《Journal of Dairy Science》：Prediction and genetic analysis of blood β-hydroxybutyrate based on milk mid-infrared spectra in Fleckvieh dairy cows
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本研究通过水热法合成Fe-Au@CD纳米共轭物，调节Fe前驱体浓度实现20-26 nm的可调尺寸，具有良好热稳定性和生物相容性。纳米材料在紫外可见光谱中显示等离子耦合特性，并表现出对革兰氏阴/阳性菌的卓越抗菌活性，为生物膜抑制和药物递送提供多功能纳米平台。
Eepsita Priyadarshini|Himadri B. Bohidar|Paulraj Rajamani|Saravanan Muthupandian|Reema Mohammed J. Almotairi|Naseh A.T. Algehainy|Vincent Savariar|Muthupandi Sankar
印度北方邦大诺伊达加尔戈蒂亚斯大学生物科学与技术学院
摘要
本研究通过水相法合成了具有核壳结构的Fe-Au@CD纳米偶联物，实现了一种环保且可行的制备工艺。这些纳米偶联物的粒径在20至26纳米之间，通过改变Fe前体浓度可以调节其粒径。优化后的纳米偶联物平均ζ电位为9.56至5.2毫伏，表明其具有胶体稳定性。X射线衍射（XRD）分析证实了Fe和Au的晶格面，验证了核壳结构的形成。紫外-可见光谱分析显示，与AuCD相比，这些纳米偶联物出现了吸收峰的红移和峰宽增加，这归因于等离子体耦合和Fe的掺入导致的表面改性。体外细胞毒性实验表明，这些纳米偶联物对正常细胞系具有优异的生物相容性，并且对革兰氏阴性和革兰氏阳性细菌均表现出优异的抗菌效果。研究结果凸显了其在医疗植入物上作为抗菌涂层和生物膜抑制剂的潜力。此外，Fe所赋予的磁性和催化性能使其在靶向药物递送和磁引导生物医学诊断中具有广泛应用前景。总之，这种新型Fe-Au@CD纳米偶联物是一种多功能纳米平台，结合了等离子体、催化和生物医学应用的优势。然而，为了实现临床应用，还需要进一步研究其长期稳定性和抗菌活性的机制。
引言
纳米材料的独特物理化学性质推动了具有多种应用功能的工程纳米颗粒的合成。控制金属和非金属纳米颗粒的尺寸和形状的合成方法已得到广泛研究[1],[2],[3],[4]。最近，人们对结合两种或多种材料特性的多功能纳米材料产生了新的兴趣。我们之前报道了金@碳点纳米偶联物（AuCD NCs）的合成，这类纳米颗粒同时具有光学和荧光特性。这些无毒的纳米偶联物还被用作水样中胆固醇的检测纳米传感器[5]。金（Au）和碳点（CD）因其生物相容性、高稳定性、低毒性和易功能化而被广泛应用于生物医学领域[6]。然而，大多数生物医学应用需要具有磁性的纳米材料，因此大部分研究集中在铁基纳米颗粒的生物相容性合成上。最近，人们特别关注磁性纳米颗粒表面的改性，以制备具有优异顺磁性和抗磁性的生物相容材料，用于靶向药物递送、共振热疗和高对比度诊断[7],[8]。
迄今为止，已有多种传统方法（气相蒸发、溅射、水热法、溶胶-凝胶法、微乳液法和有机合成法）用于制备磁性纳米颗粒。但这些方法大多需要有机溶剂，并且在应用于生物医学之前需要将其转移到水相中。此外，在高离子强度条件下，磁性纳米颗粒会因颗粒间的强偶极相互作用而聚集形成微米级团聚体，限制了其应用范围[9]。此外，这些颗粒还存在化学稳定性差、毒性高和半衰期短的问题[10]。因此，目前的重点是开发具有增强稳定性、生物相容性和优异性能的水溶性纳米颗粒。聚合物和表面活性剂被广泛用于克服这些限制。一些研究使用聚乙二醇（PEG）来防止颗粒聚集并延长颗粒的保质期[11],[12]。还有研究在磁性纳米颗粒表面镀金，以降低毒性、提高稳定性并提供活性功能位点，从而促进生物偶联[13]。然而，这些方法仍存在精确控制粒径、合成过程不均匀、纯化耗时以及磁性能不佳等问题。因此，有必要制定新的合成方案，以实现颗粒的可控合成并定制其性能和生物相容性[14],[15]。
在这里，我们报道了一种新型的水溶性Fe-Au@CD NCs合成方法，该方法能够在单一纳米平台上整合等离子体、磁性和生物相容性功能。与传统制备方法相比，该方法通过调整初始前体浓度，提供了一种可调节且可持续的核壳结构制备途径，同时易于调节粒径。这一结论通过多种分析手段得到验证（包括紫外-可见光谱、动态光散射（DLS）、ζ电位、X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、能量色散X射线光谱（EDX）和物理性质测量系统（PPMS）分析）。此外，我们还研究了这些纳米颗粒对HeLa和HEK293细胞系的生物相容性，并评估了其对大肠杆菌（Escherichia coli）ATCC 25922和金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）ATCC 29213的抗菌效果，以评估其作为多重耐药（MDR）抑制剂的有效性。这些纳米颗粒的抗菌性、磁响应性和细胞相容性表明了它们在抗生物膜、磁引导诊断和靶向治疗等领域的广泛应用潜力，标志着生物医学应用混合纳米材料设计的重大进展。
化学试剂
所有使用的化学试剂，包括PEG-400、柠檬酸、硼氢化钠和三氯化铁，均为分析级纯度。四氯金酸（HAuCl4）购自Sigma-Aldrich Pvt. Ltd。试剂储备溶液使用去离子蒸馏水（dH2O）配制。
Fe-Au@CD纳米偶联物的合成
Fe-Au@CD NCs是通过逐步水热法合成的。首先，按照已建立的方案[5]制备了AuCD NCs。使用柠檬酸和PEG作为前体材料
Fe-A@CD纳米偶联物的合成与表征
Fe-Au@CD NC的合成步骤如图1所示。AuCD NC的合成方法基于我们之前的研究[5]，其中通过柠檬酸和PEG的碳化反应生成CD。四氯金酸（HAuCl4）作为Au的前体。当HAuCl4加入稀释的CD溶液中时，会发生氧化还原反应，前体在溶液中的游离柠檬酸和PEG的辅助下被还原为Au0，从而生成Fe-Au@CD NCs。
结论
总之，本研究成功合成了具有均匀形态、粒径和优异结晶度的水溶性Fe-Au@CD NCs。通过改变FeCl3前体浓度，实现了粒径的精确控制和光物理性质的调节。XRD和HRTEM结果证实了NCs的形成。此外，这些NCs在454纳米处表现出受控的发射特性，并具有优异的磁性能，使其成为理想的候选材料
CRediT作者贡献声明
Reema Mohammed J. Almotairi： 项目管理工作。Naseh A.T. Algehainy： 资源协调。Vincent Savariar： 数据验证与结果分析。Muthupandi Sankar： 文稿撰写、审稿与编辑、数据可视化。Eepsita Priyadarshini： 数据整理与概念构思。Himadri B. Bohidar： 实验研究与数据分析。Paulraj Rajamani： 方法设计。Muthupandian Saravanan： 实验监督
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究结果的已知财务利益或个人关系。
致谢
作者感谢JNU的先进仪器研究设施（AIRF）提供的分析支持。本研究得到了印度政府科技部（授权号PDF/2017/000024）的资助。
