通过可持续合成方法制备的来自hydrangea鼠尾草的碳量子点：揭示其物理化学性质、生物相容性和生物活性

《Journal of Science: Advanced Materials and Devices》：Salvia hydrangea-derived carbon quantum dots via sustainable synthesis: Unraveling physicochemical properties, biocompatibility, and biological efficacy

本研究首次利用伊朗Gol-e Arooneh（S. hydrangea）的地上部分和细胞培养物通过水热法合成碳量子点（CQDs）。通过FTIR、EDX、XRD、TEM和UV-Vis等表征发现，pCQDs（地上部分来源）和cCQDs（细胞来源）在尺寸（3.7±2.3 vs 2.9±1.9 nm）、表面电荷（+15.7 vs -54.9 mV）和量子产率（3.4% vs 8.3%）上存在显著差异。pCQDs表现出更强的抗菌活性（MIC 0.0625 mg/mL对S. aureus），且抗氧化能力优于标准品Trolox。两者均低毒，但pCQDs对乳腺癌细胞（MDA-MB-231）有显著促凋亡作用（细胞周期G0/G1停滞）。研究为植物衍生纳米材料的绿色制备和多功能应用提供了新思路。

　　碳量子点（CQDs）作为一种新型的纳米材料，因其独特的物理化学特性以及生物相容性，正在成为科研与工业领域中的研究热点。这些纳米颗粒通常具有小于10纳米的尺寸，能够展现出量子限域效应，从而赋予其优异的光致发光性能。CQDs的制备方式多种多样，包括传统的化学合成方法以及近年来备受关注的绿色合成技术。绿色合成方法通常利用天然来源，如植物、微生物或农业废弃物，以减少对有毒化学品的依赖。这种方法不仅环保，而且成本较低，同时还能在纳米颗粒表面引入植物来源的生物活性化合物，使其在生物医学应用中展现出更大的潜力。

在这项研究中，科学家们首次尝试使用植物的地上部分及其细胞培养物作为可再生的前体，通过一步水热法合成了CQDs。这一方法充分利用了植物的天然成分，例如具有丰富酚酸和类黄酮的植物材料，为CQDs的制备提供了新的思路。植物细胞培养物不仅能够稳定地产生关键的生物活性代谢物，如罗汉酸（RA），还能够通过优化的培养条件实现更高的产量，从而进一步提升CQDs的性能。RA作为一种具有广泛生物活性的化合物，被广泛应用于抗炎、抗氧化、抗微生物和抗癌等领域，因此成为CQDs合成中的重要成分。

研究团队通过对植物地上部分和细胞培养物进行系统的表征，发现两种CQDs在物理化学性质上存在显著差异。例如，植物来源的CQDs（pCQDs）的平均粒径为3.7 ± 2.3纳米，而细胞培养物来源的CQDs（cCQDs）的平均粒径为2.9 ± 1.9纳米。这种粒径差异可能源于不同前体的化学结构以及合成条件的不同。此外，pCQDs和cCQDs在表面电荷方面也表现出明显不同，pCQDs的zeta电位为+15.7毫伏，而cCQDs的zeta电位为–54.9毫伏。这种电荷差异可能导致它们在不同的生物系统中表现出不同的行为，例如在生物膜上的结合能力或在体内的稳定性。

从功能特性来看，pCQDs在抗菌活性方面表现突出，尤其是对金黄色葡萄球菌（S. aureus）显示出更强的抑制作用。相比之下，cCQDs虽然在胶体稳定性和光学性能上优于pCQDs，但其抗菌效果略逊一筹。这一结果提示我们，CQDs的性能与其前体的化学组成密切相关。此外，两种CQDs均表现出良好的抗氧化能力，其中pCQDs的抗氧化活性甚至超过了Trolox，这是一种常用的抗氧化剂标准。然而，它们的细胞毒性较低，对成纤维细胞的影响较小，且在人类红细胞中未引起显著的溶血现象，表明其具有良好的生物相容性。

研究还通过分子对接技术，进一步探讨了RA与金黄色葡萄球菌中的SAT（丝氨酸O-乙酰转移酶）蛋白之间的相互作用。RA的酚羟基和羧基可能与SAT的特定氨基酸残基（如GLY31、ASP81、HIS82和GLY83）形成氢键，从而阻断该酶的活性位点，影响细菌的代谢过程。这一发现为CQDs的抗菌机制提供了理论支持，并揭示了植物来源的生物活性化合物在纳米材料合成中的重要性。

从更广泛的角度来看，这项研究不仅为CQDs的绿色合成提供了新的方法，还强调了不同植物组织对纳米颗粒性能的影响。通过比较植物地上部分和细胞培养物来源的CQDs，研究人员发现，前体的来源对最终产物的粒径、表面电荷以及生物活性均产生重要影响。这种差异可能源于前体中不同生物活性化合物的含量及其在合成过程中的作用机制。因此，选择合适的前体对于优化CQDs的性能至关重要。

此外，该研究还展示了CQDs在生物医学领域的应用潜力。例如，pCQDs不仅具有优异的抗菌和抗氧化性能，还表现出对癌细胞的显著杀伤作用，这可能与其能够诱导细胞凋亡和阻断细胞周期有关。相比之下，cCQDs虽然在生物活性方面稍逊一筹，但其较高的量子产率和良好的胶体稳定性使其在生物传感和靶向药物输送等方面具有独特的优势。这种多样性表明，CQDs可以根据不同的应用需求进行定制化合成。

总体而言，这项研究通过系统地比较植物来源与细胞培养物来源的CQDs，揭示了不同前体对纳米颗粒性能的显著影响。研究结果不仅为CQDs的绿色合成提供了新的策略，还为其在抗菌、抗氧化和抗癌等领域的应用奠定了基础。未来的研究可以进一步优化CQDs的合成参数，以提高其性能，并探索其在实际应用中的潜力。同时，还需要深入理解CQDs的作用机制，以便在生物医学和纳米技术领域中实现更广泛的应用。