Зеленый синтез золотых наночастиц экстрактом коры Mimosa tenuiflora: цитотоксичность, клеточное поглощение и каталитическое деградирование метиленового синего

Аннотация

Золотые наночастицы (AuNPs), произведенные растениями через зеленую химию, предлагают широкие биомедицинские перспективы. Здесь сообщаем об AuNPs, синтезированных из экстракта коры Mimosa tenuiflora (Mt) под контролем концентраций предшественника. Mt экстрагировали в этанол-воде, антиоксидантная активность квантифицировали DPPH и общими полифенолами. Полученные AuMt коллоиды демонстрировали разнообразные морфологии (20–200 нм) и охарактеризованы ТЭМ, XRD, UV-Vis, FTIR и XPS. AuMt проявили каталитическую активность в восстановлении метиленового синего (MB) NaBH₄, с наименьшими частицами (AuMt1) показывающими константу скорости деградации 8,24 × 10⁻³ с⁻¹ и 50 % удаления MB за 190 с. Цитотоксичность на человеческих эндотелиальных клетках пупочной вены (HUVEC) выявила умеренные эффекты при 24–48 ч без четкой дозо-зависимости. Конфокальная микроскопия показала цитоплазматическую локализацию AuMt1 и перинуклеарное накопление AuMt2, указывая на эффективную клеточную интернализацию без ядерного проникновения. Эти выводы позиционируют AuMt как перспективные наноносители и каталитические агенты в зеленой наномедицине.

Введение

Однопотовый, растение-опосредованный синтез металлических наноматериалов — эко-дружественная альтернатива обычным маршрутам, использующая био-редуцирующие и стабилизирующие агенты в растительных экстрактах. Кора Mimosa tenuiflora богата конденсированными танинами, флавоноидами, сапонинами, алкалоидами и крахмалом, все способные восстанавливать Au³⁺ к Au⁰ и стабилизировать наночастицы. Предыдущие работы использовали Mt экстракты для антибактериальных, антипротозоальных и кожно-регенеративных приложений, подчеркивая антиоксидантный потенциал и полифенольное содержимое. Поверхностный плазмонный резонанс (SPR) AuNPs чувствителен к размеру, форме и химической природе окружающих стабилизирующих молекул, влияя на оптические и каталитические свойства. Зеленые AuNPs применялись к экологической ремедиации, включая деградацию красителей, и как зонды для детектирования металлических ионов или тераностики. Настоящая работа оценивает AuNPs из Mt коры, изучая их физико-химические характеристики, цитотоксичность в HUVEC, клеточное поглощение и каталитическую эффективность в MB деградации.

Материалы и методы

Материалы и приготовление экстракта

15 г коры Mt мацерали в 70 мл этанола (99 %) и 30 мл ультрачистой воды (18 МОм) 15 дней при комнатной температуре. Фильтрат собрали, центрифугировали (14 000 об/мин, 1 ч) и лиофилизировали для антиоксидантных анализов. Концентрация Mt экстракта определена 32,5 мг/мл калибровочной кривой. Золотые предшественники 5,3 мМ (AuMt1) и 2,6 мМ (AuMt2) приготовили в ультрачистой воде. В каждом синтезе 1,6 мл Mt экстракта и золотой раствор смешали в 50-мл трубке, вибрационировали 3000 об/мин 10 с, и изменение цвета подтвердило AuNP формирование. Коллоиды очистили повторной центрифугацией (14 000 об/мин, 1 ч) и ресуспендировали в этаноле, затем ультразвуком и финальная сухая термическая стадия при 40 °C для получения AuMt нанокомпозитов.

Характеризационные техники

UV-Vis спектры (200–400 нм для экстракта; 250–875 нм для AuMt) на Perkin-Elmer Lambda 40. SPR кинетика мониторилась при 550–560 нм. DPPH (300 мкМ) и общие полифенолы (Фолин-Чокальте) квантифицировали антиоксидантную способность, как % ингибирования и эквиваленты галловой кислоты. Зета-потенциал и динамическое световое рассеяние (DLS) на Malvern Zetasizer. FTIR (4500–500 см⁻¹) и XPS (Au 4f, C 1s, O 1s) дали инсайты в поверхностную химию. ТЭМ (JEOL 2010F, 200 кэВ) и ВРТЭМ для морфологии и решеточных периодичностей; EDS подтвердил элементный состав. XRD (Bruker D8 QUEST, CuKα) идентифицировал кристаллические фазы. Клеточное поглощение визуализировали конфокальной лазерной сканирующей микроскопией (CLSM, Zeiss LSM 800) с 640 нм возбуждением. Цитотоксичность MTT тестом на HUVEC (DMEM + 10 % FBS, 37 °C, 5 % CO₂) при концентрациях 25–200 мкг/мл 24 и 48 ч. Live/Dead окраска (кальцеин/этидиум гомодимер) дополнила данные жизнеспособности.

Каталитическая деградация метиленового синего

MB (3,33 × 10⁻⁵ M) восстанавливали NaBH₄ (100 мМ) в присутствии 90 мкл AuMt (2 мг/мл). UV-Vis мониторинг при 660 нм дал проценты деградации (%D). Константа скорости K из линейного графика Лангмюра-Хиншелвуда ln(A/A₀) vs время.

Результаты и обсуждение

Синтез и антиоксидантная характеристика

Mt экстракт показал заметный UV-Vis пик при 280 нм, указывающий на полифенолы. DPPH ингибирование достигло 50 % при 12,5 мкг/мл, сопоставимо с витамином C и катечинами. Общее полифенольное содержимое 425 мг/г эквивалентов галловой кислоты, подтверждая восстановительную способность экстракта.

Морфология AuNP и распределение размеров

ТЭМ изображения выявили AuMt1 частицы среднего размера 40 нм с разнообразными формами, тогда как AuMt2 частицы в среднем 150 нм и более сферичны. DLS в воде дал гидродинамические диаметры 38 нм (AuMt1) и 150 нм (AuMt2), с отрицательным зета-потенциалом (≤ −30 мВ), благоприятствующим коллоидной стабильности. В s-DMEM обе системы сохраняли стабильность (ζ ≈ −25 мВ), но демонстрировали незначительный рост размеров из-за белкового короны (AuMt1: +34 нм; AuMt2: +43 нм).

Поверхностная химия

FTIR спектры показали характерные O–H растяжения (~3250 см⁻¹) и C=O/C–O вибрации (~1705 см⁻¹) для обоих AuMt, подтверждая адсорбцию танинов и флавоноидов. XPS анализ указал на полное восстановление Au³⁺ к Au⁰ (Au 4f₇/₂ при 84,9 эВ). C 1s спектры выявили C=O, C–O, C–C вклады, с AuMt2 показывающим более высокую долю C–O, согласуясь с большим поверхностным окислением фенольных групп при синтезе.

Цитотоксичность и клеточное поглощение

MTT тесты показали умеренное снижение жизнеспособности (10–30 %) при 24–48 ч для концентраций ≥ 50 мкг/мл, без четкой дозо-зависимости. Live/Dead окраска подтвердила высокую жизнеспособность при 50 мкг/мл. CLSM выявила цитоплазматическую дисперсию AuMt1 и перинуклеарную локализацию AuMt2 через 24 ч; 3D реконструкции подтвердили отсутствие ядерного проникновения, предполагая минимальную генотоксичность. Количественная флуоресцентная интенсивность указала на ~3:1 отношение поглощения AuMt1 к AuMt2, обусловленное меньшим размером, более высоким зета-потенциалом и тоньше белковой короной.

Каталитическая эффективность

AuMt1 достиг 50 % MB деградации за 190 с с константой K = 8,24 × 10⁻³ с⁻¹, превосходя AuMt2 (K = 3,54 × 10⁻³ с⁻¹). Размерно-зависимая активность согласуется с увеличенной площадью меньших наночастиц.

Заключение

Продемонстрирован масштабируемый, комнатно-температурный зеленый синтез AuNPs с использованием экстракта коры Mimosa tenuiflora. Тонкая настройка отношения предшественник/экстракт позволяет точно контролировать размер частиц. AuMt наночастицы демонстрируют благоприятную коллоидную стабильность, умеренную цитотоксичность, эффективное клеточное поглощение без ядерного входа и надежную каталитическую деградацию метиленового синего. Их внутренняя флуоресценция при низкой возбуждающей мощности дополнительно усиливает потенциал как флуоресцентных зондов и транспортных средств для лекарств. Будущая работа сосредоточится на снижении токсичности через поверхностную инженерию и изучении биомедицинских приложений.