[论文解读] 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 7

一句话总结

本研究展示了利用姜黄花提取物作为还原剂和封端剂，绿色合成银纳米颗粒（GAgNP）的方法。通过紫外-可见光谱、X射线衍射（XRD）和高分辨透射电镜（HR-TEM）表征，所得平均粒径约为5 nm的球形纳米颗粒表现出强烈的抗菌活性，对分枝杆菌（Mycobacterium smegmatis）的抑菌圈直径最大可达26 mm，最小抑菌浓度（MIC）值在所测试病原体中为39.06至625 µg/mL。

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.

研究动机与目标

• 开发一种环保、可持续的天然植物提取物合成银纳米颗粒的方法。
• 利用姜黄花提取物作为纳米颗粒形成过程中的双重还原与封端剂。
• 表征所合成的绿色银纳米颗粒（GAgNP）的物理化学性质。
• 评估GAgNP对一系列临床相关细菌株的抗菌效果。
• 测定GAgNP对不同细菌的最小抑菌浓度（MIC），以评估其治疗潜力。

提出的方法

• 通过水提法和过滤制备姜黄花提取物。
• 在受控条件下将花提取物与硝酸银（AgNO3）溶液混合，以引发还原反应。
• 利用紫外-可见光谱监测表面等离子体共振（SPR）吸收峰在约420 nm处的变化，以追踪银纳米颗粒的形成。
• 采用X射线衍射（XRD）确认银纳米颗粒的结晶性及其面心立方（FCC）结构。
• 采用高分辨透射电镜（HR-TEM）测定颗粒尺寸、形貌及分散均匀性。
• 采用琼脂打孔扩散法进行抗菌实验，测量抑菌圈直径并确定最小抑菌浓度（MIC）值。

实验结果

研究问题

• RQ1 姜黄花提取物能否在绿色合成过程中有效将Ag+离子还原为稳定的银纳米颗粒？
• RQ2 所合成银纳米颗粒的物理化学特性（尺寸、形貌、结晶性）如何？
• RQ3 绿色合成的银纳米颗粒对革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌及酸敏感菌的抗菌活性如何？
• RQ4 这些纳米颗粒对不同细菌株的最小抑菌浓度（MIC）是多少？
• RQ5 纳米颗粒的尺寸与形貌与其抗菌活性之间是否存在相关性？

主要发现

• 利用姜黄花提取物绿色合成的银纳米颗粒具有稳定性、球形结构和良好的分散性，平均粒径约为5 nm。
• 紫外-可见光谱证实了银纳米颗粒的形成，其表面等离子体共振吸收峰位于约420 nm处。
• XRD分析证实了纳米颗粒的结晶性，其面心立方（FCC）结构在2θ = 38.1°、44.1°和64.4°处出现特征衍射峰。
• HR-TEM图像验证了纳米颗粒的球形形貌及均匀的尺寸分布，粒径范围集中于5 nm左右。
• GAgNP表现出强烈的抗菌活性，对分枝杆菌（Mycobacterium smegmatis）的抑菌圈最大，达26 mm。
• 所测细菌株的MIC值在39.06 µg/mL至625 µg/mL之间，表明其具有强效抗菌活性，尤其对分枝杆菌（Mycobacterium smegmatis）和金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）效果显著。