利用黑种草籽提取物绿色合成三元 CuO/Mn3O4/ZnO 纳米复合材料：抗菌及抗癌等多领域的卓越应用

为解决纳米材料传统合成技术的弊端及抗生素耐药等问题，研究人员开展了利用黑种草籽提取物合成三元 CuO/Mn3O4/ZnO 纳米复合材料的研究。结果显示该材料抗菌、抗癌效果显著。这为医药领域提供了新方向。

　　在科技飞速发展的当下，纳米技术成为了众多领域的研究热点。纳米材料因独特的结构和优良的性能，在诸多方面展现出巨大潜力。然而，传统的物理和化学合成方法在制备纳米材料时，却存在着严重的弊端。这些方法不仅使用的化学试剂昂贵，还对人体健康有害，会对环境造成污染，使得纳米材料在实际应用中的推广受到了极大限制。与此同时，抗生素耐药问题日益严峻，成为全球公共卫生和经济发展的重大威胁。在抗癌领域，开发更高效且安全的治疗手段也迫在眉睫。在这样的背景下，寻找一种绿色、安全、高效的纳米材料合成方法，并探索其在抗菌、抗癌等医学领域的应用，显得尤为重要。

为了攻克这些难题，来自埃及多个研究机构以及沙特阿拉伯部分高校的研究人员展开了深入研究。他们将目光聚焦在植物提取物上，利用黑种草籽提取物，成功合成了三元 CuO/Mn₃O₄/ZnO 纳米复合材料，并对其进行了全面的表征、抗菌和生物医学评估。相关研究成果发表在《Scientific Reports》上，为纳米材料在医学领域的应用开辟了新的道路。

研究人员在此次研究中运用了多种关键技术方法。在材料合成方面，采用植物介导合成法，以黑种草籽等种子提取物为原料合成纳米复合材料。通过 UV - vis 光谱分析、透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、X 射线衍射（XRD）等技术对合成的纳米复合材料进行表征，确定其结构、形态和成分。利用琼脂扩散法、生物膜抑制试验、最小抑菌浓度（MIC）测定等评估其抗菌性能；采用 MTT 法、克隆形成试验等检测其对不同细胞系的细胞毒性和抗癌效果。

下面来看具体的研究结果：

• 纳米复合材料的合成与表征：研究人员利用黑种草籽、骆驼蓬和亚麻籽等种子提取物成功合成了 CuO/Mn₃O₄/ZnO 纳米复合材料。通过反应介质颜色变化和 UV - vis 光谱分析，证实了纳米复合材料的生成。TEM 和 SEM 图像显示其呈球形，平均尺寸为 28.5nm±4nm 。EDX 分析表明该纳米复合材料主要由 O、Mn、Cu 和 Zn 组成，且各成分之间存在显著的物理整合。热重分析（TGA）、差示扫描量热法（DSC）和差热分析（DTA）显示该纳米复合材料具有良好的热稳定性，在 500°C 以下仅有约 18.73% 的重量损失。XRD 分析确定了其晶体相，主要包含 ZnO、Mn₃O₄和 CuO 的特征峰 ，且平均晶粒尺寸约为 14nm。FTIR 分析表明纳米复合材料表面覆盖有活性植物成分，如 O - H、C=O 和 C - N 等，这些成分有助于稳定纳米复合材料。
• 抗菌性能研究：通过琼脂扩散筛选试验发现，利用黑种草籽提取物合成的 CuO/Mn₃O₄/ZnO 纳米复合材料对多种耐多药人类病原体表现出最强的抗菌能力，对革兰氏阴性菌和酵母细胞的抑制作用尤为显著。生物膜抑制试验表明，该纳米复合材料在 20μg/ml 的浓度下，对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和白色念珠菌的生物膜抑制率分别达到 95.68±0.98%、92.45±1.95% 和 90.99±3.69% 。时间 - 杀菌动力学分析显示，在 18.5μg/mL 的浓度下，该纳米复合材料能在 45h 内显著降低大肠杆菌和白色念珠菌的浮游生物活菌计数，72h 内使处理的细菌细胞生物膜的活菌计数降为 0CFU/ml，96h 内完全根除处理的酵母细胞生物膜。
• 抗癌性能研究：MTT 试验表明，CuO/Mn₃O₄/ZnO 纳米复合材料对正常细胞系 Wi38 和多种癌细胞系（A549、HCT - 116、HepG - 2 和 MDA）具有不同的细胞毒性。其对正常细胞的 100% 安全浓度（EC₁₀₀）和半数抑制浓度（IC₅₀）分别为 119.42μg/mL 和 284.5μg/mL ，而在癌细胞系中，HCT - 116 的 IC₅₀最低，为 6.781μg/mL，表明该纳米复合材料对结肠癌细胞系的细胞毒性最强。肿瘤选择性指数（SI）显示，HCT - 116 细胞的 SI 最高（41.96），HepG2 细胞的 SI 最低（24.72） 。通过 AO/EB 双染和 PI 染色观察到，处理后的癌细胞出现细胞收缩和核凝聚等形态变化，表明该纳米复合材料可诱导癌细胞凋亡。克隆形成试验进一步证实了其对癌细胞的增殖抑制作用，随着纳米复合材料浓度的增加，癌细胞形成的集落数量显著减少。
• 抗氧化性能及分子对接研究：该纳米复合材料具有一定的抗氧化活性，能够清除 ABTS 和 DPPH 自由基，其 EC₅₀值分别为 236.6μg/mL 和 134.8μg/mL ，表明其对 DPPH 自由基的清除效果更好。分子对接研究表明，CuO/Mn₃O₄/ZnO 纳米复合材料与 ErbBs 和 VEGF 具有很强的亲和力，结合能分别为 - 12.3kcal/mol 和 - 8.7kcal/mol。这表明该纳米复合材料可能通过抑制这些靶点来发挥抗癌作用。

综合上述研究，研究人员利用黑种草籽提取物成功制备了具有独特性能的 CuO/Mn₃O₄/ZnO 纳米复合材料。该纳米复合材料在抗菌和抗癌方面展现出卓越的性能，为解决抗生素耐药和癌症治疗难题提供了新的潜在方案。同时，其良好的抗氧化性能也为相关领域的应用提供了更多可能。不过，该研究目前主要集中在体外实验，未来还需要进一步开展体内实验，以全面评估其在实际医学应用中的安全性和有效性。但无论如何，这项研究成果都为纳米材料在生命科学和健康医学领域的发展注入了新的活力，有望推动相关领域的进一步发展。