[論文レビュー] Green synthesis of silver nanoparticles using Curcuma longa flower extract and antibacterial activity

Kamal Kishor Rajak, Pavan M. Pahilani+4 more|arXiv (Cornell University)|Apr 10, 2023

Nanoparticles: synthesis and applications被引用数 7

ひとこと要約

本研究では、カレークマ・ロングァ（Curcuma longa）の花抽出液を還元剤およびキャッピング剤として用いて、銀ナノ粒子（GAgNP）のグリーン合成を実証した。UV-Vis、XRD、HR-TEMで特徴づけられた5 nmの球状ナノ粒子は、マイコバクテリウム・スメグマティスに対して最大26 mmの抑制ゾーンを示し、試験した病原体において最小濃度阻害値（MIC）は39.06〜625 µg/mLの範囲であった。

ABSTRACT

Silver nanoparticles (AgNP's) possess inherent biological potentials that have obliged an alternative, eco-friendly, sustainable approach to "Green Synthesis." In the present study, we synthesized Green Silver Nanoparticles (GAgNP's) using Curcuma longa L. (C. longa) flower extract as a reducing and capping agent. The synthesized GAgNP's were characterized using UV-Visible spectroscopy, X-ray diffraction (XRD), and High-resolution transmission electron microscopy (HR-TEM), which confirmed their homogeneity and physical characteristics. The GAgNP's were found to contain crystalline silver through XRD, and the particles were confirmed to be homogeneous and spherical with a size of approximately 5 nm, as evidenced by UV-Visible spectroscopy, XRD, and HR-TEM. In addition, the biological potential of GAgNP's was evaluated for their antibacterial activities. GAgNP's showed significant activity and formed different sizes of inhibition zones against all selected bacteria: Mycobacterium smegmatis (M. smegmatis) (26 mm), Mycobacterium phlei (M. phlei), and Staphylococcus aureus (S. aureus) (22 mm), Staphylococcus epidermidis (S. epidermidis) and Klebsiella pneumoniae (K. pneumoniae) (18 mm), and Escherichia coli (E. coli) (13 mm). The MIC value of GAgNP's was found to be between 625 ug/mL-39.06 ug/mL for different microbes tested. With further research, the green synthesis of GAgNP's using C. longa flower extracts could lead to the development of effective antibacterial treatments in the medical field.

研究の動機と目的

• 自然植物抽出物を用いた環境に配慮した持続可能な銀ナノ粒子の合成法の開発。
• カレークマ・ロングァの花抽出液をナノ粒子形成における二重還元・キャッピング剤としての利用。
• 合成されたグリーン銀ナノ粒子（GAgNP）の物理化学的特性の特徴づけ。
• 臨床的関連性のある細菌株のパネルに対するGAgNPの抗菌効果の評価。
• 治療的潜在能力を評価するため、さまざまな細菌に対しての最小濃度阻害値（MIC）の決定。

提案手法

• 水抽出およびろ過を経てカレークマ・ロングァの花抽出液を調製。
• 銀ナイトレート（AgNO3）溶液と花抽出液を制御された条件下で混合し、還元反応を開始。
• 表面プラズモン共鳴（SPR）ピークが約420 nmに現れるため、UV-Vis分光法を用いて銀ナノ粒子の生成をモニタリング。
• X線回折（XRD）を用いて銀ナノ粒子の結晶性および面心立方（FCC）構造の確認。
• 高分解能透過電子顕微鏡（HR-TEM）を用いて粒子径、形状、均一性の測定。
• アガールウェルディッフ法を用いた抗菌試験により、抑制ゾーン径の測定およびMIC値の決定。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 カレークマ・ロングァの花抽出液は、グリーン合成プロセスにおいてAg+イオンを効果的に還元し、安定な銀ナノ粒子を形成できるか？
• RQ2 合成された銀ナノ粒子の物理化学的特性（粒子径、形状、結晶性）は何か？
• RQ3 グリーン合成銀ナノ粒子のグラム陽性菌、グラム陰性菌、および酸菌に対する抗菌活性は何か？
• RQ4 異なる細菌株に対するナノ粒子の最小濃度阻害値（MIC）は何か？
• RQ5 ナノ粒子の粒子径および形態と抗菌効果との相関関係は何か？

主な発見

• カレークマ・ロングァの花抽出液を用いたグリーン合成により、安定で球状かつ均一なナノ粒子が得られ、平均粒子径は約5 nmであった。
• UV-Vis分光法により、約420 nmに明確な表面プラズモン共鳴ピークが観察され、銀ナノ粒子の生成が確認された。
• XRD解析により、ナノ粒子の結晶性が確認され、面心立方（FCC）構造および2θ = 38.1°、44.1°、64.4°の特徴ピークが観察された。
• HR-TEM像により、ナノ粒子の球状形状および均一な粒子径分布が裏付けられ、5 nmを中心とした狭い粒子径範囲が確認された。
• GAgNPは強力な抗菌活性を示し、マイコバクテリウム・スメグマティスに対して最大26 mmの抑制ゾーンを示した。
• 試験した細菌株においてMIC値は39.06 µg/mL〜625 µg/mLの範囲であり、特にマイコバクテリウム・スメグマティスおよびスタフィロコッカス・アウレウスに対して高い活性を示した。