粒，该颗粒具有优异的磁性和热稳定性。因此，设计有效的微生物合成路线将有助于开发出适用于生物医学和生物工程的优质材料。

磁铁矿在生物医学中的一个重要应用领域是治疗由真菌病原体引起的感染。由于某些真菌菌株对传统抗真菌药物具有抗性，导致真菌感染问题日益严重。Fe₃O₄纳米颗粒凭借其多重作用机制表现出显著的抗菌效果。壳聚糖包覆的氧化铁纳米颗粒对C. albicans和A. niger具有良好抑制作用[17]。用壳聚糖（CS）和尼斯塔汀（Nystatin，Nyst）功能化的超顺磁性氧化铁纳米颗粒在最低抑制浓度为2至16 μg/mL时表现出优异效果[18]。Fe₃O₄/Ag纳米复合材料作为抗真菌剂表现出优异性能，抑制圈直径可达14.7 mm[19]。利用鸡蛋白合成的氧化铁纳米颗粒在100 ppm至300 ppm浓度范围内能有效抑制Macrophomina phaseolina的生长[20]。Fe₃O₄@SiO₂/Schiff-base/Cu(II)MNPs复合纳米颗粒对六种念珠菌的抑菌效果表明：对C. parapsilosis的MIC为8 μg/mL，对C. albicans的MIC为32 μg/mL[21]。使用玉米须和中国白菜提取物合成的Fe₃O₄对真菌菌株也表现出良好的抑制效果[22]。目前关于利用真菌合成的磁铁矿进行抗真菌活性的研究报道较少。上述结果表明，利用真菌提取物制备Fe₃O₄纳米颗粒是一种极具潜力的方法。

目前尚未有利用G. lucidum和P. rimosus提取物合成磁铁矿的报道。本研究通过化学方法及这两种真菌的提取物合成了Fe₃O₄，并评估了其对两种致病真菌Candida albicans和Aspergillus flavus的抗菌效果。

化学合成方法

将FeSO₄.7H₂O和FeCl₃按1:2的摩尔比在60°C下持续搅拌。用1N NaOH将溶液pH值调整至10.0-11.0。然后在80°C下剧烈搅拌1.5小时。形成的沉淀物用热水洗涤至中性并去除氯离子，再用乙醇洗涤后于75°C下干燥24小时，最后在400°C下煅烧1小时。所得Fe₃O₄样品标记为C-Fe₃O₄。

利用Ganoderma lucidum进行微生物合成

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X射线衍射

XRD图谱显示，2θ值为30.41°、35.79°、43.42°、53.86°、57.41°、63.08°处的峰表明形成了纯立方逆尖晶石结构的Fe₃O₄，无杂质存在（图1），符合JCPDS标准19-0629。所有样品中均观察到h k l (311)处的强峰，对应的2θ值为35.79°。计算得到的晶格参数为8.3 ?，略小于文献报道的8.4 ?[23]。需要注意的是，微生物合成的Fe₃O₄

结论

无论是通过化学方法还是微生物合成方法制备的Fe₃O₄，均具有纯度高、颗粒细小且具有磁性的特点。微生物合成的Fe₃O₄颗粒粒径更细小，这归因于其中所含的植物化学成分。所有样品均具有磁性，其中P-Fe₃O₄的饱和磁化和剩磁强度高于其他样品。Fe₃O₄具有优异的抗真菌活性，尤其是对C. albicans的抑制效果更显著。

作者贡献声明

阿莉亚·普拉布古冈卡尔（Arya Prabhugaonkar）：数据验证、资源准备、方法设计、实验实施、数据分析、数据整理。 拉贾什里·卡尔马利·莫尔德卡尔（Rajashri Karmali Mordekar）：论文撰写与审稿、初稿撰写、数据可视化处理、实验监督、概念构思

未引用的参考文献

[30], [31], [33]

利益冲突声明

作者声明：他们不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。

致谢

作者感谢果阿大学、果阿国家海洋研究所（NIO）提供的仪器设备支持，以及卡纳塔克邦贝尔加维（Belgavi）的马拉塔曼达尔药学院（Maratha Mandal College of Pharmacy）在抗真菌研究方面的协助。