Биоинспирированные наногибриды Ag/CeO2 и Ag/Bi2O3, синтезированные с использованием Nauplius graveolens, для антиоксидантных, антибактериальных и инсектицидных применений

Борьба с микробами и вредителями сельхозкультур с помощью зеленой химии

Инфекции, устойчивые к антибиотикам, и насекомые, разрушающие урожай, — две взаимосвязанные угрозы для здоровья и продовольственной безопасности. В этом исследовании рассматривается натуралистичный подход к одновременному решению обеих проблем: использование дикорастущего лекарственного растения для создания крошечных металлических частиц, способных уничтожать патогенные бактерии и сосущих вредителей сельскохозяйственных культур, при этом избегая жестких промышленных химикатов в процессе производства.

Пустынное растение как крошечная фабрика

Исследователи сосредоточились на Nauplius graveolens — сильно пахнущем пустынном растении, давно известном в традиционной медицине. Его листья и стебли богаты природными молекулами, такими как фенолы и флавоноиды, которые легко отдают электроны. Те же свойства, которые делают растение хорошим природным антиоксидантом, позволяют ему выступать в роли «зеленой» фабрики для получения наночастиц. Вместо использования энергоемких химических процессов команда замачивала высушенный растительный материал в смеси спирта и воды, чтобы извлечь активные соединения, а затем использовала полученный экстракт для преобразования растворенных солей металлов в твердые частицы.

Создание гибридных частиц из серебра и оксидов

С помощью этого экстракта ученые сначала формировали серебряные наночастицы, а затем фиксировали их на частицах двух различных металлических оксидов: оксида церия (CeO2) и оксида висмута (Bi2O3). В результате получились два «наногибрида», каждый из которых состоял из множества крошечных серебряных сфер, прикрепленных к более крупной оксидной подложке. Молекулы растительного происхождения помогали восстановить ионы металлов до состояния металла и затем оставались на поверхности частиц, действуя как натуральное покрытие, которое предотвращает их агрегацию. Продвинутые методы микроскопии и рентгеновские исследования подтвердили, что частицы имеют наномасштаб, кристаллическую структуру и что серебро равномерно распределено по поверхностям оксидов. Спектроскопия и измерения поверхностного заряда показали, что растительные соединения остаются связанными с частицами и, вероятно, помогают стабилизировать их в водной среде.

Баланс между антиоксидантной активностью и микробицидной силой

Команда сравнила антиоксидантную активность исходного растительного экстракта и двух наногибридов. Поскольку часть наиболее активных растительных молекул была израсходована на формирование частиц, готовые материалы обладали более слабой антиоксидантной способностью по сравнению с исходным экстрактом, но по-прежнему ясно нейтрализовали свободные радикалы. Еще более примечательно, что гибриды оказались значительно эффективнее против вредных микроорганизмов. При испытаниях против восьми патогенных бактерий оба наносистемы образовывали отчетливые зоны полного прекращения роста бактерий, с особенно сильным эффектом против распространенных грамотрицательных патогенов, таких как Staphylococcus aureus. Авторы предполагают, что серебро в сочетании с оксидами повреждает мембраны бактерий и усиливает образование реактивных форм кислорода, что подавляет защитные механизмы микроорганизмов.

Применение наногибридов против вредителей сельхозкультур

Помимо борьбы с микробами, исследование оценивало, могут ли эти изготовленные экологичным способом частицы контролировать два вида тлей, поражающих бобы и капусту. В тщательно контролируемых лабораторных тестах листья с разными дозами растительного экстракта или наногибридов подвергали контакту с тлями. Простой экстракт убивал часть насекомых лишь при относительно высоких концентрациях. Напротив, наногибриды Ag/CeO2 и Ag/Bi2O3 вызывали высокую смертность при значительно более низких дозах и даже превосходили азадирахтин — широко используемый природный инсектицид, получаемый из нима. Авторы предполагают, что очень маленький размер и высокая поверхностная реакционная способность частиц позволяют им проникать через наружный покров насекомых, где они индуцируют окислительный стресс, разрушают клеточные мембраны и нарушают работу ключевых защитных ферментов и процессов выработки энергии внутри клеток тлей.

Перспективы и предосторожности для практического применения

В целом работа показывает, что распространенное пустынное растение может служить низкоинвазивной химической «фабрикой» для создания гибридных серебряно-оксидных наноматериалов, сочетающих антиоксидантную, антибактериальную и инсектицидную активность. Для неспециалиста ключевой вывод в том, что мы, возможно, сможем бороться с устойчивыми к лекарствам инфекциями и вредителями сельского хозяйства, используя крошечные частицы, созданные при участии растений, а не жестких промышленных химикатов. Вместе с тем авторы подчеркивают, что предстоит многое сделать, прежде чем такие материалы будут применяться в клинической практике или в полях. Их безопасность для млекопитающих, полезных насекомых и окружающей среды в целом пока не установлена, и вопросы долгосрочной стабильности и разложения в почве и воде требуют тщательного изучения. Пока эти наногибриды являются многообещающими прототипами, указывающими на более экологичные инструменты в продолжающейся борьбе с лекарственно‑устойчивыми микроорганизмами и сельскохозяйственными вредителями.

Цитирование: Elattar, K.M., El Hersh, M.S., Al-Huqail, A.A. et al. Bioinspired Ag/CeO₂ and Ag/Bi₂O₃ nanohybrids synthesized with Nauplius graveolens for antioxidant, antibacterial, and insecticidal applications. Sci Rep 16, 12879 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42713-7

Ключевые слова: зеленая нанотехнология, серебряные наногибриды, растительный синтез, антибактериальные материалы, наноинсектициды