从布氏隐叶酵母叶提取物合成的银纳米粒子的生物功效和光催化活性

文件类型:原始研究文章

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1 潘斯库拉·巴纳马利学院生物技术系–Panskura R.S.,Purba Medinipur,西孟加拉邦,PIN- 721152,印度

2 Vidyasagar大学微生物系,西孟加拉邦梅迪尼布尔,PIN-721102,印度

抽象

该研究的目的是通过绿色合成方法从医学上重要的植物隐叶隐花的叶提取物中合成银纳米颗粒。合成的纳米粒子的平均尺寸为17.05±5.27 nm,本质上为晶体,表面呈立方倾斜结构,表面带正电荷。纳米颗粒具有生物活性。它杀死了>25%时有90%的HeLa细胞μg mL-1浓度的体外细胞毒性试验,LD50值为3.98μ克mL-1。纳米粒子对MCF-7和HEK-293细胞系的疗效较差,几乎70%的MCF-7群体在25的最高浓度下存活μ克mL-1。在HEK-293的情况下,以9.45的浓度杀死了几乎78%的细胞μg mL-1 LD50值。合成的纳米粒子在10时溶解了少于2.5%的红细胞μ体外浓度为g mL-1。纳米粒子降解>90%的亚甲基蓝染料在8.5小时的光照下。合成的纳米粒子的这些特性是独特的,使其在未来的潜在应用中很有前途。

关键词


介绍

布氏隐孢子虫,是夹竹桃科的一种重要医学植物。 布坎尼 通常居住在炎热的落叶林中,分布在整个印度[1]。该植物传统上被用作食欲不振,发烧,皮肤病,治愈骨折,腹泻和咳嗽的药物。它被认为是抗发炎,抗菌,血液净化剂,可用于儿童病[2-5]。植物 C.buchani充满了各种植物化学物质,例如烟酰葡萄糖苷[6],布坎宁[7],猪尿囊蛋白原,异猪皂苷原苷,[8],隐隐菌素[9],隐隐菌素[10]。

先前的研究探索了一些有趣的特性 C.buchani 植物。茎的乙醇提取物具有抗炎作用[11],根提取物具有免疫增强作用[5],植物提取物具有镇痛,抗炎和软骨保护作用[12],抗氧化和保肝活性[13],杀虫活性[14] ],抗皮肤真菌活性[15]。

丰富植物化学物质 布坎尼 植物提取物因其替代用途而受到关注。最近的研究表明, 布坎尼 抗菌和催化性能[16]。植物材料被广泛用于绿色合成纳米颗粒[17-22],因为有机化合物可作为封端剂和还原剂。纳米粒子的绿色合成价格便宜,对环境友好,并且比传统的物理或化学过程更可取[23]。纳米粒子的尺寸非常小,因此具有较大的表面积与体积之比,使其比散装材料更具活性。由于与散装材料相比,纳米颗粒具有增强的理化特性和生物活性,因此可以有效地用于许多领域,例如医学,工程,催化和环境修复[24,25]。在这项研究中,从 布坎尼 叶提取物,表征,并评估其生物学和光催化活性。

材料和方法

用料

植物材料(叶 布氏隐孢子虫)是从 阿姆拉恰蒂,印度西孟加拉邦Pashchim Medinipur(22˚22΄36˝ N,87˚02’36”E)在夏季的季节。该工厂是由“异地 药用植物保护区” (阿姆拉恰蒂,印度西孟加拉邦)。凭证标本(植物标本代码:PBC / 15-16 / Phd-109)已保存在Panskura Banamali学院的植物学系中。

银纳米粒子的合成

通过较早描述的绿色合成方法[26]修改了植物叶中的纳米颗粒。用流水彻底清洗植物材料15分钟,然后用蒸馏水彻底清洗5分钟,然后在空气中干燥。将10克切碎的干叶与100毫升去离子水匀浆并在80℃煮沸°C在水浴中1小时以制备叶提取物。提取物经0.6过滤μ米滤纸。一毫米AgNO并以1:9 v / v的比例混合叶片水提取物,并在90°C下孵育1小时。反应过程中颜色从浅棕色变为深棕色,证实了银纳米颗粒(AgNP)的合成[27]。反应后,通过离心从胶体悬浮液中分离出合成的AgNP,并如前所述洗涤。 [27,28]。最后,将沉淀物干燥以获得AgNP。

与其他方法不同,此方法既不需要任何有害化学物质(例如肼,硼氢化钠等),也不需要保持任何物理和化学参数(例如温度,压力或pH)。通过这种方法,将植物提取物中存在的植物化学物质和其他有机化合物还原为银+ 离子,并充当稳定剂。相反,在化学合成过程中使用的剧毒化学物质可能会被吸收在纳米颗粒的表面上,这可能对健康和环境有毒。这些优点使得单步绿色合成工艺便宜,毒性小,危害小且环保。

银纳米颗粒的表征

使用UV-Vis分光光度计(Eppendorf BioSpectrometer),以1 nm [27,29]的分辨率记录了300 nm至800 nm的UV-Vis光谱。通过透射电子显微镜(TEM)研究了合成的AgNPs的形状,粒径和形状[23]。在这项研究中,使用了JEM-1200EX电子显微镜(JEOL,日本东京),并在120 kV的加速电压下运行。通过Image J v 1.53a软件分析粒度。分别通过动态光散射(DLS)和Zeta电位研究了合成的AgNPs在胶体悬浮液中的粒径分布和电位稳定性[30,31]。珀金埃尔默光谱仪FTIR光谱2记录了傅立叶变换红外光谱[31](FTIR)光谱,范围为4000至400 cm-1 分辨率为1厘米-1。 X射线衍射(XRD)分析是通过X进行的’电压为40 kV的pert-pro X射线衍射仪。 2中30 mA的电流θ角度模式。 Cu K,辐射用于记录20范围内的光谱° to 100° [31-32].

细胞毒性研究

HeLa,MCF7和HEK-293细胞系获自国家细胞科学中心(印度浦那),并按照说明进行维护。合成的AgNPs的细胞毒性通过之前所述的3-(4,5-二甲基噻唑-2-基)-2,5-二苯基溴化四氮唑(MTT)分析进行评估[27]。

AO / PI染色

将HeLa细胞接种到六孔动物细胞培养板上,并孵育过夜。第二天,在血清饥饿4小时后,用不同浓度的AgNPs处理细胞,并孵育24小时。孵育后,将细胞用磷酸盐缓冲液(PBS)洗涤,然后用with啶橙(AO)/碘化丙啶(PI)(1:1,20µM)[33]。在黑暗中孵育30分钟后,在显微镜下观察细胞,拍摄照片,并通过ImageJ v 1.53a软件进行分析。

溶血活性

如下评估银纳米颗粒的溶血活性[34]。用不同浓度的AgNPs处理pH值为7.2的PBS中2%的人类红细胞(RBC),并在37 ℃ 持续24小时。 TritonX 100(5%)用作阳性对照,PBS用作溶剂对照。温育后,将反应混合物离心以从上清液中分离未裂解的细胞,并测量在490nm下针对空白的PBS的吸光度。

RBC裂解百分比=(A- A0)/(一种1-一种 0) ✕ 100

其中A是测试样品的吸光度,A 0 是溶剂对照的吸光度,A1 是阳性对照的吸光度。

光催化活性

如前所述[35],使用亚甲基蓝(MB)评估了合成纳米颗粒的光催化活性。简要地,10µg mL-1 制备了MB的溶液。 AgNPs(200µg mL-1向溶液中加入),并在不断搅拌下于光下继续反应。使用UV-Vis分光光度计(Eppendorf BioSpectrometer)定期扫描溶液。染料的浓度与紫外可见分光光度计中的吸光度成正比[36]。如前所述[35]计算染料降解的百分数和反应动力学。

统计分析

如上所述,本研究的所有实验均以三重态/或更多次进行,且实验数据表示为平均值±标准偏差(SD)。方差<5% (i.e. P<0.05)被认为是阳性结果。

结果与讨论

布坎尼 叶子富含植物化学物质。在纳米粒子的制备过程中,这些化合物充当封端剂和还原剂[26]。金属纳米粒子中存在的自由电子产生表面等离振子共振(SPR)吸收带[29]。银纳米颗粒在420-440 nm处显示出一条清晰的带[37]。图1(A)显示了在432 nm处的一条带,证实了溶液中存在银纳米颗粒。

TEM结果证实合成的银纳米颗粒为圆形,约为17.05±尺寸为5.27 nm(图2(A))。超过90%的颗粒分布在10-25 nm的尺寸之间。结果类似于DLS结果(图4(A))。纳米粒子的尺寸很小,使其具有化学活性[38-40]。

植物提取物中存在的官能团充当还原剂,用于还原Ag+离子。在此FTIR光谱中,在3417、1635、1393 cm处观察到主要峰-1[图。 3(A)]。宽峰出现在3417 cm-1 表示为O-H键拉伸或H键。高峰在1635厘米-1被指定为胺的N-H弯曲,峰在1393 cm-1表明存在酚基。 1300 cm以下的其他次要峰-1 可能是由于植物提取物中存在各种有机基团所致[41]。

X射线粉末衍射(XRD)分析证实了合成AgNP的晶体性质。在2处有明显的衍射峰θ值38.02、44.54、64.46和77.52可以索引到银的面心立方结构的(111),(200),(220)和(311)反射平面(图3(B))。小峰可能是由生物提取物中存在的杂质引起的。早期的报道也证明了在银纳米颗粒的合成过程中存在相同类型的峰[42-43]。图2中显示的10个尖峰 θ= 27。85、32.3、46.3、54.9、57.47、67.56和77.52可以索引到立方AgCl-NP的111、200、220、311、222、400和420平面(ICDD文件编号00-001-1013)。 38.2、44.54和64.46处的峰对应于111、200、220的平面,它们代表少量的立方Ag(ICDD文件号00-087-0718)(图2B)。该数据还表明AgNP的合成是Ag还原的结果。+ 植物提取物中有机化合物的存在。

乳剂的短期和长期稳定性与ζ电势的值有关。具有高负/正电动势的乳液具有电稳定性,而具有低电动势的乳液易于凝结或絮凝[44]。合成的AgNP的zeta值高达65±5 mV,并且在乳液中高度稳定(图4(B))。总之,合成的纳米颗粒为圆形,平均尺寸为17.05±5.27 nm,本质上为晶体,具有正表面电荷。

合成纳米颗粒的生物活性

来自HeLa,MCF-7和HEK-293细胞系的细胞用不同浓度(0-25μg mL-1)体外合成的纳米粒子。结果表明,纳米粒子对HeLa细胞的毒性更大。最高浓度(25μg mL-1),超过70%的MCF-7种群存活下来,这表明纳米颗粒对MCF-7的毒性极低(图5(A)),因此未考虑进一步研究。在HeLa细胞的情况下,纳米粒子在1,2.5、5、10和25处杀死了26.6%,32.8、52.0、82.5和91.0%的人口μg mL-1 浓度分别(图5(A))。 LD50 在我们的研究中发现价值3.98μg mL-1 用于HeLa细胞。相反,纳米颗粒在1、2.5、5、10和25处杀死了0、17.5、35.7、44.7、77.9%的HEK-293种群,这是一种非癌细胞系。μg mL-1 浓度分别为9.45(图5(A))μg mL-1 of LD50 value. The LD50 该值几乎是HeLa中LD50值的三倍,使其具有独特的潜在用途。纳米粒子在10小时24小时内溶解的人红细胞不到2.5%μg mL-1 (图5.(B)),在相同条件下,只有约18%的HeLa细胞存活。

由于纳米颗粒对HeLa细胞具有更好的毒性,因此通过碘化丙啶(PI)和AO双重染色方法进一步研究了核形态。用1、5和25处理HeLa细胞μg mL-1 AgNPs染色24小时,并用with啶橙(AO)和碘化丙啶(PI)核染色染料染色。 AO是绿色荧光染料,对活细胞和死细胞膜均可渗透。 PI产生红色荧光,可穿透死亡的细胞,并死亡的凋亡和坏死细胞膜。未经处理的细胞具有完整的形态和高度组织化的绿色荧光核(图6),因为PI不能渗透活细胞膜。 AgNPs浓度增加的细胞在细胞核形态学变化中表现出形态学上的变化,这与橙色到红色发荧光的细胞凋亡有关。在较低浓度的纳米颗粒中,较少的细胞发出橙色荧光,表明早期凋亡。在最高浓度下,几乎所有的核都发出红色荧光,这表明晚期细胞凋亡(图6)[45,46]。与对照相比,在处理的细胞的情况下观察到细胞数目的减少,这与AgNP的浓度成正比,也证实了MTT测定结果。以上结果表明,合成的AgNP具有良好的应用前景,值得进一步研究。 进一步在癌症生物学领域的潜在应用。

光催化活性

在光的存在下,我们使用亚甲基蓝研究了AgNP的光催化活性。该溶液中染料的浓度等于该溶液在660 nm处的吸光度。结果表明,在存在光的情况下,染料和AgNP溶液的曝光时间增加,由于染料的降解,拾取率下降(图7(A))。 AgNP在暴露1小时后降解49%的染料,在3.5 h暴露中降解60%的染料。孵育8.5小时后,超过90%的染料被降解(图7(B))。与仅存在光的情况相比,纳米粒子的存在与光以及亚甲基蓝的加速降解速率相比(图2b)。 7(D))。 (图X(E))代表伪1ST 阶反应模型,由于相关系数值(R2 = 0.9029)。当对时间绘制t / qt时,观察到线性图。较高的相关系数值(R = 0.9759),该值接近于1,表示反应之后是伪2nd 有序动力学(图7(E))[35]。

结论

总之,这是首次尝试从中合成银纳米颗粒的研究。 布坎尼 植物材料,富含不同的植物化学物质。合成纳米粒子的小尺寸使其具有化学活性。纳米粒子表现出两种不同的特性,可以特异性杀死HeLa细胞 体外,可能是通过诱导细胞凋亡。在8.5小时的光照下,它还能降解90%以上的亚甲蓝。这两个特性使纳米颗粒有望用于未来的研究。

致谢

作者感谢DBT-BOOST(西孟加拉邦政府)和DST-FIST(印度政府)对仪器的支持。

利益冲突

作者宣称不存在竞争利益。

贡献

SP-实验部分,AP-溶血,AO / PI染色,KK-概念化,细胞毒性研究,IC-原稿制备,BP-概念化,NB-概念化,监督,最终原稿的制备。

 

 
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