使用刺槐 DC 的银纳米粒子的绿色合成和表征。提取物和对产生生物膜的细菌的活性

科学报告|(2022) 12:8383| https://doi.org/10.1038/s41598-022-12484-y1 打开绿色合成使用刺槐 DC 对银纳米粒子进行表征和表征。提取物和对产生生物膜的细菌的活性Alok Kumar Giri1、Biswajit Jena1、Bhagyashree Biswal1、Arun Kumar Pradhan1、Manoranjan Arakha1、Saumyaprava Acharya2 和 Laxmikanta Acharya1银纳米粒子 (AgNPs) 的绿色合成及其应用吸引了许多研究人员，因为 AgNPs 可有效用于靶向特定组织和病原微生物。本研究的目的是从完全展开的刺桐叶中合成和表征银纳米颗粒，并测试它们在抑制生物膜产生方面的有效性。在这项研究中，在 0.1 mM 浓度的硝酸银 (AgNO3) 下，通过监测溶液从黄色到棕色的颜色变化来合成和验证稳定的 AgNPs，这通过光密度的分光光度法检测得到证实。通过 X 射线衍射 (XRD) 图案检测到这些 AgNPs 的结晶性质。通过高分辨率透射电子显微镜 (HR-TEM) 对 AgNPs 进行表征，以研究纳米粒子 (NPs) 的形态和尺寸。通过使用合成的 AgNPs 对抗生物膜产生，通过刚果红琼脂 (CRA) 平板测定进行了一种新的生物学方法。 AgNPs 有效地抑制生物膜的形成和产生生物膜的细菌菌落。这可能是对抗许多动态病原体的一项重大成就。缩写AgNPs银纳米粒子 NPs 纳米粒子 AgNO3硝酸银XRDX射线衍射TEM 透射电子显微镜 SAED 选定区域 电子衍射 FWHM 半高全宽联邦通信委员会面心立方税务局刚果红琼脂EPS胞外多糖单位克，毫升，米在桃金娘科中发现的大多数植物都具有重要的药用价值。在这些植物中发现的次生代谢物可用于治疗不同的疾病。在不同属中， Eugenia 是该科中的一个重要分类单元，具有具有药学重要性的活性成分。 Eugenia 物种生产具有高维生素和矿物质含量的美味可食用水果。 Eugenia roxburghii DC.是桃金娘科下的一种这样的野生食用水果生产植物。由于其果实的美味，它也被称为罗克斯堡的樱桃。这种植物主要分布在印度和斯里兰卡的沿海和热带地区。该物种含有各种次生代谢物，具有抗癌和抗菌活性1.虽然有1 分子生物学和基因工程实验室，生物技术中心，药物科学学院，Siksha ‘O’ Anusandhan（被认为是大学），Kalinga Nagar，布巴内斯瓦尔，印度奥里萨邦 751003。 2ITER 纳米技术系，Siksha ‘O’ Anusandhan（被认为是大学）Jagmohan Nagar，布巴内斯瓦尔，奥里萨邦 751030，印度。电子邮件：laxmikantaacharya@soa.ac.in 科学报告|(2022) 12:8383 |https://doi.org/10.1038/s41598-022-12484-y2没有对该物种的药用进行系统研究，据当地人透露，该植物用于治疗与糖尿病、关节炎、高血压等相关的疾病8.当以粗提物的形式提供活性成分时，其生物利用度会大大降低，但当粗提物以改性形式（如纳米材料）提供时，这可以提高10.纳米粒子（NP）是具有高表面积的微观粒子。近年来，纳米粒子的合成因其在催化、光学、电子学等领域的广泛应用而备受关注11, 抗菌和抗微生物活性14.金属纳米粒子的物理和化学性质与其相应的块状形式显着不同，可用作抗微生物剂17.植物和植物部分可用于还原金属以制备相应的金属纳米颗粒18.在不同的金属纳米粒子中，银纳米粒子（AgNPs）在医学和生物技术领域有着巨大的应用20. AgNPs 的合成可以通过化学和物理方式实现。另一方面，物理化学方法包括诸如高运行成本、使用有毒化学品和增加能量限制等缺点。物理操作是复杂的程序，无法在纳米级范围内调节粒度。最大的缺点是它们会产生不规则大小的颗粒并且制造成本很高21.化学合成的 NPs 不具有成本效益并且对高能量需求的环境造成危害22.这是使用较便宜的来源的生物方法被用作AgNPs前体的时候。纳米粒子的绿色合成获得了很大的吸引力，因为它使用无毒的植物化学物质，避免了化学合成中可能使用的危险成分23.绿色合成方法使用来自不同植物部分、微生物细胞和生物聚合物的提取物，因此被归为此类。所产生的纳米粒子具有生物相容性，并具有与其产生目的相符的功效水平24.金属纳米粒子可以使用各种植物及其提取物进行生物合成，这些植物很容易大量获得。这些植物及其提取物可安全处理、毒性较低且环保。从 Eugenia jambolana 的叶子提取物中进行银纳米颗粒的合成，并对其植物化学筛选进行评估25.早些时候，有关于从蒲公英中形成 AgNP 及其生物学应用的报道26, 石竹27.从 Eugenia uniflora 的叶子提取物中进行银纳米颗粒的形成，并评估它们的抗菌和抗糖尿病潜力28.生物膜是一种非常细的细胞外聚合物原纤维，可帮助细菌粘附在表面29.细菌群落在粘附于基质或基质后分泌细胞外聚合物，导致表型和遗传变化随生长速率变化30.形成生物膜的细菌对多种压力条件具有很强的抵抗力，包括一些抗生素、高盐浓度、酸性条件和许多氧化剂，这导致它们的致病性增加31.在大多数情况下都可以看到生物膜的形成医疗设备、导管和其他植入物32.银纳米颗粒的形成已经从不同的植物提取物中得到报道，例如印楝 (Neem)、芦荟、余甘子 (Amla)、樟脑19.然而，没有关于银纳米粒子的合成及其任何生物应用的信息。因此，在本研究中，尝试从叶子提取物中合成银纳米颗粒及其对微生物的活性。在我们之前的研究中，我们发现叶子提取物在抑制微生物生长方面非常有效37.为了增强叶子提取物的抗菌活性，我们尝试从提取物中制备 AgNPs 以发挥纳米颗粒的作用，我们用它来抑制金黄色葡萄球菌生物膜的生长。正如已经看到的那样，纳米材料在对抗微生物方面比普通粗提物更好，我们目前的研究将有助于评估 Eugenia AgNPs 的抗菌作用。结果通过紫外-可见分光光度计进行表征。紫外-可见分光光度分析用于银纳米粒子合成的初步研究。在植物提取物和 AgNPs 的混合物中观察到颜色变化。混合物的颜色逐渐从绿色变为黄棕色，证实了刺梨 AgNPs 的产生。研究溶液的吸光度一周。从光谱分析中观察到，AgNPs 峰在 417 nm 处获得，峰最高（图 1），此后几天稳定，因为吸收没有增加。XRD表征。通过 X 射线衍射 (XRD) 检查了使用刺梨叶提取物合成的银纳米颗粒的结晶度（图 2）。纳米粒子的尺寸基于德拜-谢乐方程计算：（D = kλ/βcosθ）。上式中：D代表粒径大小，K：常数，值为0.9，λ：X射线源波长（0.1541 nm），β和θ代表FWHM（半高宽），衍射角分别关于（111）晶格平面。发现平均晶体尺寸约为 35 nm。合成的 AgNPs 的晶格参数分别确定为 a = 0.4086 nm、b = 0.4086 nm、c = 0.4086 nm。计算的晶格值为 0.4086 nm，与银的正常晶格参数 0.4073 nm 几乎相同38.HR-TEM 表征。通过高分辨率透射电子显微镜 (TEM) 对所得胶体颗粒进行表征以确定它们的形状和尺寸。为了制备 TEM 网格，使用了碳涂层铜网格。将一滴颗粒溶液置于网格上并在室温下干燥。获得了不同的 TEM 显微图像，包括合成的 AgNPs 的 SAED 图案和 HR-TEM 图像，如图 3a-d 所示。估计的平均粒径约为 24 nm，而粒径范围约为 19-39 nm。 科学报告|(2022) 12:8383 |https://doi.org/10.1038/s41598-022-12484-y3图1。从刺梨叶提取物中合成的 AgNPs 的紫外-可见吸收光谱。图 2。从刺梨叶提取物合成的 AgNPs 的 XRD 图谱。Zeta sizer 表征。纳米粒子的表面电位是纳米粒子分散的介质与分散纳米粒子的可接近表面之间的电位差，可以使用 zeta sizer 进行分析。图 4 展示了生物合成的 AgNPs 的 zeta 电位，发现为 - 37.8 mV。这表明由刺梨叶提取物合成的AgNPs是高度稳定的。抗菌活性分析。通过使用圆盘扩散法和 MIC 法进行抗菌活性测定。据观察，在所有采集的细菌中，刺梨的 AgNPs 提取物对金黄色葡萄球菌表现出最大的有效性（图 5a）。因此，选择金黄色葡萄球菌继续进行 MIC 实验，MIC 测试表明，在 120 μg/ml 浓度下吸光度持续增加，而在 240 μg/ml 提取物浓度下，吸光度持续下降在吸光度。然而，在其他浓度的提取物中没有观察到这种吸光度变化（图 5b）。检查对生物膜的影响。在这项研究中，观察到细菌在对照板（没有 AgNPs 的 CRA 板）中改变了它们的颜色，而在 AgNPs 处理的 CRA 板中细菌的颜色没有变化（图 6）。这证实了 AgNPs 直接抑制细菌的生物膜产生。讨论多种物种中氮同化的必需酶是硝酸还原酶 (NR)39, 在植物细胞的细胞质中催化硝酸盐转化为亚硝酸盐40.涉及 NADPH 依赖性还原酶的酶途径被证明负责银离子的生物还原。暴露于硝酸盐的银离子 科学报告|(2022) 12:8383 |https://doi.org/10.1038/s41598-022-12484-y4图 3。(一个）合成的AgNPs的TEM显微照片，（b) 不同大小的 AgNPs 的 TEM 图像, (C) AgNPs 的 SAED 图像，(d) AgNPs 的 HR-TEM 图像。图 4。合成的 AgNPs 的 Zeta 电位。还原酶导致形成非常稳定的银纳米粒子，并且发现 NADPH 是硝酸还原酶的辅助因子41.从先前的研究中，发现来自 Syzygium Jambola 的合成 AgNPs 的吸收光谱为 460 nm，TEM 分析发现其粒径范围为 6 至 23 nm42, 类似地，在蒲桃中，合成纳米粒子的紫外光谱在 ~ 450 nm 处观察到，XRD 分析的粒径为 3.5 nm43 以及在 Eugenia uniflora 中，在 440 nm 处观察到合成纳米颗粒的紫外光谱，其粒径范围为 25 至 50 nm44.在这项研究中，在提取物和硝酸银溶液混合后，随着时间的推移观察到提取物的颜色变化，这可能是由于银离子的减少导致 AgNPs 的表面等离子共振 (SPR) 激发45.为了证实这一点，进行了紫外光谱分析，并在 417 nm 处观察到一个峰，这表明纳米颗粒形成的稳定范围。从银纳米粒子的XRD图谱可知，结构为面心立方结构46.从 XRD 图（JCPDS No. 89-3722）清楚地了解符合具有 FCC 晶体结构的金属银的 (111)、(200)、(220) 和 (311) 平面的四个布拉格反射47.因此，在本研究中，平均 科学报告|(2022) 12:8383 |https://doi.org/10.1038/s41598-022-12484-y5图 5。(一个) 圆盘扩散法对不同菌株的抗菌活性测试，(b) 金黄色葡萄球菌的最小抑制浓度测试。图 6。AgNPs 对刚果红琼脂平板上金黄色葡萄球菌生物膜产生的影响。 *对照 = 没有 AgNPs，处理 = 有 AgNPs。结晶纳米颗粒尺寸经测量为约35nm。在 2θ 几乎等于 28 处获得的额外峰可能是由于银纳米粒子表面上的生物有机相结晶48.从合成的 AgNPs 的 HR-TEM 分析结果图像中，观察到在某些地方存在少量聚集的 AgNPs（图 3a），这可能表明进一步沉淀。观察到大多数球形颗粒的大小变化（图3b）。测量的平均粒径约为 24 nm，总粒径范围为 19 至 39 nm。将电子束垂直于其中一个球体引导以获得SAED（选择区域电子衍射）图案，并且通过从其中一个纳米颗粒记录的该图案（图3c）确认合成的AgNO 3 的结晶度。从 HR-TEM（高分辨率透