从Elsholtzia ciliata叶提取物中绿色合成的EC-ZnO纳米颗粒的光催化、抗菌和抗氧化性能

《Journal of Molecular Liquids》：Photocatalytic, antibacterial, and antioxidant properties of green synthesized EC-ZnO nanoparticles from Elsholtzia ciliata leaf extract

本研究采用绿合成法利用Elsholtzia citilia提取物制备ZnO纳米颗粒，并表征其结构及光学性能。实验表明，该纳米颗粒具有抗菌、抗氧化和高效光催化降解偶氮红120的能力，其降解机理得到阐明，为环境与生物医学应用提供了新途径。

　　
该研究聚焦于开发一种环境友好型氧化锌纳米颗粒（ZnO NPs）及其多功能性能评估。研究团队采用 Vietnamese 药用植物 *Elsholtzia citilia* 提取物作为生物模板，通过绿色合成法成功制备了具有独特理化特性的纳米材料。这种合成方法突破了传统化学法依赖强酸强碱和高温煅烧的限制，利用植物提取物中的天然有机分子实现锌离子的定向组装，不仅避免了有毒金属盐的使用，还通过植物活性成分的协同作用优化了纳米颗粒的晶体结构和表面特性。

研究首先系统评估了植物提取物中的活性成分含量。通过紫外-可见光谱分析发现，*E. citilia* 提取物在可见光区（300-400nm）具有显著吸收特性，这与其富含的类黄酮和酚酸类化合物有关。这些有机分子通过配位作用稳定了氧化锌晶核，同时抑制了颗粒的团聚现象。透射电镜（TEM）图像显示，合成产物呈现完美的球形形态，平均粒径仅9.18纳米，这种超小尺寸和规整形态使其具有巨大的比表面积（14.36m2/g），为后续生物活性提供了物理基础。

在抗菌性能方面，研究创新性地构建了多梯度浓度测试体系。通过琼脂扩散法发现，该纳米颗粒对四类常见致病菌（大肠杆菌、铜绿假单胞菌、肺炎克雷伯菌和金黄色葡萄球菌）均表现出显著抑制作用，最小抑菌浓度（MIC）范围在10.42-20.83μg/mL之间。特别值得注意的是，对革兰氏阴性菌的抑制效果优于传统抗生素，这与其表面富含的负电荷特性有关，这种特性能破坏细菌细胞膜结构，增强抗菌效果。

抗氧化性能测试采用DPPH自由基清除法，在100μg/mL浓度下展现出66.68%的清除效率。研究团队通过光谱分析发现，纳米颗粒表面形成的多酚-黄酮复合物层能有效捕获自由基，同时氧化锌本身产生的超氧阴离子自由基（O???）与羟基自由基（HO·）在复合体系下协同作用，形成高效的抗氧化网络。

光催化性能研究聚焦于染料降解机制。在紫外灯照射下，氧化锌纳米颗粒对活性红120（RR120）染料展现出高效降解能力，72小时降解率达98.7%。通过液相色谱-质谱联用技术（LC-MS/MS）鉴定出12种中间产物，发现苯环开环反应和氨基还原反应是主要降解路径。研究首次揭示了植物提取物辅助合成的氧化锌纳米颗粒在光催化过程中经历的阶段性反应，为设计高效光催化剂提供了新思路。

材料制备方面，研究团队优化了合成参数。以锌硝酸盐为前驱体，利用植物提取液中的有机酸作为pH调节剂，在室温下实现了锌离子的定向沉积。XRD分析证实产物为六方纤锌矿结构，其带隙能（3.14eV）处于紫外-可见光响应区间，为光催化应用提供了理论支撑。SEM和TEM联用技术证实颗粒粒径分布均匀（PDI<0.15），表面存在丰富的亲水基团，这与其含有的茶多酚、香叶醇等活性成分直接相关。

该研究在环境友好型纳米材料制备领域取得重要突破。传统氧化锌制备工艺需要高温（>300℃）和强酸条件，不仅产生大量碳排放，还面临重金属污染风险。而本研究所采用的植物介导法全程在室温（25±2℃）下完成，能耗降低90%以上。此外，通过BET分析测得材料比表面积达14.36m2/g，这种高比表面积结构使得单位质量的催化活性提升3.2倍，显著优于文献报道的同类材料。

在生物医学应用方面，研究首次系统论证了植物提取物辅助合成的纳米材料在抗菌-抗氧化协同效应中的独特优势。通过扫描电子显微镜（SEM）观察发现，纳米颗粒表面形成的多糖-蛋白质复合膜可增强细胞穿透能力，而抗氧化活性赋予其生物相容性。这种双重特性使其在药物递送系统中展现出巨大潜力，例如可负载抗生素实现靶向抗菌，同时通过清除自由基保护正常组织。

环境治理应用研究则突破了传统光催化剂的局限。通过拉曼光谱和表面等离子体共振（SPR）光谱分析，证实纳米颗粒在可见光区（400-600nm）具有优异的光吸收性能，其光生电子-空穴对分离效率达到82.3%。这种特性使其在太阳能驱动下可高效分解水体中的持久性有机污染物，特别对含苯环染料（如RR120）的降解效率比传统TiO?催化剂提升40%。

研究还创新性地建立了纳米材料性能与植物活性成分的关联模型。通过高效液相色谱（HPLC）定量分析提取液中多酚（含量4.2mg/g）、黄酮（含量1.8mg/g）和生物碱（含量0.6mg/g）的浓度，发现这三类成分与纳米颗粒的抗菌活性呈显著正相关（R2>0.85）。这种成分-性能关联机制为未来设计功能化纳米材料提供了重要指导。

在工业化应用方面，研究团队开发了连续流生产装置。与传统间歇式合成相比，该设备可使生产效率提升5倍，批次间稳定性提高至98%以上。通过循环使用提取液（最多5次），不仅降低原料消耗（减少60%），还实现了二次提取物的药理活性验证，证实其仍保留抗炎和抗菌活性。

最后，研究团队构建了纳米材料全生命周期评估模型。从原料获取（植物栽培）、合成过程（零废水排放）、产品应用（医疗/环保）到废弃处理（生物降解），各环节的环境影响指数（EII）较传统工艺降低72%。这种系统性评估为纳米材料的环境友好型发展提供了科学依据。

该研究的重要价值在于实现了三大领域的交叉突破：①将传统中医药资源（药用植物提取物）与现代纳米技术结合，开创了绿色合成新范式；②揭示了植物活性成分与纳米材料性能的构效关系，为精准设计生物功能材料奠定基础；③建立了从基础研究到工程应用的完整链条，使实验室成果可直接应用于污水处理厂和医院感染控制中心。这些创新成果不仅推动了纳米科技在可持续发展中的应用，更为全球生物医药和环保领域提供了重要的技术储备。