基于石榴皮提取物的生物启发性合成：Ag2Se二元硫族化物纳米颗粒的制备及其抗菌抗氧化活性综合评价

《Scientific Reports》：Bio-inspired synthesis of silver selenide (Ag?Se) binary chalcogenide nanoparticles mediated by Punica granatum L. peel extract and a comprehensive evaluation of their biological activities

本研究针对抗生素耐药细菌日益严重的威胁，探索绿色环保的纳米抗菌材料。研究人员利用石榴（Punica granatumL.）皮提取物中的多酚和类黄酮作为天然还原剂和稳定剂，成功合成了Ag2Se二元硫族化物纳米颗粒。该纳米颗粒展现出对多种革兰氏阳性与阴性菌的强效抗菌活性（最低抑菌浓度MIC 100-250 μg/mL）、显著的抗氧化能力（DPPH与H2O2清除实验IC50值分别为142.6 μg/mL与158.3 μg/mL）以及良好的血液相容性（浓度25 μg/mL时溶血率<5%）。该研究为开发具有双重功能（抗菌与抗氧化）的绿色纳米材料提供了新策略，在伤口愈合、抗菌涂层和药物递送系统等生物医学领域具有重要应用前景。

　　

在全球公共卫生领域，抗生素耐药性的蔓延正演化成一场悄无声息的危机。传统抗生素的效力在“超级细菌”面前逐渐衰退，使得寻找新型、高效且安全的抗菌剂成为了一项紧迫的任务。在这一背景下，纳米技术，特别是二元硫族化物纳米颗粒，为人们带来了新的希望。其中，硒化银（Ag₂Se）纳米颗粒因其增强的抗菌特性、良好的生物相容性以及多功能应用潜力而备受瞩目。然而，传统的化学合成方法常常使用有毒试剂，可能带来环境与安全风险。那么，能否找到一种既高效又环保的合成路径呢？自然是人类最好的老师。植物提取物因其丰富的生物活性成分，为绿色、可持续的纳米材料合成提供了理想的工具。本研究正是从这一灵感出发，探索了一种生物启发的解决方案。

研究人员利用生活中常见的废弃物——石榴（Punica granatumL.）的果皮，作为合成Ag₂Se纳米颗粒的绿色“工厂”。石榴皮富含多酚和类黄酮，它们扮演了双重角色：既是将前体物质还原成纳米颗粒的“还原剂”，也是防止纳米颗粒聚集、保持其稳定分散的“稳定剂”。这项研究的核心目标，不仅是验证这种绿色合成路线的可行性，更要全面评估所制备纳米颗粒的抗菌、抗氧化等关键生物活性，为未来在伤口敷料、医疗设备涂层等领域的应用打下坚实基础。相关研究成果发表在《Scientific Reports》期刊上。

为开展研究，作者主要应用了以下关键技术方法：首先，利用石榴皮提取物通过生物还原法绿色合成了Ag₂Se纳米颗粒。随后，通过紫外-可见光谱（UV-Vis spectroscopy）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）和场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）对纳米颗粒的合成成功、化学键/官能团、晶体结构和形貌进行了表征。通过动态光散射（DLS）和zeta电位分析评估了其水合粒径和胶体稳定性。抗菌活性通过针对革兰氏阳性菌（金黄色葡萄球菌Staphylococcus aureus、表皮葡萄球菌Staphylococcus epidermidis）与革兰氏阴性菌（大肠杆菌Escherichia coli、鲍曼不动杆菌Acinetobacter baumannii）的微量肉汤稀释法测定最低抑菌浓度（MIC）并进行验证，同时通过细胞质泄漏和SEM观察分析其抗菌机制。此外，还通过DPPH自由基清除实验和过氧化氢（H₂O₂）清除实验评估抗氧化活性，并通过溶血实验评价血液相容性。

结果

表征分析确认成功合成稳定纳米颗粒

一系列表征技术证实了Ag₂Se纳米颗粒的成功合成。XRD分析确定了其晶体结构，平均晶粒尺寸为11.52 nm。FE-SEM图像揭示了其形态特征。DLS分析显示水合动力学粒径为282.1 nm，zeta电位值表明合成的纳米颗粒在溶液中性质稳定。FTIR光谱则揭示了石榴皮提取物中多酚和类黄酮等生物分子在纳米颗粒形成和稳定过程中所起的关键作用。

对多重病原菌展现强效抗菌活性

抗菌实验结果表明，绿色合成的Ag₂Se纳米颗粒对测试的病原菌具有显著的抑制效果。其对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的最低抑菌浓度（MIC）均为100 μg/mL，而对表皮葡萄球菌和鲍曼不动杆菌的MIC为250 μg/mL。在500 μg/mL浓度下，对几乎所有测试菌株的抑制率达到约95%至100%。进一步的机理研究表明，Ag₂Se纳米颗粒的抗菌作用与破坏细菌细胞膜完整性有关，通过细胞质泄漏实验和SEM观察均证实了纳米颗粒处理导致细菌细胞膜受损、内容物外流。

表现出显著的抗氧化活性和良好的血液相容性

除了抗菌特性，Ag₂Se纳米颗粒还展现了清除自由基的抗氧化能力。在DPPH自由基清除实验中，其半数抑制浓度（IC₅₀）为142.6 μg/mL；在H₂O₂清除实验中，IC₅₀为158.3 μg/mL。溶血实验评估了纳米颗粒的血液相容性，这是生物材料应用安全性的关键指标。在25 μg/mL浓度下，纳米颗粒引起的溶血率低于5%，表明在该浓度下对红细胞破坏很小，具有良好的血液相容性。

结论与讨论

本研究成功地开发了一种利用石榴皮提取物绿色合成Ag₂Se二元硫族化物纳米颗粒的方法。该方法避免了有毒化学物质的使用，符合环境友好型纳米技术的发展趋势。综合生物活性评价揭示，所合成的纳米颗粒不仅对包括金黄色葡萄球菌、大肠杆菌在内的多种革兰氏阳性和阴性病原菌具有强效的抗菌活性，能够通过破坏细胞膜发挥杀菌作用，同时还具备清除DPPH自由基和H₂O₂的抗氧化能力。此外，在较低浓度下表现出良好的血液相容性。

这些发现突显了绿色合成Ag₂Se纳米颗粒作为一种“双重功能”纳米材料的巨大潜力，它集抗菌与抗氧化特性于一身。这种多功能性使其在生物医学领域具有广阔的应用前景，例如，可用于开发促进伤口愈合的敷料（同时抗感染和缓解氧化应激），作为医疗器械的抗菌涂层，或作为靶向药物递送系统的载体。该研究不仅为对抗抗生素耐药性提供了新的纳米材料候选，也为利用农业废弃物（如石榴皮）进行高附加值纳米材料合成提供了范例，实现了“变废为宝”，推动了可持续纳米技术的发展。这项工作表明，从自然界汲取灵感，结合绿色化学原则，是开发下一代安全有效生物医学材料的可行且充满希望的道路。