A. 斯瓦纳·拉塔（A. Swarna Latha）|P. 阿鲁纳（P. Aruna）|T. 查兰德塞卡（T. Chandrasekhar）|V. 阿努·普拉萨纳（V. Anu Prasanna）|K. 里亚祖尼斯（K. Riazunnisa）
印度安得拉邦卡达帕（Kadapa）的约吉·维玛纳大学（Yogi Vemana University）生物技术和生物信息学系，邮编516005
摘要
本研究描述了利用Piper cubeba （PC）的果实提取物进行CuONPs（氧化铜纳米颗粒）合成的一种经济高效且环保的方法。对合成的PC-CuONPs进行UV–Vis分析后，发现其在310纳米处具有特征性的吸收峰，证实了纳米颗粒的形成。XRD分析显示CuONPs具有晶体结构，而SEM图像显示颗粒主要为球形，表面存在一定程度的不规则性和聚集现象。EDAX分析确认了铜元素的存在，FTIR分析表明植物化学物质参与了纳米颗粒的稳定过程。DLS分析显示颗粒的流体动力学尺寸约为382纳米，这反映了在水介质中的聚集情况，并突出了水合状态与干燥状态下的颗粒尺寸差异。通过抗菌、抗氧化、抗炎和催化实验评估了PC-CuONPs的功能性能。在100微克/毫升的浓度下，其对Bacillus subtilis 、Staphylococcus aureus 和Salmonella typhimurium 的抗菌活性优于Escherichia coli 和Proteus vulgaris>。S. typhimurium 的最低抑菌浓度（MIC）和最低杀菌浓度（MBC）分别为100微克/毫升和115微克/毫升。抗氧化活性在磷酸钼检测中表现出49%的抑制效果，在125微克/毫升浓度下可清除70%的过氧化氢。抗炎活性通过卵白蛋白变性实验评估，最大抑制率为64%。这些纳米颗粒还表现出在120分钟内有效降解亚甲蓝染料的能力。总体而言，本研究突显了P. cubeba 中的植物化学物质在绿色合成功能性CuONPs中的作用，并展示了其在催化和初步生物活性应用中的潜力。
引言
纳米颗粒因其物理化学性质与块体材料截然不同而一直受到科学界的关注，这些性质使得在宏观尺度上无法实现的功能成为可能[47]。这些独特性质不仅源于颗粒尺寸的减小，还源于颗粒尺寸分布、形态、表面化学性质和电子结构之间的复杂相互作用，所有这些因素共同决定了颗粒的反应性和性能。然而，尽管纳米颗粒具有巨大潜力，但传统的合成方法通常涉及多步骤过程、高成本以及使用有害化学物质，从而引发环境和生物学问题[1]。
为了解决这些问题，绿色合成方法（尤其是植物介导的方法）已成为可持续的替代方案。植物提取物为纳米颗粒合成提供了一个简单、环保且经济高效的平台，同时还能提供表面稳定性和增强的胶体稳定性（Ocsoy等人，2018年）。糖类、萜类化合物、多酚、生物碱、酚酸和蛋白质等植物化学物质在金属离子还原过程中充当天然还原剂和封端剂，起着核心作用[64]。与微生物合成方法相比，基于植物的方法操作更为直接，所需处理时间更短，并避免了微生物培养带来的经济和技术挑战[25]。此外，植物系统通过细胞外和细胞内途径展现出大规模生产纳米颗粒的强大潜力，使其适用于大规模应用[12]。
在金属和金属氧化物纳米颗粒中，银（Ag）、金（Au）、氧化锌（ZnO）、氧化铁（Fe₃O₄）和铜（Cu）纳米颗粒因其可调性质和广泛的应用领域而受到广泛研究（Luque-Jacobo等人，2023年；[38]）。虽然银纳米颗粒以其强抗菌活性而闻名，但其高昂的成本和潜在的细胞毒性限制了其广泛应用[55]。金纳米颗粒具有优异的生物相容性，被广泛应用于生物传感和药物递送，但其经济可行性仍是一个挑战[38]。氧化锌和氧化铁纳米颗粒分别具有光催化和磁性能，适用于环境和生物医学应用（Luque-Jacobo等人，2023年）。相比之下，铜纳米颗粒因其低成本、高电导率和热导率以及广谱抗菌活性而成为一种有吸引力的选择[23]。此外，铜还具有氧化还原循环行为，使其能够参与与治疗和催化应用相关的氧化应激机制[55]。尽管铜纳米颗粒容易发生表面氧化，但通过绿色合成方法可以有效缓解这一问题，其中植物化学物质可以稳定纳米颗粒并提高其生物相容性[63]。因此，本研究选择铜作为实现功能、成本效益和环境可持续性最佳平衡的材料。
许多植物种类已被成功用作纳米颗粒合成的绿色前体，包括香菜、苜蓿、天竺葵、燕麦、苦橄榄、黑胡椒、醋栗和芦荟，这凸显了植物介导方法的多功能性（Gardea-Torresdey等人，2003年；[66]、[11]、[7]、[60]、[5]、[28]、[34]）。其中，属于Piper 属（胡椒科）的植物尤其具有前景，该属包含700多种分布于热带和亚热带地区的物种，其丰富的植物化学成分使其具有独特优势[73]。Piper cubeba 属植物以其高抗氧化含量而闻名，这对化学预防和稳定过程至关重要[17]。
Piper cubeba （PC），俗称古贝胡椒，具有悠久的传统使用历史，其独特的植物化学成分使其成为纳米颗粒合成的理想选择。其果实富含生物碱、苯丙素类、萜类和木脂素，其中胡椒碱（piperine）、古贝素（cubebin）和希诺金（hinokinin）是最丰富的化合物[32]、[75]。这些分子含有多种羟基、羰基和芳香族官能团，能够促进金属离子的还原和纳米颗粒表面的稳定。与更常研究的Piper 属物种相比，P. cubeba 中的木脂素含量使其具有独特的植物化学环境，可以影响纳米颗粒的成核、生长行为和表面功能。本研究首次将Piper cubeba 的果实提取物作为绿色合成CuO纳米颗粒的生物源前体进行系统研究和生物评价，这与通常以胡椒碱及相关生物碱为主的Piper 属物种（如P. nigrum 和P. retrofractum ）有所不同。P. cubeba 中的木脂素和萜类化合物能够独特地影响纳米颗粒的成核、生长和表面功能化。据我们所知，此前尚未有使用P. cubeba 果实提取物系统合成CuO纳米颗粒并对其进行生物评价的报道，因此本研究在机制和应用层面都具有创新性。
实验步骤
果实采集
PC果实从印度安得拉邦卡达帕的当地市场采集。先用饮用水清洗果实以去除杂质和多余颗粒，然后用蒸馏水冲洗，之后晾干2-3天。
Piper cubeba 果实提取物的制备将风干的PC果实用搅拌机研磨成细粉。将10克P. cubeba 粉末与200毫升双蒸馏水混合，在60℃的热板上不断搅拌30分钟。随后...
UV-可见光谱分析
在将Piper cubeba 果实提取物转化为CuONPs的过程中，溶液的颜色从棕色变为绿色（见图1和图2），不同时间点（0、15、30和60分钟）的吸收峰位于200-370纳米范围内（见图2）。Kiranmayee等人[34]使用Piper nigrum 果实提取物进行的研究也得到了类似的结果。样品中出现了310纳米处的发射峰，这是PC-CuONPs的特征。
结论
本研究展示了一种利用Piper cubeba 的水溶性果实提取物作为生物还原剂和稳定剂来合成氧化铜纳米颗粒（CuONPs）的绿色可持续方法。该合成方法对环境友好、经济高效，且避免了有害化学物质的使用，符合绿色化学的原则。光谱和结构表征（UV–Vis、SEM和XRD）证实了结晶CuONPs的成功形成。
作者利益声明
作者声明与文章中讨论的材料无关的任何财务组织均无利益冲突。
资助
本项工作未接受任何外部资助。
CRediT作者贡献声明
A. 斯瓦纳·拉塔（A. Swarna Latha）： 撰写——初稿，方法学设计。
P. 阿鲁纳（P. Aruna）： 撰写——初稿，方法学设计。
T. 查兰德塞卡（T. Chandrasekhar）： 撰写——审稿与编辑，数据分析。
V. 阿努·普拉萨纳（V. Anu Prasanna）： 撰写——审稿与编辑，数据分析。
K. 里亚祖尼斯（K. Riazunnisa）： 撰写——审稿与编辑，数据分析，概念构思。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。
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