环保型制造方法与细胞相容性木质素纳米粒子的层次化研究及其在生物医学应用中的潜力

《ACS Applied Bio Materials》：Ecofriendly Fabrication and Hierarchical Exploration of Cytocompatible Lignin Nanoparticles for Biomedical Applications

废椰壳提取的soda lignin经绿色方法制备成纳米颗粒（LNPs），通过多尺度表征和生物活性验证其功能。LNPs具有86.59±2.6 nm平均粒径、空心纳米结构及高稳定性，在体外抑制α-淀粉酶（53.27%）和α-葡萄糖苷酶（66.23%），抗氧化活性达56.6%，且对细胞无毒性。体内实验显示增强存活率，计算模拟支持其作用机制。

　　

木质素是含量最丰富的可再生芳香族生物聚合物，在生物医学应用中的生物纳米材料创新方面具有巨大潜力。本研究介绍了一种从废弃椰壳中分离木质素的方法，并对其进行了标准表征，同时采用更环保的方式制备了木质素纳米颗粒（LNPs）。对木质素纳米颗粒进行了多层次的研究，包括结构和分子表征、体外酶学及细胞实验、利用黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）进行的体内实验、计算机分子对接模拟以及分子动力学模拟。所制备的木质素纳米颗粒具有明确的纳米结构：平均水动力直径（D_H）为86.59 ± 2.6 nm（DLS测量值），球形形态（FESEM测量值约为55 nm），中空纳米结构（孔径约60 nm），高胶体稳定性（ζ电位：?41.1 ± 1.1 mV），以及宽范围的发射光谱（270–600 nm）。此外，微傅里叶变换红外光谱（micro-FTIR）、微拉曼光谱（micro-Raman）、X射线衍射（XRD）和热重分析-差示扫描量热法（TGA-DSC）等先进技术进一步验证了木质素纳米颗粒的成功合成及其结构完整性。体外和体内实验表明，木质素纳米颗粒在抗糖尿病、抗氧化和细胞毒性方面显著优于传统木质素。计算机分子对接和分子动力学模拟结果也支持了这些发现。体外抗糖尿病实验显示，木质素纳米颗粒在10 μg/mL浓度下对α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶的抑制活性分别为53.27 ± 1.3%和66.23 ± 1.5%，与标准抑制剂阿卡波糖相当。木质素纳米颗粒还表现出较强的抗氧化活性（10 μg/mL浓度下为56.6 ± 0.6%，与别嘌醇（77.33 ± 1.4%）相当），同时其过氧化氢酶活性增强（1.2倍），活性氧（ROS）水平降低（1 μg/mL浓度下降低0.3倍），并保持了谷胱甘肽水平，且不会增加可能导致氧化应激的H?O?浓度。MTT实验证实其在人类肝细胞（HCT cells）中的良好生物相容性；而体内急性毒性实验表明，木质素纳米颗粒的存活率高于传统木质素。