《Composites Part A: Applied Science and Manufacturing》：Multifunctional silver/iron oxide ?chitosan-
cl-polyacrylamide nanocomposite hydrogel for tetracycline delivery and antimicrobial studies
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本研究采用绿色化学方法，以Laurus nobilis和Phyllanthus emblica提取液合成Ag/Fe?O?/CS-cl-PAM纳米复合水凝胶，具有pH响应特性（pH 7和9下膨胀率达2568%），高载药率（40.59%，包封效率68.3%），并在抗菌测试中表现出显著效果（抑菌圈直径达25mm）。该材料为智能药物递送和抗菌应用提供了创新平台。
艾什瓦里亚·巴斯卡拉林加姆（Aishwarya Bhaskaralingam）|普贾·迪曼（Pooja Dhiman）|阿尔贝托·加西亚-佩纳斯（Alberto García- Pe?as）|高拉夫·夏尔马（Gaurav Sharma）
喜马拉雅可持续发展国际纳米技术研究中心（IRCNHS），舒利尼大学（Shoolini University），索兰（Solan）173229，印度
摘要
本研究介绍了一种基于银/氧化铁/壳聚糖-聚丙烯酰胺（Ag/Fe?O?/CS-cl-PAM）的pH响应性聚合物纳米复合水凝胶的绿色合成方法及其详细性能研究，该水凝胶可用于可控药物释放和抗菌应用。银纳米颗粒通过月桂叶（Laurus nobilis）提取物制备，氧化铁纳米颗粒则利用印度醋栗（Phyllanthus emblica）提取物制备，从而确保了制备过程的环保性和可持续性。这种混合水凝胶通过自由基聚合反应制备，并通过紫外-可见光谱（UV–Vis）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、场发射扫描电子显微镜（FESEM）、透射电子显微镜（TEM）、原子力显微镜（AFM）、能量色散X射线光谱（EDX）和元素分析等技术进行了表征。该材料表现出pH响应性，在pH 7时膨胀率达到2568%，在pH 9时膨胀率达到2567%。四环素（Tetracycline）的负载量可达40.59%，包封效率为68.3%；在中性pH条件下，药物的最大累积释放量为64.63% ± 0.53%。释放动力学符合一级模型（R2 = 0.9668），Korsmeyer-Peppas指数（n = 1.1195）表明其释放机制属于超二级传输类型，主要受聚合物链松弛和侵蚀辅助扩散的影响。抗菌测试显示，该水凝胶对白色念珠菌（Candida albicans）、金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）和枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）具有显著的抑制作用。与单一纳米颗粒相比，该纳米复合材料的抑菌圈更大（最大可达25毫米），最低抑菌浓度（MIC）更低（37.5 μg/mL）。综合这些结果表明，Ag/Fe?O?/CS-cl-PAM是一种适用于pH触发药物释放的下一代材料，同时具备优异的抗菌性能。
引言
纳米技术是一个突破性领域，它能够开发出具有远超传统材料特性的纳米结构。纳米材料在磁性、光学和抗菌性能方面表现出显著优势，因此被广泛应用于光催化、超级染料、防水材料、热疗、MRI诊断和药物输送系统等领域[1]。然而，传统的纳米颗粒合成方法通常涉及使用有害化学物质，成本较高，这对环境和经济都带来负面影响[2]。作为可持续的替代方案，绿色合成方法逐渐受到重视。植物化学物质如黄酮类、萜类、醌类、醛类和有机酸被用于稳定纳米颗粒并降低金属离子浓度[3]。这种方法不仅环保，还能节省时间和材料。多年来，印度醋栗（Phyllanthus emblica）一直是制备银[4]、金[4]、铜[4]、硫化锌[4]、氧化镁[4]和氧化铁[4]纳米颗粒的主要原料，这种植物富含抗坏血酸、单宁和黄酮类化合物，有助于金属离子聚集成纳米颗粒[4]。月桂叶（Laurus nobilis）既可用于烹饪，也具有药用价值，其中含有蛋白质、糖类、酚类和黄酮类成分，能够促进金属还原并稳定纳米颗粒[5]。这些植物成分体现了绿色化学的核心理念——在减少对环境影响的同时提升合成效率[6]。氧化铁纳米颗粒（Fe?O?），尤其是磁赤铁矿（maghemite）和磁铁矿（magnetite），因其与人体的兼容性和多功能性而成为最受欢迎的磁性纳米材料[7]。尽管绿色合成技术仍需进一步发展，但这些纳米材料主要通过共沉淀或热分解法制备。它们在靶向药物输送、MRI增强和癌症热疗等领域具有广泛的应用潜力[7]。壳聚糖（CS）是一种天然阳离子生物聚合物，由甲壳素制成，具有可回收性、生物降解性和亲水性，同时含有活性氨基和羟基，易于进行化学修饰。壳聚糖与聚丙烯酰胺（CS-cl-PAM）交联后形成的水凝胶在机械强度、膨胀能力、pH敏感性和黏膜黏附性方面表现优异[8][9]。四环素是一种广谱抗生素，能有效抑制细菌蛋白质合成，对革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌均有效，同时还具有抗炎和免疫抑制作用。然而，其在碱性环境和光照条件下效力会减弱，因此需要可控和靶向的药物释放系统来确保其治疗效果并降低副作用[10]。近年来，由于壳聚糖与金属或金属氧化物纳米颗粒的生物相容性，出现了多种相关研究。但仅通过修改壳聚糖本身难以实现所需的机械强度、耐水性和抗菌性能[11]。为克服这些不足，最新研究侧重于开发含有植物提取物等生物活性化合物的壳聚糖衍生物，这种策略能显著提升材料的结构、理化和生物性能[11]。尽管关于金属纳米颗粒-多糖纳米复合体的研究较少，但目前多数研究仍局限于单一金属相或简单的物理嵌入方式[12]。最新的纳米复合水凝胶系统（包括可注射和不可注射类型）表明，添加金属或磁性纳米颗粒可改善膨胀性能、机械强度和药物负载能力[13]。本研究提出的Ag/Fe?O?/CS-cl-PAM纳米复合水凝胶结合了双重纳米颗粒，实现了多重功能。
材料与方法
本研究采用植物提取物制备了绿色合成的银和氧化铁纳米颗粒，并通过物理化学方法对其进行了表征。药物负载和体外释放实验用于评估纳米载体的性能。详细实验步骤、合成方案、表征方法和分析计算详见补充材料S-1-S-2。
结果与讨论
所制备的Ag/Fe?O?/CS-cl-PAM聚合物纳米复合体通过自由基交联反应制备，其中过硫酸铵（ammonium persulfate）作为引发剂，N,N'-亚甲基双丙烯酰胺（N,N'-methylenebisacrylamide）作为交联剂。这种纳米复合体的制备为具有理想药物释放特性的水凝胶提供了一种便捷高效的方法。
结论
本研究采用绿色化学方法，利用月桂叶和印度醋栗提取物成功合成了pH响应性的Ag/Fe?O?/CS-cl-PAM纳米复合水凝胶。银和氧化铁纳米颗粒的引入提升了水凝胶的多功能性，包括膨胀能力、药物释放能力和抗菌效果。实验结果表明，该水凝胶的膨胀行为明显依赖于pH值。
作者贡献声明
艾什瓦里亚·巴斯卡拉林加姆（Aishwarya Bhaskaralingam）：负责初稿撰写、实验研究、数据分析。普贾·迪曼（Pooja Dhiman）：负责修订和编辑。阿尔贝托·加西亚-佩纳斯（Alberto García- Pe?as）：负责修订和编辑，以及研究指导与概念构思。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本研究结果的财务利益冲突或个人关系。
