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植物水提物合成Ag-ZnO纳米复合材料具有环保优势，通过UV-Vis和XRD证实其组成与结构，抗菌抗氧化活性优于单一纳米颗粒，Ag20-ZnO80对多种细菌抑制率达91%，且具有环境修复潜力。
迪维安舒·辛格（Divyanshu Singh）|库尔迪普·维尔玛（Kuldeep Verma）|坦努·考希克（Tannu Kaushik）|萨米尔·库马尔·巴赫拉（Sameer Kumar Bahera）|拉贾特·普拉塔普·辛格（Rajat Pratap Singh）|桑托什·库马尔·普拉贾帕蒂（Santosh Kumar Prajapati）|巴拉特·拉尔·萨胡（Bharat Lal Sahu）|阿希什·辛格（Ashish Singh）|阿希什·库马尔·辛格（Ashish Kumar Singh）
古鲁加希达斯大学（Guru Ghasidas Vishwavidyalaya）生物技术系，比拉斯普尔 495009
摘要
利用植物提取物制备纳米颗粒是一种环保、简单且成本效益高的方法。Zingiber capitatum是一种高度濒危的植物物种，可以在温和条件下将Ag?和Zn2?离子转化为稳定的Ag/ZnO纳米结构。通过使用Zingiber capitatum的水提取物，成功合成了具有可调成分（Agx-(ZnO)100-x，其中x = 0, 20, 40, 60, 80和100）的双金属Ag-ZnO纳米颗粒，该提取物同时充当生物还原剂和包覆剂。紫外-可见光谱（UV-Vis spectroscopy）显示了Ag和ZnO的特征峰（Ag为445 nm，ZnO为290 nm），X射线衍射（XRD）确认了Ag100纳米颗粒中存在Ag、Ag2O、AgCl相，而(ZnO)100纳米颗粒中存在ZnO和Zn(OH)2相；在Ag-ZnO纳米复合材料中，这些相以不同的比例存在。扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscopy）显示，Ag-ZnO纳米复合材料的形态不规则，粒径范围为200–300 nm。进一步地，XPS分析证实了Ag20-(ZnO)80中的Ag?、Zn2+和O2-氧化态占主导地位。Ag-ZnO纳米复合材料的抗菌、抗氧化和抗炎活性优于Ag100和(ZnO)100纳米颗粒，表明Ag和ZnO之间存在协同作用。Ag20-ZnO80组合对革兰氏阳性细菌Bacillus subtilis（MTCC441）、Staphylococcus aureus（MTCC96）以及革兰氏阴性细菌Escherichia coli（MTCC739）、Pseudomonas aeruginosa（MTCC741）和Klebsiella pneumoniae具有广谱抗菌活性。DPPH实验表明其抗氧化能力优于单一金属纳米颗粒，而蛋清变性实验显示其具有89%的抗炎抑制效果。值得注意的是，Ag20-ZnO80在4小时内即可吸附91%的亚甲蓝，证实了其在环境修复方面的特定作用。
引言
近年来，纳米材料因其在化学、生物学、物理学、医学、材料科学、农业和环境修复等领域的广泛应用而受到广泛关注[1]、[2]、[3]。纳米材料可分为单一金属纳米材料（含有一种金属，如Ag或Au）、双/三金属纳米材料（以合金、核壳结构或异质结构的形式存在），或纳米复合材料（由两种或更多不同相组成，如金属-金属氧化物或金属-聚合物系统）。像Ag-ZnO这样的纳米复合材料，其中Ag纳米颗粒分布在ZnO表面，由于其增强的化学和热稳定性、较低的细胞毒性、多模式作用机制以及整体更高的生物相容性，因此在生物医学应用中具有很大潜力[4]、[5]。
银和氧化锌是最常研究的纳米材料之一，因为它们具有广泛的生物活性，如抗菌、抗氧化和抗炎作用。银纳米颗粒因其强大的抗菌性能而在医疗涂层、设备和伤口敷料中得到广泛应用[6]、[7]。另一方面，氧化锌纳米颗粒以其生物相容性、低毒性、强光催化活性、紫外线防护和抗菌性能而受到重视。这种多功能性使氧化锌纳米颗粒不仅在医疗领域有用，而且在环境和防护技术中也具有应用价值[8]。Ag-ZnO纳米复合材料结合了银和氧化锌的优点，其性能超过了单一纳米颗粒[1]、[2]、[9]。重要的是，Ag-ZnO纳米复合材料通过诱导抗菌肽表现出对多种病原菌的有效性，使其成为对抗抗菌素耐药性的有力候选材料[10]。此外，这些材料还能清除自由基，可能减轻生物系统中的氧化应激[11]、[12]、[13]、[14]。
合成方法对于确定纳米颗粒在医疗和环境应用中的适用性和安全性也起着关键作用。传统的物理和化学合成方法通常成本较高，使用有害试剂，且生物相容性较低，而基于生物原理的“绿色合成”方法则提供了一种环保且可持续的替代方案[15]、[16]、[17]。在生物方法中，植物介导的合成方法越来越受欢迎，因为它更安全、更快捷、更简单。此外，植物提取物中丰富的植物化学物质可以作为还原剂和包覆剂[18]、[19]、[20]。在姜科（Zingiberaceae）植物中，Zingiber capitatum Roxb.因其丰富的生物活性化合物（如萜类、黄酮类和精油）而受到重视[21]。Zingiber capitatum Roxb.原产于印度多个地区，传统上用于治疗皮肤疾病，并具有已记录的抗菌和抗氧化特性。Z. capitatum的根茎精油显示出强大的自由基清除能力和对细胞氧化损伤的保护作用，突显了其在纳米颗粒合成中的潜力[22]、[23]、[24]、[25]、[26]。鉴于其濒危状态和药用价值，Z. capitatum不仅为纳米颗粒合成提供了植物化学物质，还符合保护和可持续发展的目标。然而，据我们所知，目前尚无关于利用Zingiber capitatum根茎进行纳米颗粒合成的报道，尽管其精油已被用于生物应用。此外，通常作为生物废弃物处理的叶子也可以用于推进可持续绿色纳米技术的发展。
在这项研究中，我们报道了使用Z. capitatum的水提取物生态友好地合成不同组成的Ag、ZnO和Ag-ZnO纳米复合材料。这种方法利用了植物的药用植物化学物质，制备出了具有显著抗菌、抗氧化和光催化特性的纳米颗粒。一系列分析技术，包括傅里叶变换红外光谱（FTIR）、紫外-可见光谱（UV–visible spectroscopy）、粉末X射线衍射（PXRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和X射线光电子能谱（XPS），证实了纳米颗粒的成功制备。生物实验表明其对革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌均具有显著的抗菌活性，光催化测试显示了对有机染料的有效降解，支持其在环境修复中的潜在应用。总体而言，这种绿色合成策略不仅为先进纳米材料的发展提供了可持续的途径，也为其在医疗和环境保护中的应用开辟了新途径。
植物样本采集
6月中旬，我们从恰蒂斯加尔邦比拉斯普尔（Chhattisgarh）的古鲁加希达斯大学（Guru Ghasidas Vishwavidyalaya）校园采集了新鲜的Zingiber capitatum幼叶（纬度：22.126376，经度：82.137489）（图1）。为了去除污垢，首先用流动自来水冲洗叶片两次，然后用蒸馏水最后一次清洗[26]。清洗后，将叶片切成小块，用于后续的植物化学提取。
叶提取物的制备
Z. capitatum的水提取物
叶提取物的植物化学筛选
使用标准协议[30]对Z. capitatum提取物进行了植物化学分析。Z. capitatum的植物化学分析结果总结在表1中。根据植物化学研究，Z. capitatum的叶片含有生物碱、黄酮类、酚类、单宁和甾体，这与早期关于Z. Capitatum根茎提取物的研究结果一致[33]、[34]。这些植物化学物质对于将Ag+离子还原为Ag纳米颗粒至关重要。
结论
本研究成功开发了一种高效且可持续的方法，利用Z. Capitatum叶片的水提取物制备Ag-ZnO纳米颗粒。根据SEM研究，纯Ag100纳米颗粒的粒径范围为28–65 nm，而Ag-ZnO纳米复合材料的粒径范围为200–300 nm。Z.20-(ZnO)80的TEM研究证实了Ag纳米颗粒在ZnO表面的分散。FTIR分析鉴定出的生物碱、黄酮类、酚类、单宁和甾体等植物化学物质参与了这一过程。
未引用的参考文献
[35]; [36]; [43]; [44]; [45]; [46]; [47]; [48]; [49]; [50]; [51]
CRediT作者贡献声明
阿希什·辛格（Ashish Singh）：撰写 – 审稿与编辑、数据分析。
阿希什·库马尔·辛格（Ashish Kumar Singh）：撰写 – 审稿与编辑、监督、概念构思。
迪维安舒·辛格（Divyanshu Singh）：撰写 – 初稿撰写、数据分析、概念构思。
库尔迪普·维尔玛（Kuldeep Verma）：撰写 – 初稿撰写、数据分析、概念构思。
坦努·考希克（Tannu Kaushik）：撰写 – 初稿撰写、数据分析、概念构思。
萨米尔·库马尔·巴赫拉（Sameer Kumar Bahera）：撰写 – 初稿撰写、数据分析。
利益冲突声明
作者声明他们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
作者感谢新德里科技发展部（DST New Delhi）的资助。DS和KV分别感谢新德里大学教育委员会（UGC New Delhi）提供的奖学金。作者感谢化学系主任和生物技术系主任提供的基本基础设施和光谱设备。作者感谢比拉尼理工学院（BITS Pilani, Goa）提供的XRD和SEM（SEM-EDS）分析支持，拉巴雷利（RGIPT, Raebareli）提供的XPS分析，以及班加罗尔JNCASR提供的TEM分析支持。
支持信息
支持信息文件包含了所有相关物质的FTIR光谱数据
