紫蘇籽殼提取物納米銀顆粒的制備及性能表征

韓婉毓，李會珍, ，張志軍，郭譽嶸，張紅玉，王 丹

（1.中北大學化學與化工學院，山西太原 030051；2.中北大學晉中產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新研究院，山西晉中 030600）

紫蘇（Perilla frutescensL.）是一種藥食兩用植物，廣泛分布于日本、中國、韓國和越南等東亞國家[1]。研究表明，紫蘇具有抗氧化[2-3]、抗癌[4]、抗菌[5]、抗炎[6]及抗過敏[7]等多種生物活性。紫蘇全身是寶，莖葉含有豐富的蛋白質(zhì)、類胡蘿卜素、黃酮和多酚類物質(zhì)[8-10]，籽粒含有脂肪、多糖、蛋白質(zhì)等，紫蘇籽油中α-亞麻酸含量高達60%以上[11]。為加強紫蘇蛋白資源的利用，目前紫蘇籽粒加工普遍采用脫殼液壓冷軋工藝。紫蘇籽殼占籽?？傎|(zhì)量27%左右，含有豐富的黃酮等多酚類物質(zhì)，具有良好的抗氧化性、抗菌性和抗癌活性[12]，但通常作為肥料或廢棄物被處理，造成資源的浪費。

納米顆粒尺寸通常小于100 nm[13]，且比表面積大、溫度變化小，孔徑可調(diào)、顆粒間擴散距離短、吸附位點多，可作為良好的吸附劑和催化劑[14]。與普通銀相比，納米銀顆粒具有更強的抗菌性能，非耐藥性和抗生物膜活性等[15-17]，已被用于物理、化學、生物和制藥領域[18]。納米銀的合成方法包括物理、化學和生物合成法[19]，物理法能耗大且需要相對較長的合成時間和復雜的設備[20-21]；化學法需另外加入保護劑和分散劑避免納米銀顆粒團聚，該方法中使用的有毒化學品限制了納米銀在臨床和醫(yī)學領域的應用[22]；生物合成法綠色環(huán)保、成本低、產(chǎn)量高、抗菌效率高，具有良好的生物相容性和環(huán)境友好性[23-25]，其中植物提取物還原法是指利用植物提取物中的天然抗氧化劑，在制作過程中充當還原劑和保護劑合成納米銀的一種方法，該方法更加快速、簡便，避免了微生物法維持細胞培養(yǎng)的復雜過程，該法合成的納米銀顆粒不僅和普通納米銀一樣具有廣譜殺菌性，還具有良好的生物相容性，因此可被應用于醫(yī)學領域作為抗菌劑、抗病毒、癌癥治療等[26]。

紫蘇籽殼提取物富含還原性官能團，可作為納米銀的還原劑與保護劑。以紫蘇籽殼為原料，增加了對資源的充分利用，減少了對環(huán)境的污染。本研究以超聲波輔助與植物提取物還原法相結(jié)合制備納米銀顆粒，探究紫蘇籽殼提取物（PSHE）制備納米銀顆粒的最優(yōu)工藝，并對最優(yōu)工藝下所制得的紫蘇籽殼提取物納米銀顆粒（PSHE@AgNPs）進行結(jié)構(gòu)與性能表征。通過本研究工藝合成的納米銀顆粒經(jīng)濟、環(huán)保且不涉及有毒化學物質(zhì)，有望在生物材料和臨床醫(yī)學領域得到應用。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

紫蘇籽殼 中北大學晉中產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新研究院提供；硝酸 AR，成都市科隆化學品有限公司；硝酸銀 99.8%，天津市風船化學試劑科技有限公司；硫酸鐵銨十二水合物 AR，上海源葉生物科技有限公司；硫氰酸銨標準溶液（AR）、考馬斯亮藍G250（AR）、納米銀粉末（純度99.5%）上海麥克林生化科技有限公司；福林酚試劑 BR，國藥集團化學試劑有限公司；苯酚，亞硝酸鈉、硝酸鋁 AR，天津市天力化學試劑有限公司；蘆?。兌?5%）、沒食子酸（99%）上海阿拉丁生化科技股份有限公司。

SB-5200DTDN 數(shù)顯超聲儀 寧波新芝生物科技股份有限公司；P4 紫外-可見光分光光度計 上海美譜達儀器有限公司；FAl204B 分析天平 上海精科天美科學儀器有限公司；CTL550 低速離心機 湖南湘立儀器有限公司；TGL-16.5M 臺式高速冷凍離心機 上海盧湘儀離心機儀器有限公司；GZX-9146MBE 電熱鼓風干燥箱 上海博迅實業(yè)有限公司；ZYCGF-III-20T 超純水制備系統(tǒng) 四川卓越水處理設備有限公司；GZX-9146MBE 電熱鼓風干燥箱 上海博迅實業(yè)有限公司；PB-10 酸度計 上海美普達儀器有限公司；X 射線衍射儀 荷蘭Panalytical Empyrean；Nicolet iS20 傅里葉紅外光譜儀 美國Thermo Scientific；TG 209 F3 熱重儀 德國Netzsch；JEM 2800 透射電子顯微鏡 日本JEOL。

1.2 實驗方法

1.2.1 紫蘇籽殼提取液的制備 稱取10 g 紫蘇籽殼粉，加去離子水100 mL，在超聲波功率600 W，溫度50 ℃條件下超聲2 h，5000 r/min 離心10 min，取上清液，即可得到PSHE。

1.2.2 PSHE 組成成分分析

1.2.2.1 pH 對PSHE 組成成分進行測定，pH 采用PB-10 酸度計測定。

1.2.2.2 蛋白質(zhì)含量 蛋白質(zhì)含量采用考馬斯亮藍法測定[27]，用牛血清蛋白配制標準蛋白質(zhì)溶液，600 μL 各不同濃度蛋白質(zhì)溶液與3 mL 考馬斯亮藍溶液混勻靜置2 min，以去離子水作為空白對照，測量595 nm 處吸光度，以蛋白質(zhì)含量（x）為橫坐標，吸光度（y）為縱坐標繪制標準曲線，取600 μL PSHE 按上述方法測定595 nm 處的吸光度，以標準曲線回歸方程計算蛋白質(zhì)含量。

1.2.2.3 多糖含量 多糖含量采用苯酚-硫酸比色法測定，參考趙瀅等[28]方法，并稍做修改，1 mL 各不同濃度葡萄糖標準溶液與1 mL 5%苯酚溶液和5 mL濃硫酸混勻后，于室溫下避光放置30 min，以去離子水為空白對照，測量490 nm 處吸光度，以多糖含量（x）為橫坐標，吸光度（y）為縱坐標繪制標準曲線，取1 mL PSHE 按上述方法測定490 nm 處的吸光度，以標準曲線回歸方程計算多糖含量。

1.2.2.4 總黃酮含量 總黃酮含量采用亞硝酸鈉-硝酸鋁比色法測定，參考吳現(xiàn)芳等[29]方法，并稍做修改，5 mL 各不同濃度蘆丁標準溶液與0.4 mL 5%亞硝酸鈉溶液混勻放置6 min 后，加入0.4 mL 10%硝酸鋁溶液，混勻放置6 min，然后再加入4 mL 5%氫氧化鈉溶液，混勻后放置15 min，以標準空白管為對照，測量510 nm 處吸光度，以總黃酮含量（x）為橫坐標，吸光度（y）為縱坐標繪制標準曲線，取5 mL PSHE 按上述方法測定510 nm 處的吸光度，以標準曲線回歸方程計算總黃酮含量。

1.2.2.5 多酚含量 多酚含量采用福林酚比色法測定，參考游見明等[30]試驗方法，并稍做修改，1 mL 各不同濃度的標準沒食子酸溶液與6 mL 去離子水和0.5 mL 福林酚試劑混勻后置于暗處5 min，再加入1.5 mL 7%碳酸鈉溶液和1 mL 去離子水，充分混勻后室溫下暗處靜置60 min，以標準空白管為對照，測量760 nm 處吸光度，以多酚含量（x）為橫坐標，吸光度（y）為縱坐標繪制標準曲線，取1 mL PSHE 按上述方法測定760 nm 處的吸光度，以標準曲線回歸方程計算多酚含量。

1.2.3 紫蘇籽殼提取物納米銀的制備 采用超聲波輔助法制備PSHE@AgNPs。將一定量的硝酸銀溶液和PSHE 混合，在設定溫度和功率下超聲一定時間即可得到PSHE@AgNPs 溶膠。

1.2.4 單因素實驗 分別探究不同硝酸銀濃度、紫蘇籽殼提取液濃度、超聲波功率、超聲溫度和超聲時間對PSHE@AgNPs 的紫外-可見光譜和銀離子還原率的影響。

1.2.4.1 硝酸銀濃度 將不同濃度的硝酸銀溶液（5、10、15、20、25 mmol/L）和同體積0.1 g/mL 的紫蘇籽殼提取液充分混勻后，置于480 W，50 ℃超聲數(shù)顯儀中4 h 得到紫蘇籽殼提取物納米銀溶膠，探究不同硝酸銀濃度對PSHE@AgNPs 的紫外-可見光譜和銀離子還原率的影響

1.2.4.2 紫蘇籽殼提取液濃度 將15 mmol/L 硝酸銀溶液與同體積不同濃度的紫蘇籽殼提取液（0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 g/mL）充分混勻后，置于480 W，50 ℃超聲數(shù)顯儀中4 h 得到紫蘇籽殼提取物納米銀溶膠，探究不同提取液濃度對PSHE@AgNPs 的紫外-可見光譜和銀離子還原率的影響。

1.2.4.3 超聲波功率 將同等體積15 mmol/L 硝酸銀溶液和0.4 g/mL 紫蘇籽殼提取液充分混勻后，置于50 ℃不同超聲功率（360、420、480、540、600 W）超聲數(shù)顯儀4 h 得到紫蘇籽殼提取物納米銀溶膠，探究不同超聲波功率對PSHE@AgNPs 的紫外-可見光譜和銀離子還原率的影響。

1.2.4.4 超聲溫度 將同等體積15 mmol/L 硝酸銀溶液和0.4 g/mL 紫蘇籽殼提取液充分混勻后，置于480 W，不同超聲溫度（50、60、70、80、90 ℃）超聲數(shù)顯儀4 h 得到紫蘇籽殼提取物納米銀溶膠，探究不同超聲溫度對PSHE@AgNPs 的紫外-可見光譜和銀離子還原率的影響。

1.2.4.5 超聲時間 將同等體積15 mmol/L 硝酸銀溶液和0.4 g/mL 紫蘇籽殼提取液充分混勻后，置于480 W，50 ℃超聲數(shù)顯儀中，超聲不同時間（4、5、6、7、8 h）得到紫蘇籽殼提取物納米銀溶膠，探究不同超聲時間對PSHE@AgNPs 的紫外-可見光譜和銀離子還原率的影響。

1.2.5 銀離子還原率的計算 將得到的紫蘇籽殼提取物納米銀溶膠，經(jīng)過12000 r/min，20 min 的高速離心后，得到的沉淀即為PSHE@AgNPs，取上清液，以硫酸鐵銨溶液作為指示劑，利用沉淀滴定法測定上清液中的剩余銀離子濃度，即可得到銀離子還原率（Y）。

其中：a 為用于滴定的紫蘇籽殼提取物納米銀溶液的體積，L；b 為滴定所用硫氰酸銨指示劑的體積，L；CNH4SCN為滴定所用硫氰酸銨指示劑的濃度，mol/L；CAg+為得到的紫蘇籽殼提取物納米銀溶液的濃度，mol/L。

其中：V1為加入硝酸銀溶液的體積，L；V2為制備反應的總體積，L；CAgNO3為加入硝酸銀溶液的濃度，mol/L；Y為銀離子還原率，%。

1.2.6 響應面法優(yōu)化試驗 在單因素實驗的基礎上，采用Design-Expert 軟件，以硝酸銀濃度（A）、提取液濃度（B）和超聲時間（C）為影響因子，以銀離子還原率為響應值，進行3 因素3 水平響應面試驗，見表1。

表1 響應面試驗設計因素及水平Table 1 Factors and levels of response surface test design

1.2.7 紫蘇籽殼提取物納米銀的表征

1.2.7.1 紫外-可見光譜分析 通過測量所制得的PSHE@AgNPs 溶膠（20 倍稀釋）和市售納米銀（AgNPs）的紫外-可見光譜來監(jiān)測溶液中納米銀的生物合成。在紫外-可見光分光光度計上以1 nm 的分辨率記錄300～800 nm 的紫外-可見光譜，蒸餾水作空白對照。

1.2.7.2 X 射線衍射分析 將PSHE@AgNPs 溶膠高速離心，多次洗滌沉淀，烘干，研磨至粉末，將PSHE@AgNPs 和AgNPs 粉末壓片后進行XRD 測試。輻射源CuKα射線、電流30 mA、電壓40 kV，掃描范圍10°～80°，掃描速度為2°/min[31]。

1.2.7.3 傅里葉變換紅外光譜分析 將烘干至恒重的純溴化鉀（KBr）粉末與PSHE、PSHE@AgNPs 和AgNPs 粉末進行研磨，壓成半透明薄片。背景材料為光譜純KBr 粉末，波長范圍設置為4000～400 cm-1，分辨率為4 cm-1[32]。

1.2.7.4 熱重分析 通過熱重分析對PSHE@AgNPs和AgNPs 的熱穩(wěn)定性進行評估。PSHE@AgNPs和AgNPs 粉末在氮氣氛圍下，從30 ℃升溫至700 ℃，升溫速度為10 ℃/min[33]。

1.2.7.5 透射電子顯微鏡分析 使用透射電子顯微鏡（TEM）對PSHE@AgNPs 和AgNPs 的尺寸分布和形貌進行表征。取微量PSHE@AgNPs 和AgNPs粉末溶于乙醇中，超聲15 min 使其分散均勻，將重懸好的PSHE@AgNPs 滴定在100 目的超薄碳膜銅網(wǎng)上，放置于無塵干燥環(huán)境中，自然干燥后在300 kV 下使用TEM 對樣品粒徑大小與形貌進行觀察[34]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

本文所有定量數(shù)據(jù)均測定3 次，所測數(shù)據(jù)采用單因素方差分析，結(jié)果以平均值±標準偏差表示，采用SPSS Statistics 26、Microsoft Excel 2019 進行統(tǒng)計學分析處理，P＜0.05 被認為顯著。采用Design-Expert.V8.0.6.1 進行響應面試驗。采用Origin 2021進行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 紫蘇籽殼提取液各參數(shù)測定結(jié)果

對PSHE 組成成分進行測定，通過PB-10 酸度計測得PSHE 的pH 為6.16；得到蛋白質(zhì)標準曲線為y=0.0004x+0.0240，R2=0.9980，PSHE 的蛋白質(zhì)含量為238.25 μg/mL；多糖標準曲線為y=0.0102x+0.0078，R2=0.9998，PSHE 的多糖含量為98.04 μg/mL；總黃酮標準曲線為y=0.0139x-0.0144，R2=0.9999，PSHE 的總黃酮含量為17.68 μg/mL；多酚標準曲線為y=15.584x+0.0366，R2=0.9993，PSHE 的多酚含量為14.57 μg/mL。

各參數(shù)的測定結(jié)果表明紫蘇籽殼提取液中含有豐富的蛋白質(zhì)、多糖、黃酮和酚類物質(zhì)，表明紫蘇籽殼提取液在制備納米銀的過程中既可以充當還原劑，也可以作為保護劑，一方面能有效將銀離子還原成銀單質(zhì)，另一方面可以將生成的銀單質(zhì)保護起來以得到納米銀顆粒。

2.2 紫蘇籽殼提取物納米銀的制備工藝

2.2.1 單因素實驗結(jié)果

2.2.1.1 硝酸銀濃度的優(yōu)選 納米銀在波長400～450 nm 的范圍內(nèi)有典型的特征峰[35-36]，由圖1a 可知在波長450 nm 附近有明顯的吸收峰，證實了納米銀的存在。當硝酸銀濃度為5 mmol/L 時未出現(xiàn)明顯吸收峰，當濃度增大至10 mmol/L 時吸收峰較低且半峰寬較大，可能是因為反應體系中含有較多的還原劑，對納米銀的檢測產(chǎn)生影響[34]。當濃度從15 mmol/L 增加至25 mmol/L 時，吸收峰強度隨之升高，說明PSHE@AgNPs 的濃度隨著硝酸銀濃度的增大而增加，但吸收峰出現(xiàn)紅移且半峰寬度增大，這表明生成的PSHE@AgNPs 粒徑逐漸增大且分布不均。

圖1 硝酸銀濃度對PSHE@AgNPs 的影響Fig.1 Effect of silver nitrate concentration on PSHE@AgNPs

由圖1b 可知，當硝酸銀濃度從5 mmol/L 增加至15 mmol/L 時，隨著硝酸銀濃度增大，銀離子還原率也隨之增加，在硝酸銀濃度為15 mmol/L 時，銀離子還原率達到最大值，最大值為30.22%。當硝酸銀濃度繼續(xù)增大時，由于PSHE 還原力的限制，導致銀離子還原率下降。因此，選擇15 mmol/L 為PSHE@AgNPs 制備的最佳硝酸銀濃度。

2.2.1.2 紫蘇籽殼提取液濃度的優(yōu)選 由圖2a 可知，當提取液濃度為0.1 g/mL 時，溶液中還原劑含量較低，不能完全將硝酸銀中的銀離子還原為PSHE@AgNPs，導致部分顆粒靜電斥力小，發(fā)生聚集現(xiàn)象，顆粒粒徑較大。當提取液濃度從0.2 g/mL 增大至0.4 g/mL 時，吸收峰也隨之增強，說明PSHE@AgNPs的濃度隨著提取液濃度的增大而增加。當濃度增大至0.5 g/mL 時，半峰寬度增大，說明合成PSHE@AgNPs 粒徑分布均勻性變差。

圖2 提取液濃度對PSHE@AgNPs 的影響Fig.2 Effect of extract concentration on PSHE@AgNPs

由圖2b 可知，隨著提取液濃度增大，銀離子還原率也隨之增加，當提取液濃度為0.4 g/mL 時，銀離子還原率為40.37%。隨著提取液濃度進一步增大，銀離子還原率趨于穩(wěn)定。因此根據(jù)經(jīng)濟適用原則，選擇0.4 g/mL 為PSHE@AgNPs 制備的最佳提取液濃度。

2.2.1.3 超聲波功率的優(yōu)選 由圖3a 可知，當超聲波功率從360 W 增加至480 W 時，吸收峰強度隨之增大，且發(fā)生輕微藍移，說明隨著超聲波功率增大，PSHE@AgNPs 的濃度隨之增加且粒徑變小。當功率繼續(xù)增大至600 W 時，吸收峰變?nèi)?，說明PSHE@AgNPs 的濃度降低。

圖3 超聲波功率對PSHE@AgNPs 的影響Fig.3 Effect of ultrasonic power on PSHE@AgNPs

由圖3b 可知，隨著超聲波功率的增大，銀離子還原率也隨之增加，當超聲波功率為480 W 時，銀離子還原率達到最大值40.33%，隨后下降。超聲的引入有利于微小顆粒的形成，同時超聲波的空化作用可以產(chǎn)生大量的微小氣泡，并分散于納米銀顆粒表面，抑制納米銀顆粒的增長，且對團聚的納米銀顆粒也具有破碎和分散作用[37]。因此，選擇480 W 為制備PSHE@AgNPs 的最佳超聲波功率。

2.2.1.4 超聲溫度的優(yōu)選 由圖4a 可知，當超聲溫度從50 ℃升高至80 ℃時，吸收峰強度隨之增大，說明PSHE@AgNPs 的濃度隨著超聲溫度升高而增加。但當溫度繼續(xù)增加至90 ℃時，吸收峰出現(xiàn)紅移且半峰寬度增大，這表明生成的PSHE@AgNPs 粒徑逐漸增大且分布不均。

圖4 超聲溫度對PSHE@AgNPs 的影響Fig.4 Effect of ultrasonic temperature on PSHE@AgNPs

由圖4b 可知，隨著超聲溫度的升高，銀離子還原率也隨之增加，當超聲溫度達到80 ℃時，銀離子還原率為71.56%，隨著超聲溫度的進一步升高，銀離子還原率趨于穩(wěn)定。因此選擇80 ℃為PSHE@AgNPs 制備的最佳超聲溫度。

2.2.1.5 超聲時間的優(yōu)選 由圖5a 可知，當超聲時間從4 h 增加至8 h 時，吸收峰強度隨之增大，說明PSHE@AgNPs 的濃度隨著超聲時間增加而增加。

圖5 超聲時間對PSHE@AgNPs 的影響Fig.5 Effect of ultrasonic time on PSHE@AgNPs

由圖5b 可知，隨著超聲時間的增加，銀離子還原率也隨之增加，當超聲時間為7 h 時，銀離子還原率為92.37%，后趨于穩(wěn)定。因此，選擇7 h 為PSHE@AgNPs 制備的最佳超聲時間。

2.2.2 響應面優(yōu)化試驗結(jié)果 利用Design Expert 8.0.6軟件對表2 中的數(shù)據(jù)進行回歸擬合分析，建立模型，得到硝酸銀濃度（A）、提取液濃度（B）和超聲時間（C）3 個因素的回歸方程：

表2 響應面試驗設計及結(jié)果Table 2 Design and results of response surface experiment

該回歸方程的決定系數(shù)R2為0.9869，說明擬合性良好。校正系數(shù)R2Adj為0.9700，說明該模型可以解釋97.00%實驗數(shù)據(jù)的變異性。對該回歸方程進行方差分析，結(jié)果見表3。硝酸銀濃度和超聲時間對銀離子還原率的影響顯著（P＜0.05），而提取液濃度對銀離子還原率的影響不顯著，這說明硝酸銀濃度和超聲時間對銀離子還原率的影響起主要作用。該模型的F值為58.51，P值小于0.0001，表明該模型極顯著。失擬項的P值為0.1244，差異不顯著（P＞0.05），表明該回歸方程擬合度較高，可以較好地反映響應值與各種因子變量之間的關(guān)系。

表3 二次回歸方程模型方差分析結(jié)果Table 3 ANOVA results of quadratic regression model

通過分析所擬合的響應面的形狀，來探究硝酸銀濃度、提取液濃度和超聲時間交互作用對銀離子還原率的影響。從圖6 可知，硝酸銀濃度和提取液濃度的交互作用對銀離子還原率的影響最顯著，提取液濃度和超聲時間的交互作用次之，硝酸銀濃度和超聲時間的交互作用不顯著。

圖6 各因素交互作用對銀離子還原率影響的響應面Fig.6 Response surface of the interaction of various factors on the reduction rate of silver ions

通過響應面優(yōu)化確定了PSHE@AgNPs 最佳合成條件，即硝酸銀濃度14.65 mmol/L，提取液濃度0.4 g/mL，超聲時間7.09 h，銀離子還原率的預測值為91.63%?？紤]到實際操作的便利，確定PSHE@AgNPs 制備工藝條件為硝酸銀濃度15 mmol/L，提取液濃度0.4 g/mL，超聲時間7 h。3 次驗證實驗的銀離子平均還原率為92.11%±0.25%，與理論預測值相比相對誤差小，說明模型擬合良好。因此，采用響應面分析方法優(yōu)化得到的PSHE@AgNPs 的制備條件具有可行性。

2.3 紫蘇籽殼提取物納米銀的表征

2.3.1 紫外-可見光譜圖分析 無色的硝酸銀溶液和淺黃色的PSHE 混合，超聲后溶液顏色變?yōu)樯钭厣?，初步證明PSHE@AgNPs 的生成。由圖7 可知，PSHE@AgNPs 在463 nm 處有明顯吸收峰，進一步證實了PSHE@AgNPs 的生成。AgNPs 在405 和619 nm處出現(xiàn)兩個吸收峰，且吸收峰并不明顯。

圖7 PSHE@AgNPs 和AgNPs 的紫外-可見光譜Fig.7 UV-Vis spectrum of PSHE@AgNPs and AgNPs

2.3.2 X 射線衍射分析 由圖8 可知，PSHE@AgNPs在38.11°、44.28°、64.47°和77.40°處有明顯的衍射峰，AgNPs 在 38.07°、44.25°、64.42°和 77.37°處有明顯的衍射峰，分別對應于銀標準的（111）、（200）、（220）和（311）四個晶面衍射[38]，結(jié)果表明，生成的PSHE@AgNPs 和AgNPs 都具有面心立方結(jié)構(gòu)[39]。

圖8 PSHE@AgNPs 和AgNPs 的XRD 衍射光譜Fig.8 XRD diffraction spectrum of PSHE@AgNPs and AgNPs

2.3.3 傅里葉變換紅外光譜分析 如圖9 所示，PSHE、PSHE@AgNPs 和AgNPs 均有特征吸收峰出現(xiàn)。3306.14、3263.43 和3444.07 cm-1處的吸收峰為黃酮類、酚類化合物中的-OH 特征伸縮吸收峰[40]，而吸收峰的偏移說明酚類化合物參與納米銀的合成；2927.28、2855.22 和2925.30、2853.91 cm-1處的吸收峰是C-H2特征伸縮吸收峰[40]；1744.78 和1744.24 cm-1處的吸收峰是酯類化合物的C=O 特征伸縮吸收峰[41]；1660.17、1649.153 和1633.29 cm-1處的吸收峰則為烯烴C=C 特征振動吸收峰[42]；1402.23、1378.03 和1400.27 cm-1處吸收峰是芳香族或脂肪族化合物的CH3特征振動吸收峰[41]；1056.44 和1163.25 cm-1處為多糖中的C-O 特征振動吸收峰[42]。FTIR 圖譜表明合成的PSHE@AgNPs 存在PSHE中的植物化學物質(zhì)。

圖9 PSHE、PSHE@AgNPs 和AgNPs 的傅里葉變換紅外光譜Fig.9 FTIR spectroscopy of PSHE，PSHE@AgNPs and AgNPs

2.3.4 熱重分析 如圖10 所示，AgNPs 在30～700 ℃之間高度穩(wěn)定，基本無重量損失，合成的PSHE@AgNPs 在30～700 ℃之間存在部分重量損失。由DTG 圖可知在30～700 ℃之間PSHE@AgNPs 共出現(xiàn)兩次主要的質(zhì)量減輕，當實驗溫度低于100 ℃時，樣品的重量損失主要來自于水分蒸發(fā)，可能是由于樣品制備干燥不充分，含有少量的水分，發(fā)生了極小幅度的質(zhì)量損失；在276.7～420.3 ℃范圍內(nèi)存在主要的質(zhì)量減輕，質(zhì)量減少46.74%，在357 ℃時達到峰值，峰值為2.75%，樣品的質(zhì)量損失可能是由于PSHE@AgNPs 表面的PSHE 中的植物化學物質(zhì)被解吸[43]。TG 和DTG 結(jié)果表明，所制備的PSHE@AgNPs 由于表面PSHE 中植物化學物質(zhì)的存在于270 ℃以上出現(xiàn)部分質(zhì)量損失，但在200 ℃以內(nèi)基本無質(zhì)量損失，有良好的熱穩(wěn)定性。

圖10 PSHE@AgNPs 和AgNPs 的熱重分析圖譜Fig.10 TG and DTG of PSHE@AgNPs and AgNPs

2.3.5 透射電子顯微鏡分析 通過TEM 表征PSHE@AgNPs 和AgNPs 的形態(tài)和粒徑大小，結(jié)果如圖11所示。實驗表明PSHE 合成的PSHE@AgNPs 顯示均勻的球形，分散性好；AgNPs 也為分散性好的均勻球形顆粒。接著選取圖像范圍內(nèi)的400 顆PSHE@AgNPs 和AgNPs 分析確定粒徑大小，結(jié)果如圖12所示，所合成的PSHE@AgNPs 的直徑尺寸分布范圍為6～53 nm，平均值為27.97 nm，標準偏差為8.88 nm，直方圖中表明大多數(shù)PSHE@AgNPs 的直徑尺寸在20～30 nm，對應于狹窄的均勻分布；AgNPs 的平均尺寸為30.27 nm，標準偏差為5.05 nm。正如Reddy等[44]所述，植物當中的某些物質(zhì)在納米銀的合成過程中起關(guān)鍵的還原和穩(wěn)定作用，紫蘇中的酚類和類黃酮含量豐富，這些成分具有抗氧化活性，能夠?qū)y離子還原成銀單質(zhì)，同時，蛋白質(zhì)通過對納米銀的包裹提供穩(wěn)定性。

圖11 PSHE@AgNPs 和AgNPs 的透射電子顯微鏡圖像Fig.11 TEM image of PSHE@AgNPs and AgNPs

圖12 PSHE@AgNPs 和AgNPs 的粒徑尺寸分布直方圖Fig.12 Histogram of particle size distribution of PSHE@AgNPs and AgNPs

3 結(jié)論

綜上，以硝酸銀為前驅(qū)體，紫蘇籽殼提取液作為還原劑和保護劑，通過超聲波輔助法制備PSHE@AgNPs 最佳工藝為：硝酸銀濃度15 mmol/L，提取液濃度0.4 g/mL，超聲波功率480 W，超聲溫度80 ℃，超聲時間7 h，此時銀離子還原率為92.11%±0.25%。XRD 表明，所制得的PSHE@AgNPs 具有面心立方結(jié)構(gòu)；FTIR 圖譜表明合成的PSHE@AgNPs 存在PSHE 中的植物化學物質(zhì)；TG 分析證明了PSHE@AgNPs 的熱穩(wěn)定性；TEM 圖像顯示生成的PSHE@AgNPs 是高分散性、小粒徑的近球形顆粒，平均尺寸為27.97 nm。研究表明，紫蘇籽殼作為原料使得PSHE 中的植物化學物質(zhì)覆蓋在納米銀表面，增加其穩(wěn)定性和分散性；超聲波的引入有助于尺寸更小的納米銀顆粒的生成。本研究通過超聲輔助法綠色合成的納米銀顆粒各項性能優(yōu)異且經(jīng)濟環(huán)保，有望在生物材料和臨床醫(yī)學領域得到應用。