Зеленый синтез золотых и серебряных наночастиц с сапонинами платикодина из корня платикодона

Аннотация

Это исследование демонстрирует полностью зеленый синтез золотых (AuNPs) и серебряных наночастиц (AgNPs) с использованием фракции, обогащенной платикодином D (PD), полученной из лечебной травы корень платикодона (Platycodon grandiflorum). PD-обогащенный экстракт действует как естественный восстановитель и стабилизатор, позволяя одностаканную форму сферических AuNPs (средний диаметр 14,94 ± 2,14 нм) и AgNPs (средний диаметр 18,40 ± 3,20 нм) без каких-либо токсичных химикатов. UV-вис спектроскопия выявила характерные полосы поверхностного плазмонного резонанса (SPR) на 536 нм (AuNPs) и 427 нм (AgNPs). Высокоразрешающая ТЭМ, АСМ и РФА подтвердили кубические гранецентрированные кристаллические структуры и преимущественно сферические морфологии. ФТИР-анализ выделил участие –OH, ароматических C=C, C–O и C–H групп в процессе восстановления. Важно, что PD-AuNPs катализировали восстановление 4-нитрофенола в 4-аминофенол с константой скорости 3,4 × 10⁻³ с⁻¹, подчеркивая их потенциал как экологичных нанокатализаторов. Эта зеленая стратегия демонстрирует универсальность растительных сапонинов в производстве многофункциональных наноматериалов.

Введение

С растущими экологическими опасениями зеленая химия стала ключевой во всех исследовательских областях. Натуральные продукты, особенно растительные экстракты, все чаще используются для замены опасных восстановителей в синтезе металлических наночастиц (МНЧ). Такие подходы снижают химические отходы, повышают биосовместимость и масштабируемы для промышленных применений. Золотые и серебряные наночастицы привлекли внимание для катализа, доставки лекарств, сенсорики и антимикробного использования благодаря их уникальным оптическим и поверхностным свойствам. Традиционные методы восстановления часто полагаются на токсичные агенты, такие как борагидрид натрия; в противовес, растительные сапонины предоставляют устойчивую альтернативу.

Корень платикодона, традиционное китайское лекарство, содержит тритерпеновые сапонины с разными фармакологическими активностями (противовоспалительные, антиоксидантные, противораковые и т.д.). Среди них платикодин D (PD) — основной маркерный компонент. Через ферментативное превращение платикозида E и платикодина D₃ была изолейрована PD-обогащенная фракция, дающая естественный восстановитель для синтеза AuNP и AgNP.

Материалы и приборы

PD-обогащенная фракция приготовлена как сообщалось ранее. Металлические соли (HAuCl₄·3H₂O, AgNO₃) и реактивы (NaBH₄, 4-NP) приобретены в Sigma-Aldrich. UV-вис спектры записывались на Shimadzu UV-2600. HR-TEM (JEM-3010, 300 кВ) на углерод-покрытых медных сетках; АСМ (Bruker Dimension Icon, таппинг) на слюде; XRD (Bruker D8 Discover, Cu Kα, 20°–90° 2θ); ФТИР (Nicolet 6700, таблетка KBr). Образцы сублимировались (FD5505) перед анализом.

Зеленый синтез PD-AuNPs и PD-AgNPs

Для AuNPs: 0,05% PD-обогащенная фракция + 0,2 мМ HAuCl₄·3H₂O, 1 мл, 5 мин при комнатной температуре. Для AgNPs: 0,01% PD-обогащенная фракция + 0,8 мМ AgNO₃, 1 мл, 3 ч при 80 °C с последующими 21 ч при комнатной температуре. UV-вис спектры (300–700 нм) подтвердили полное восстановление.

Улучшение АСМ-изображений через кривизно-зависимую эволюцию

Мы применили основной кривизненный поток (κ₂) к сырым данным высоты АСМ, улучшая деление границ и обеспечивая точные измерения размеров. Улучшенные изображения генерировались за 500 эволюционных шагов с Δt = 10⁻⁷.

Каталитическая активность PD-AuNPs

PD-AuNPs (0,04 мМ) катализировали восстановление 4-NP (0,113 мМ) в 4-AP в присутствии избытка NaBH₄ (4,13 мМ). Реакция завершалась за 720 с с псевдо-первого порядка константой скорости 3,4 × 10⁻³ с⁻¹, как подтверждалось UV-вис мониторингом затухания абсорбции на 400 нм и появлением пика на 300 нм.

Результаты и обсуждение

Колориметрическое подтверждение образования наночастиц

PD-AuNPs показывали винно-фиолетовый оттенок с SPR на 536 нм; PD-AgNPs казались желтыми с SPR на 427 нм, подтверждая успешное восстановление.

Высокоразрешающая ТЭМ

AuNPs: сферические, 14,94 ± 2,14 нм; наблюдались незначительные треугольные/полигональные формы. AgNPs: сферические, 18,40 ± 3,20 нм. Гауссовы распределения размеров центрированы около ~15 нм (Au) и ~18 нм (Ag). PD-обогащенная фракция действовала как каппирующий агент, предотвращая агрегацию.

АСМ-анализ

И AuNPs, и AgNPs выглядели сферически в 2D изображениях высоты и 3D амплитудных ошибках. Сечения измеряли высоты 10,44–10,47 нм (Au) и 7,46–10,35 нм (Ag). Кривизно-зависимое улучшение дало диаметры 19,14 нм (Au) и 29,93 нм (Ag), немного больше из-за эффектов подложки.

Кристалличность (HR-XRD)

Подтверждены гранецентрированные кубические структуры. AuNPs: (111) на 38,2°, (200) на 44,4°. AgNPs: (111) 38,2°, (200) 44,4°, (220) 65,2°, (311) 78,0°. Шерреровский анализ оценил размеры 11,05 нм (Au) и 12,54 нм (Ag).

Функциональные группы (ФТИР)

Сдвиги в –OH (3421→3426 см⁻¹), ароматических C=C (1654→1633 см⁻¹), C–O/C–H (1035→1043/1058 см⁻¹) указывают на активное участие этих групп в восстановлении.

Каталитическая производительность

PD-AuNPs достигли константы скорости 3,4 × 10⁻³ с⁻¹ для восстановления 4-NP, сравнимой или превосходящей многие растительные AuNP-катализаторы. Будущая работа изучит эффекты очистки и синергетические биологические активности in vitro/in vivo.

Заключение

PD-обогащенный корень платикодона обеспечивает эффективный, экологичный путь к сферическим AuNPs и AgNPs с гранецентрированными кубическими структурами. –OH, ароматические, C–O и C–H группы выступают естественными восстановителями и стабилизаторами. PD-AuNPs показывают перспективную каталитическую активность для восстановления 4-NP, иллюстрируя потенциал растительных сапонинов в многофункциональных наноматериалах. Дальнейшие исследования оценят комбинированные терапевтические эффекты этих наночастиц в биомедицинских контекстах.