4-氰吡啶与氟取代苯甲酸共晶中分子间相互作用的评估：来自实验和理论方法的见解

《Journal of Molecular Structure》：Evaluation of intermolecular interactions in Co-crystals of 4-Cyanopyridine with Fluorine-Substituted Benzoic acid: Insights from Experimental and Theoretical Methods

绿色合成法制备了TiO2-ZnO纳米复合材料，并评估其抗菌和抗癌活性。通过XRD、FE-SEM、EDX和FT-IR表征，证实复合材料具有球形形貌和良好生物活性。抗菌实验显示对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和肺炎克雷伯菌有效，抗癌IC50值为37.07 μg/ml，药物释放效率达100%在24小时内。分子对接分析显示其与耐药菌及肺癌相关蛋白结合能显著，HOMO-LUMO间隙小，化学活性强。

　　

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摘要

环保型纳米颗粒的制备最近受到了研究人员的关注。本研究介绍了一种利用Parkia timoriana制备双金属氧化物的可持续方法。首次使用Parkia timoriana通过超声辅助的绿色合成方法制备了双金属氧化物（TiO₂-ZnO）纳米复合材料，并评估了其抗菌和抗癌活性，旨在用于环境修复。通过X射线衍射（XRD）、场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）结合能量分散X射线光谱（EDX）和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）对TiO₂-ZnO纳米复合材料进行了全面表征。XRD分析显示，ZnO、TiO₂和TiO₂-ZnO纳米复合材料的平均晶粒尺寸分别为41 nm、52 nm和38 nm。FE-SEM观察结果表明，这些纳米复合材料具有近乎球形的外观。通过体外分析证实了TiO₂-ZnO纳米复合材料的潜在生物活性，包括抗癌、抗菌和药物释放效率，并通过分子对接分析进一步进行了验证。抗菌活性针对多重耐药性病原菌株Escherichia coli、Staphylococcus aureus和Klebsiella pneumonia进行了测试。抗癌活性在A549肺癌细胞系中的IC₅₀值为37.07 μg/ml。使用水凝胶药物释放方法分析TiO₂-ZnO纳米复合材料的药物释放效率，发现24小时培养后约有100%的药物被释放。通过计算机模拟（in silico）分析了其与多重耐药性细菌株及肺癌蛋白（如TEM52 Beta-Lactamase、MarR、O-acetyl-L-serine sulfhydrylase A holoenzyme和EGFR kinase）的结合能，结果分别为-198.8、-197.54、-192.07、-161.17 kcal/mol。TiO₂-ZnO纳米复合材料在RB3LYP/6-31g（d）材料中表现出最低的HOMO-LUMO间隙（3.3262 eV）、最大的偶极矩（4.9880 Debye）和最低的化学硬度（0.12224 eV），表明其具有优异的化学反应性和生物活性。上述发现凸显了TiO₂-ZnO纳米复合材料在生物医学应用中的潜力。

引言

纳米技术是研究和应用具有独特光学特性和量子效应的纳米材料的技术，这使得它们适用于生物医学领域[1,2]。如今，健康和食品行业对纳米技术的关注日益增加。研究表明，癌症是全球主要的健康问题，也是第二大死亡原因[3]。抗生素的过度使用会干扰细菌的DNA合成过程，但其副作用可能包括过敏、胃肠道、血液系统和其他疾病。使用生物相容性纳米材料可以预防这些副作用。由于纳米材料对健康人体细胞的低毒性、易获取性以及显著的抗菌效果，它们在医学中的应用越来越广泛[4,5]。有机抗菌剂具有挥发性，且某些材料会产生有毒的分解产物。相比之下，无机抗菌材料具有更好的稳定性和环保性，因此研究人员对开发基于无机材料的抗菌材料非常感兴趣。

值得注意的是，金属氧化物及其复合材料能够产生活性氧物种并具有电子捐赠特性，这种惊人的潜力和独特的性质引起了众多研究人员的兴趣[6]。众所周知，不同化合物的组合可以形成具有优异介电特性的新型复合材料，近年来在技术领域引起了极大关注[7]。许多研究人员最近揭示了不同金属氧化物复合材料的双重功能[8],[9],[10],[11]。通过将不同类型的聚合物与氧化物结合，也可以制备出具有增强和吸引人电子特性的新型复合材料[12]。金属氧化物纳米复合材料可以通过其表面的正电荷残基与微生物膜上的负电荷结合直接攻击微生物[13]。由于具有大量反应性原子、较大的表面积和大量的空位，金属氧化物在染料降解、电化学传感器和生物应用中非常受欢迎[14]。ZnO和TiO₂纳米颗粒作为无机抗菌剂受到了广泛关注，因为它们无毒、带隙宽（ZnO为3.2 eV，TiO₂为3.0 eV）、化学稳定性高、成本低且表面积大[15,16]。然而，还存在具有优异电子特性的其他类别的氧化物[17,18]。

绿色合成方法是一种安全环保的技术，因此最近受到了研究人员的关注。该方法有助于制备生物相容性更强、更稳定的纳米颗粒，适合大规模生产，并避免了不必要的化学物质的使用。Samar等人[19]报告称，从Chenopodium album叶子中提取的ZnO纳米晶体对Staphylococcus aureus和Escherichia coli具有毒性。G. Kamarajan等人[20]使用Acalypha indica叶子提取物通过溶胶-凝胶法制备了ZnO纳米颗粒，并将其用作光催化剂，对Bacillus subtilis、Staphylococcus aureus、Pseudomonas aeruginosa和Escherichia coli具有抗菌活性。Ravi Saini等人[21]利用Tinospora cordifolia的提取物制备了TiO₂纳米颗粒，显示出对Escherichia coli的抑制作用。

不幸的是，无机抗菌剂的活性完全取决于其在激活过程中的离子释放能力。文献表明，异质结材料通过改善界面处的电子分离和迁移表现出良好的光催化和生物活性。因此，TiO₂和ZnO的组合材料具有更高的稳定性、化学活性和降低ZnO表面捕获中心的潜力，从而提高了抗菌和光催化活性[14]。此外，颗粒大小和形态对抗菌活性有很大影响。纳米复合材料的尺寸越小，表面积与体积比越大，就越容易穿透细胞膜并杀死细菌。许多关于TiO₂-ZnO复合材料在光催化和抗菌研究中的潜在效果和应用的报告已经发表[22],[23],[24],[25],[26],[27]，但TiO₂-ZnO复合材料在抑制细菌生长方面的效果仍有限，这需要进一步的计算机模拟分析支持。从公共卫生的角度来看，本研究旨在通过 disc扩散和体外方法绿色合成TiO₂-ZnO纳米复合材料，并研究其抗菌和抗癌活性。

部分摘要

植物提取物的制备

Parkia timoriana的树皮采自印度泰米尔纳德邦的Thandallam村。为了去除灰尘，树皮用水多次清洗后放在阴凉处晾干一周，然后在50°C下烘烤12小时，最后研磨成细粉。将5克树皮粉加入100毫升去离子水中，在50°C下搅拌2小时。最后，用滤纸过滤制备的水溶液并储存在4°C下。

TiO₂/ZnO纳米复合材料的生物合成

使用纯度为99.8%的醋酸锌（Zn(OAc)₂和纯度为99.7%的商用TiO₂

XRD分析

使用XRD分析了ZnO、TiO₂和ZnO/TiO₂复合材料的相结构，结果如图1所示。ZnO的衍射峰出现在2θ值为31.23°、34.82°、36.48°、47.41°、56.67°、62.24°、66.52°、67.75°、69.46°、72.58°和76.19°，分别对应于（100）、（002）、（101）、（102）、（110）、（103）、（200）、（112）、（201）、（004）和（202）晶面，证实了ZnO的六方晶相（JCPDS卡片编号36-1451）。TiO₂的衍射峰出现在

结论

总之，通过超声辅助的绿色合成方法制备的TiO₂-ZnO纳米复合材料显示出良好的抗菌和抗癌活性。通过XRD、FE-SEM、EDX和FT-IR分析了TiO₂-ZnO纳米复合材料的结构、形态和功能特性。FE-SEM结果证明了超声方法在制备球形异质结构纳米复合材料方面的有效性。

致谢

作者感谢Chennai的Saveetha大学Saveetha医学和技术科学学院及医院对这项工作的支持。

作者贡献声明

ST, AMV：原始草稿的撰写、概念构思、设计、撰写、审稿、编辑、监督、项目管理；VS, SC：可视化、资金获取；DR：验证、形式分析

数据声明

本研究未涉及任何数据。

作者贡献声明

Silambarasan Tamil Selvan：撰写——原始草稿、可视化、验证、监督、方法学设计、研究、概念构思。Arularasu. MV：。Vimal. S：Dhandapani. R：Selvakumar. C：Lavanya. R：

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。