《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Nitrogen fertilizer Synthesis from air by the Integration of Nonthermal Plasma and Mn-doped TiO
2 Catalysts
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植物水提物合成Ag-ZnO納米復合材料具有環保優勢，通過UV-Vis和XRD證實其組成與結構，抗菌抗氧化活性優于單一納米顆粒，Ag20-ZnO80對多種細菌抑制率達91%，且具有環境修復潛力。
迪維安舒·辛格（Divyanshu Singh）|庫爾迪普·維爾瑪（Kuldeep Verma）|坦努·考希克（Tannu Kaushik）|薩米爾·庫馬爾·巴赫拉（Sameer Kumar Bahera）|拉賈特·普拉塔普·辛格（Rajat Pratap Singh）|桑托什·庫馬爾·普拉賈帕蒂（Santosh Kumar Prajapati）|巴拉特·拉爾·薩胡（Bharat Lal Sahu）|阿希什·辛格（Ashish Singh）|阿希什·庫馬爾·辛格（Ashish Kumar Singh）
古魯加希達斯大學（Guru Ghasidas Vishwavidyalaya）生物技術系，比拉斯普爾 495009
摘要
利用植物提取物制備納米顆粒是一種環保、簡單且成本效益高的方法。Zingiber capitatum是一種高度瀕危的植物物種，可以在溫和條件下將Ag?和Zn2?離子轉化為穩定的Ag/ZnO納米結構。通過使用Zingiber capitatum的水提取物，成功合成了具有可調成分（Agx-(ZnO)100-x，其中x = 0, 20, 40, 60, 80和100）的雙金屬Ag-ZnO納米顆粒，該提取物同時充當生物還原劑和包覆劑。紫外-可見光譜（UV-Vis spectroscopy）顯示了Ag和ZnO的特征峰（Ag為445 nm，ZnO為290 nm），X射線衍射（XRD）確認了Ag100納米顆粒中存在Ag、Ag2O、AgCl相，而(ZnO)100納米顆粒中存在ZnO和Zn(OH)2相；在Ag-ZnO納米復合材料中，這些相以不同的比例存在。掃描電子顯微鏡（Scanning Electron Microscopy）顯示，Ag-ZnO納米復合材料的形態不規則，粒徑范圍為200–300 nm。進一步地，XPS分析證實了Ag20-(ZnO)80中的Ag?、Zn2+和O2-氧化態占主導地位。Ag-ZnO納米復合材料的抗菌、抗氧化和抗炎活性優于Ag100和(ZnO)100納米顆粒，表明Ag和ZnO之間存在協同作用。Ag20-ZnO80組合對革蘭氏陽性細菌Bacillus subtilis（MTCC441）、Staphylococcus aureus（MTCC96）以及革蘭氏陰性細菌Escherichia coli（MTCC739）、Pseudomonas aeruginosa（MTCC741）和Klebsiella pneumoniae具有廣譜抗菌活性。DPPH實驗表明其抗氧化能力優于單一金屬納米顆粒，而蛋清變性實驗顯示其具有89%的抗炎抑制效果。值得注意的是，Ag20-ZnO80在4小時內即可吸附91%的亞甲藍，證實了其在環境修復方面的特定作用。
引言
近年來，納米材料因其在化學、生物學、物理學、醫學、材料科學、農業和環境修復等領域的廣泛應用而受到廣泛關注[1]、[2]、[3]。納米材料可分為單一金屬納米材料（含有一種金屬，如Ag或Au）、雙/三金屬納米材料（以合金、核殼結構或異質結構的形式存在），或納米復合材料（由兩種或更多不同相組成，如金屬-金屬氧化物或金屬-聚合物系統）。像Ag-ZnO這樣的納米復合材料，其中Ag納米顆粒分布在ZnO表面，由于其增強的化學和熱穩定性、較低的細胞毒性、多模式作用機制以及整體更高的生物相容性，因此在生物醫學應用中具有很大潛力[4]、[5]。
銀和氧化鋅是最常研究的納米材料之一，因為它們具有廣泛的生物活性，如抗菌、抗氧化和抗炎作用。銀納米顆粒因其強大的抗菌性能而在醫療涂層、設備和傷口敷料中得到廣泛應用[6]、[7]。另一方面，氧化鋅納米顆粒以其生物相容性、低毒性、強光催化活性、紫外線防護和抗菌性能而受到重視。這種多功能性使氧化鋅納米顆粒不僅在醫療領域有用，而且在環境和防護技術中也具有應用價值[8]。Ag-ZnO納米復合材料結合了銀和氧化鋅的優點，其性能超過了單一納米顆粒[1]、[2]、[9]。重要的是，Ag-ZnO納米復合材料通過誘導抗菌肽表現出對多種病原菌的有效性，使其成為對抗抗菌素耐藥性的有力候選材料[10]。此外，這些材料還能清除自由基，可能減輕生物系統中的氧化應激[11]、[12]、[13]、[14]。
合成方法對于確定納米顆粒在醫療和環境應用中的適用性和安全性也起著關鍵作用。傳統的物理和化學合成方法通常成本較高，使用有害試劑，且生物相容性較低，而基于生物原理的“綠色合成”方法則提供了一種環保且可持續的替代方案[15]、[16]、[17]。在生物方法中，植物介導的合成方法越來越受歡迎，因為它更安全、更快捷、更簡單。此外，植物提取物中豐富的植物化學物質可以作為還原劑和包覆劑[18]、[19]、[20]。在姜科（Zingiberaceae）植物中，Zingiber capitatum Roxb.因其豐富的生物活性化合物（如萜類、黃酮類和精油）而受到重視[21]。Zingiber capitatum Roxb.原產于印度多個地區，傳統上用于治療皮膚疾病，并具有已記錄的抗菌和抗氧化特性。Z. capitatum的根莖精油顯示出強大的自由基清除能力和對細胞氧化損傷的保護作用，突顯了其在納米顆粒合成中的潛力[22]、[23]、[24]、[25]、[26]。鑒于其瀕危狀態和藥用價值，Z. capitatum不僅為納米顆粒合成提供了植物化學物質，還符合保護和可持續發展的目標。然而，據我們所知，目前尚無關于利用Zingiber capitatum根莖進行納米顆粒合成的報道，盡管其精油已被用于生物應用。此外，通常作為生物廢棄物處理的葉子也可以用于推進可持續綠色納米技術的發展。
在這項研究中，我們報道了使用Z. capitatum的水提取物生態友好地合成不同組成的Ag、ZnO和Ag-ZnO納米復合材料。這種方法利用了植物的藥用植物化學物質，制備出了具有顯著抗菌、抗氧化和光催化特性的納米顆粒。一系列分析技術，包括傅里葉變換紅外光譜（FTIR）、紫外-可見光譜（UV–visible spectroscopy）、粉末X射線衍射（PXRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）和X射線光電子能譜（XPS），證實了納米顆粒的成功制備。生物實驗表明其對革蘭氏陽性和革蘭氏陰性細菌均具有顯著的抗菌活性，光催化測試顯示了對有機染料的有效降解，支持其在環境修復中的潛在應用。總體而言，這種綠色合成策略不僅為先進納米材料的發展提供了可持續的途徑，也為其在醫療和環境保護中的應用開辟了新途徑。
植物樣本采集
6月中旬，我們從恰蒂斯加爾邦比拉斯普爾（Chhattisgarh）的古魯加希達斯大學（Guru Ghasidas Vishwavidyalaya）校園采集了新鮮的Zingiber capitatum幼葉（緯度：22.126376，經度：82.137489）（圖1）。為了去除污垢，首先用流動自來水沖洗葉片兩次，然后用蒸餾水最后一次清洗[26]。清洗后，將葉片切成小塊，用于后續的植物化學提取。
葉提取物的制備
Z. capitatum的水提取物
葉提取物的植物化學篩選
使用標準協議[30]對Z. capitatum提取物進行了植物化學分析。Z. capitatum的植物化學分析結果總結在表1中。根據植物化學研究，Z. capitatum的葉片含有生物堿、黃酮類、酚類、單寧和甾體，這與早期關于Z. Capitatum根莖提取物的研究結果一致[33]、[34]。這些植物化學物質對于將Ag+離子還原為Ag納米顆粒至關重要。
結論
本研究成功開發了一種高效且可持續的方法，利用Z. Capitatum葉片的水提取物制備Ag-ZnO納米顆粒。根據SEM研究，純Ag100納米顆粒的粒徑范圍為28–65 nm，而Ag-ZnO納米復合材料的粒徑范圍為200–300 nm。Z.20-(ZnO)80的TEM研究證實了Ag納米顆粒在ZnO表面的分散。FTIR分析鑒定出的生物堿、黃酮類、酚類、單寧和甾體等植物化學物質參與了這一過程。
未引用的參考文獻
[35]; [36]; [43]; [44]; [45]; [46]; [47]; [48]; [49]; [50]; [51]
CRediT作者貢獻聲明
阿希什·辛格（Ashish Singh）：撰寫 – 審稿與編輯、數據分析。
阿希什·庫馬爾·辛格（Ashish Kumar Singh）：撰寫 – 審稿與編輯、監督、概念構思。
迪維安舒·辛格（Divyanshu Singh）：撰寫 – 初稿撰寫、數據分析、概念構思。
庫爾迪普·維爾瑪（Kuldeep Verma）：撰寫 – 初稿撰寫、數據分析、概念構思。
坦努·考希克（Tannu Kaushik）：撰寫 – 初稿撰寫、數據分析、概念構思。
薩米爾·庫馬爾·巴赫拉（Sameer Kumar Bahera）：撰寫 – 初稿撰寫、數據分析。
利益沖突聲明
作者聲明他們沒有已知的財務利益或個人關系可能影響本文的研究結果。
致謝
作者感謝新德里科技發展部（DST New Delhi）的資助。DS和KV分別感謝新德里大學教育委員會（UGC New Delhi）提供的獎學金。作者感謝化學系主任和生物技術系主任提供的基本基礎設施和光譜設備。作者感謝比拉尼理工學院（BITS Pilani, Goa）提供的XRD和SEM（SEM-EDS）分析支持，拉巴雷利（RGIPT, Raebareli）提供的XPS分析，以及班加羅爾JNCASR提供的TEM分析支持。
支持信息
支持信息文件包含了所有相關物質的FTIR光譜數據
