西瓜籽源碳量子点的绿色合成与生物医学应用：一种新型伤口敷料材料的开发

本研究针对传统伤口敷料材料抗菌性不足和生物相容性差的问题，通过水热法从西瓜籽中绿色合成碳量子点(CQDs)，并整合至PVA和HPMC水凝胶体系。研究发现CQDs具有12-13 nm准球形结构、蓝光荧光特性及低细胞毒性，与HPMC复合后展现出轻微抗菌活性。该工作为开发可持续性伤口护理材料提供了新思路，发表于《Carbon Trends》。

　　

在生物医学领域，伤口感染和愈合迟缓仍是临床难题。传统敷料材料往往面临抗菌性能有限、无法实时监测愈合进程等挑战。碳量子点(Carbon Quantum Dots, CQDs)因其优异的光学性能和生物相容性被视为理想解决方案，但传统合成方法常涉及有毒试剂且成本高昂。如何通过可持续原料开发兼具抗菌性、荧光示踪能力和生物安全性的CQDs复合材料，成为研究者亟待突破的方向。

针对这一需求，来自厄瓜多尔的研究团队创新性地选择西瓜籽——这种在当地被视为农业废弃物的生物质作为碳源，采用水热法合成CQDs，并将其与两种医用高分子材料聚维酮(Polyvinyl Alcohol, PVA)和羟丙基甲基纤维素(Hydroxypropyl Methylcellulose, HPMC)复合，系统评估了材料在伤口护理中的应用潜力。相关成果发表在材料学期刊《Carbon Trends》上。

研究团队运用了多项关键技术：通过水热反应器在200°C下处理西瓜籽粉末10小时获得CQDs；采用高分辨透射电镜(HRTEM)和原子力显微镜(AFM)测定纳米颗粒形貌；结合拉曼光谱和X射线光电子能谱(XPS)分析化学结构；利用荧光显微镜观察光学特性；最后通过MTT法(一种检测细胞存活率的实验方法)和琼脂扩散法分别评估细胞毒性和抗菌活性。

形态学表征揭示纳米结构特性
HRTEM显示CQDs呈准球形，平均直径12-13 nm，晶格间距0.21 nm对应石墨烯(100)晶面。AFM测得平均高度仅0.385 nm，证实其超薄特性。有趣的是，动态光散射(DLS)检测到140-141 nm的聚集体，这可能是因zeta电位仅+2.36 mV导致的弱静电排斥现象。

化学结构证实生物活性基础
拉曼光谱在1340 cm^-1(D带)和1590 cm^-1(G带)的特征峰表明材料具有sp²杂化碳结构。FTIR检测到羟基(3420 cm^-1)、羰基(1720 cm^-1)等含氧官能团，XPS进一步证实碳、氧、氮元素的存在。这些特性不仅赋予CQDs水溶性，还为其表面功能化提供了活性位点。

光学性能突显应用优势
UV-Vis在280-282 nm处的吸收峰源于n→π^*跃迁。溶液在日光下呈黄色，365 nm紫外激发时发出稳定蓝光。这种荧光在PVA/HPMC基质中得以保留，为伤口愈合过程的原位监测创造了条件。

生物评价揭示材料安全性边界
MTT实验显示，0.03 mg/ml纯CQDs使3T3成纤维细胞存活率达73.32%，但复合后出现分化：PVA-CQDs组存活率骤降至31.50%，而HPMC-CQDs组保持59.88%。抗菌测试中，仅2 mg/ml CQDs和CQDs-HPMC对金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)产生抑菌圈(18.23 mm和16.37 mm)，对大肠杆菌(Escherichia coli)无效。

这项研究通过系统的"合成-表征-应用"链条证实，西瓜籽衍生的CQDs具有成为智能伤口敷料关键组分的潜力。特别值得注意的是，HPMC作为载体在生物相容性方面显著优于PVA，这为后续材料选择提供了明确方向。研究者建议未来可优化水热参数以增强抗菌性，并通过表面修饰改善靶向性。该工作不仅实现了农业废弃物的高值化利用，更为开发兼具环境友好性和诊疗一体化的新型医用材料提供了范式。