花生壳绿色合成银/锌掺杂木质素纳米颗粒的光催化与生物活性研究及其应用

本研究针对抗生素耐药性加剧和环境污染问题，创新性地利用花生壳农业废弃物绿色合成银/锌掺杂木质素纳米颗粒（Ag/Zn@Lignin NPs）。通过多尺度表征证实其22.71 nm球形结构及4.7 eV带隙，展现出对革兰氏阴性菌（如铜绿假单胞菌）的显著抗菌活性（抑菌圈达13 mm），并选择性抑制肝癌细胞Huh-7（IC50=122.9 μg/mL）。其光催化性能可高效降解罗丹明B（RhB）和亚甲基蓝（MB）（降解率>98%），为耐药菌感染治疗和环境修复提供了新型多功能纳米材料。

　　

研究背景与意义
随着抗生素耐药性危机日益严峻，开发新型抗菌材料成为全球健康领域的迫切需求。同时，工业染料和有机污染物对水环境的威胁亟待解决。木质素作为植物细胞壁中储量第二的天然高分子，因其丰富的酚羟基、可降解性和生物相容性，被视为理想的纳米材料基底。然而，传统化学合成方法存在环境污染问题，且纯木质素纳米颗粒（Lignin NPs）功能有限。如何通过绿色工艺增强其多功能性，成为研究者关注的焦点。

研究设计与方法
马什哈德医科大学的研究团队创新性地选择花生壳（含60%以上木质素）为原料，采用两步水热法合成银/锌掺杂木质素纳米颗粒（Ag/Zn@Lignin NPs）。通过UV-Vis（紫外-可见光谱）和PL（光致发光光谱）验证光学特性，XRD（X射线衍射）分析晶体结构，FTIR（傅里叶变换红外光谱）鉴定官能团，TEM（透射电镜）表征形貌。抗菌实验采用纸片扩散法测试4种临床菌株（包括铜绿假单胞菌PAO1和临床分离株S7），细胞毒性通过MTT法评估肝癌细胞Huh-7与正常成纤维细胞L929的差异敏感性，光催化实验以RhB和MB为模型污染物在UV光照下进行降解动力学分析。

研究结果

1. 材料表征
   UV-Vis显示229 nm（共轭双键）和290 nm（酚羟基）特征峰，450 nm处银等离子体共振峰证实掺杂成功。TEM显示21.71 nm球形颗粒，XRD检测到立方晶系银（111晶面）和六方晶系锌（002晶面）的特征衍射峰。FTIR检出3407 cm^-1羟基和1627 cm^-1羰基振动信号，Zeta电位-27 mV表明胶体稳定性。

2. 抗菌性能
   对革兰阴性菌的抑制效果优于革兰阳性菌，1000 μg/mL浓度下对铜绿假单胞菌S7的抑菌圈达12 mm，接近庆大霉素（16 mm）水平。机制可能与Ag⁺/Zn²⁺破坏细胞膜及木质素酚类物质的协同作用相关。

3. 选择性抗癌活性
   纳米颗粒对Huh-7细胞的IC₅₀（122.9 μg/mL）显著低于正常L929细胞（374.8 μg/mL），显示肿瘤靶向潜力。

4. 光催化降解
   在UV照射180分钟后，RhB和MB的降解率均达98.8%，动力学符合准一级反应（k_obs分别为-0.0234和-0.019 min^-1），归因于纳米颗粒产生的羟基自由基（OH°）和超氧自由基（O₂^-°）的氧化作用。

结论与展望
该研究首次实现花生壳废弃物到多功能纳米材料的绿色转化，Ag/Zn@Lignin NPs兼具环境修复（光催化）、精准医疗（抗癌/抗菌）和农业资源循环利用三重价值。未来需进一步探索其体内毒理机制及规模化生产工艺。论文发表于《AMB Express》，为生物质高值化利用提供了创新范式。