《Next Materials》：Emerging insights into nanocomposite membranes for sustainable wastewater treatment technologies
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绿色纳米医学为开发生物相容性治疗体系、降低化学负荷提供了可行路径。本研究报道了以异叶乌头（Aconitum heterophyllum）根提取物同时作为还原剂与稳定剂，绿色合成银纳米颗粒（AgNPs）的方法。AH-AgNPs的形成经457 nm特征表面等离子体
绿色纳米医学为开发生物相容性治疗体系、降低化学负荷提供了可行路径。本研究报道了以异叶乌头（Aconitum heterophyllum）根提取物同时作为还原剂与稳定剂，绿色合成银纳米颗粒（AgNPs）的方法。AH-AgNPs的形成经457 nm特征表面等离子体共振峰证实。研究人员通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）、场发射扫描电子显微镜（FESEM）、动态光散射（DLS）及zeta电位分析对其进行全面理化表征，结果表明该颗粒存在植物化学成分封端，呈面心立方晶体结构，平均晶粒尺寸为16.09 nm，形貌为球形，平均粒径为33.92 ± 0.3 nm，流体力学直径为51.7 nm，表面电荷为–15.0 mV，显示中等胶体稳定性。研究人员在多种疾病相关体外模型中验证了AH-AgNPs的生物活性：该纳米颗粒表现出强抗氧化活性，1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH）自由基清除率达78.59 ± 0.67%，半数抑制浓度（IC50）为130.99 μg/mL；通过α-淀粉酶抑制发挥显著抗糖尿病潜力，抑制率达75.96 ± 0.53%，IC50为166.03 μg/mL；且在酵母、L6成肌细胞及RIN5F胰腺细胞中均持续增强葡萄糖摄取，提升了其在代谢调控方面的转化相关性。此外，细胞毒性研究显示其具有剂量依赖性抗癌活性，对HepG2与PANC1细胞的敏感性高于非癌模型。综上，本研究提出了一种兼具抗氧化、抗糖尿病与抗癌功能的绿色合成纳米颗粒，并通过理化验证与多细胞生物学评价予以支持。研究结果表明，药用植物根来源银纳米颗粒具有前景良好的初步体外活性，可作为未来纳米治疗药物开发的生态友好候选材料。
1. 引言
近年来，纳米技术在医学与健康领域的地位日益凸显，纳米医学不仅深刻影响医疗模式，更为多学科交叉创新提供了广阔空间。纳米颗粒凭借更高的体内溶解度，可提升药物疗效并降低毒性，通过靶向葡萄糖代谢关键信号通路，改善细胞存活、降低氧化应激、促进葡萄糖摄取并调节胰岛素分泌。银、铜、钒、铬等金属已被证实有助于维持葡萄糖稳态，可通过促进葡萄糖摄取、抑制磷酸酶、激活胰岛素受体信号、增加糖原与脂质合成及抑制糖异生发挥抗糖尿病作用。银纳米颗粒因高导电性与化学稳定性，在抗癌、抗糖尿病、抗菌、抗真菌及抗炎等领域展现出应用潜力。传统化学合成法使用的有害试剂推动了绿色合成策略的发展，植物提取物介导的金属纳米颗粒合成因可行性高、成本低、环境友好，成为融合绿色化学与纳米合成的重要方向。相较于微生物介导法，植物不同部位（果实、叶片、树皮、根、种子）无需复杂培养过程，更具人体治疗安全性与经济性。植物次生代谢产物（生物碱、酚类、黄酮类、萜类）可同时完成金属离子还原与纳米颗粒稳定，无需额外试剂。将次生代谢产物与纳米材料结合的新策略，可重新定义植物化学成分对癌细胞的生物活性，成为传统疗法的重要补充。当前抗糖尿病化合物筛选面临动物实验周期长、流程复杂、成本高的问题，体外糖尿病与癌细胞模型的快速发展为低成本、客观评估实验效应提供了可能。糖尿病是由血糖调节异常导致的一类代谢性疾病，据世界卫生组织估计全球患病人数已达3.47亿，预计2030年将成为全球第二大死因。2型糖尿病的核心病理机制是胰岛素抵抗，即机体细胞对胰岛素刺激的反应减弱，涉及胰岛素信号系统紊乱，阻碍胰岛素刺激的葡萄糖摄取。现有常规药物治疗多为长期反复给药，患者依从性差且常伴随显著副作用，大量患者仍无法实现充分血糖控制，亟需新治疗策略、健康教育与医疗服务优化。2型糖尿病与肝癌、胰腺癌、子宫内膜癌、结肠癌等多种癌症密切相关，其中胰腺癌预后极差，五年生存率不足5%，长期2型糖尿病患者发病风险升高1.5–2.0倍，胰岛素抵抗、高血糖、高胰岛素血症及炎症被认为是重要驱动因素，传统化疗药物对其疗效有限。胰腺癌细胞在乏氧、营养匮乏条件下具有极强的耐受能力，其“ austerity ”生存现象已成为抗癌药物研发的重要靶点。肝脏细胞癌与糖尿病的关联同样被证实，高血糖可通过直接与间接途径促进癌细胞增殖、迁移、侵袭及免疫逃逸。抗氧化系统在维持自由基平衡中发挥关键作用，富含抗氧化剂的纳米颗粒可清除活性氧，提供保护效益，生物合成的银纳米颗粒已被证实具有较强抗氧化潜力。异叶乌头（Aconitum heterophyllum）为毛茛科多年生草本植物，分布于喜马拉雅温带地区，在传统医学中用于糖尿病、癌症、喉部感染、消化不良等疾病的治疗，其多样的生物碱与二萜类化合物被认为具有潜在抗糖尿病活性，但以其根为原料合成银纳米颗粒的研究仍较有限，独特植物化学成分可能对纳米颗粒性质与生物活性产生重要影响。基于此，本研究采用异叶乌头根水提物生物合成银纳米颗粒，旨在建立绿色合成方法，通过理化表征与细胞模型系统评估其细胞毒性、抗氧化及抗糖尿病特性，为可持续医疗目标提供新型生物活性纳米材料。
2. 材料与方法
所有化学试剂购自印度孟买Himedia实验室。异叶乌头根经印度AYUSH部e-Charak门户授权经销商采购，经清洗、阴凉干燥、研磨成粉后，取5 g粉末于100 mL蒸馏水中60 ℃加热15 min，经Whatman 1号滤纸过滤，滤液4 ℃保存备用。银纳米颗粒合成采用1 mM硝酸银溶液与10 mL根提取液混合孵育，反应液由淡黄色变为棕色表明合成发生，经10,000 rpm离心收集颗粒，蒸馏水洗涤4次后烘干保存。研究人员通过紫外-可见光谱（300–700 nm）、FTIR（4000–500 cm-1）、XRD（2θ 20°–90°）、FESEM-能谱（EDX）、DLS与zeta电位对颗粒进行全面表征。抗氧化活性采用DPPH自由基清除法测定，α-淀粉酶抑制活性采用二硝基水杨酸（DNS）法测定，酵母葡萄糖摄取实验以酿酒酵母为模型，哺乳动物细胞实验选用L6大鼠骨骼肌成肌细胞、RIN5F大鼠胰腺β细胞、HepG2人肝癌细胞及PANC1人胰腺癌细胞，采用MTT法检测细胞活力，葡萄糖摄取实验采用葡萄糖氧化酶-过氧化物酶（GOD-POD）法测定。所有实验设三次重复，数据采用GraphPad Prism 10.1.0软件进行单因素与双因素方差分析，p < 0.05为差异有统计学意义。
3. 结果
3.1 银纳米颗粒的合成与表征
紫外-可见光谱显示反应液在457 nm处出现特征表面等离子体共振峰，证实银离子被还原为银纳米颗粒，峰形较宽提示颗粒具有较高多分散性（PDI = 0.63）。FTIR光谱显示3450.10、3381.88、2920.01、1988.03、1631.98、1513.44、1382.02、1002.65、683.03、525.73 cm-1等多处特征峰，分别对应伯胺N-H伸缩、脂肪族伯胺N-H伸缩、烷烃C-H伸缩、丙二烯C=C=C伸缩、烯烃C=C伸缩、硝基化合物N-O伸缩、醛类C-H弯曲、醇/醚/糖苷键C-O伸缩、烯烃C=C弯曲及银-氧（Ag-O）振动，表明植物化学成分作为还原剂、封端剂与稳定剂参与合成。XRD图谱在2θ为33.49°、38.16°、44.36°、64.46°、77.44°处出现衍射峰，对应面心立方结构的（111）、（111）、（200）、（220）、（311）晶面，经Debye-Scherrer公式计算平均晶粒尺寸为16.09 nm。FESEM图像显示颗粒呈球形，平均粒径为33.92 ± 0.3 nm；EDX光谱在3 keV处出现银元素特征峰，并伴随碳、氧信号，证实颗粒由银组成且表面存在植物化学成分包覆。DLS测得流体力学直径为51.7 nm，zeta电位为–15.0 mV，表明颗粒带中等负电荷，具有中等胶体稳定性。
3.2 生物活性评价
DPPH实验显示，AH-AgNPs在50–250 μg/mL浓度范围内自由基清除率从32.04 ± 0.83%升至78.59 ± 0.67%，IC50为130.99 μg/mL，低于阳性对照维生素C（81.28 μg/mL）。α-淀粉酶抑制实验显示，250 μg/mL浓度下抑制率达75.96 ± 0.53%，IC50为166.03 μg/mL，低于二甲双胍（38.69 μg/mL）。酵母葡萄糖摄取实验中，250 μg/mL浓度下葡萄糖摄取率为71.52 ± 0.75%，IC50为175.84 μg/mL，低于甲硝唑（64.04 μg/mL）。MTT细胞活力实验显示，AH-AgNPs对L6、RIN5F、HepG2、PANC1细胞的IC50分别为73.55、69.65、64.67、55.51 μg/mL，对癌细胞的毒性显著高于正常细胞，且具有剂量依赖性。L6与RIN5F细胞葡萄糖摄取实验显示，在12.5–50 μg/mL安全浓度范围内，葡萄糖摄取率最高分别达50.91 ± 1.22%与48.39 ± 0.57%，虽低于胰岛素（1 μg/mL）的80.93 ± 1.17%与82.96 ± 0.20%，但仍显示出显著的胰岛素模拟效应。
4. 讨论
本研究建立的异叶乌头根介导绿色合成法无需有毒试剂，具有环境友好、成本效益高、操作简便的优势。紫外-可见光谱、FTIR、XRD、FESEM、EDX、DLS与zeta电位的整合分析结果相互印证，证实成功合成了结晶度高、形貌均一、分散性良好的球形银纳米颗粒。不同表征手段所得尺寸差异源于测量原理不同：XRD反映晶粒尺寸，FESEM包含表面植物化学成分层厚度，DLS则计入溶剂化层。抗氧化、α-淀粉酶抑制与葡萄糖摄取实验共同表明AH-AgNPs具有多重抗糖尿病作用机制：减少碳水化合物分解、促进细胞葡萄糖利用、清除过量活性氧。细胞毒性结果显示其对癌细胞的选择性高于正常细胞，可能与癌细胞代谢率高、纳米颗粒摄取能力强及抗氧化防御较弱有关，潜在机制包括产生活性氧、破坏细胞膜、诱导线粒体功能障碍与凋亡。葡萄糖摄取增强效应可能与纳米颗粒表面生物活性成分激活胰岛素信号通路、促进葡萄糖转运蛋白转位相关。研究未设置化学合成银纳米颗粒、硝酸银溶液及单独植物提取物对照组，因此所观察到的效应为植物化学成分与纳米颗粒的联合作用，未来需进一步解析各组分贡献。
5. 结论
本研究成功以异叶乌头根提取物为生物还原剂与稳定剂绿色合成了银纳米颗粒，经系统表征证实其为中等稳定的面心立方晶体结构球形颗粒。AH-AgNPs在体外表现出显著抗氧化活性、α-淀粉酶抑制能力与葡萄糖摄取促进作用，并对癌细胞显示出更高细胞毒性，具备抗糖尿病与抗癌应用的潜在价值。研究结果为植物根介导纳米颗粒作为生物功能纳米材料用于生物医学领域提供了实验依据，后续需开展分子机制解析、体内毒性与药代动力学研究，以明确其治疗安全性与有效性。
