生物工程CeO2 :Ho3+ 纳米颗粒的多功能应用：从种子萌发促进、潜指纹检测到生物医学潜力

本研究通过绿色燃烧法合成CeO2 :Ho3+ 纳米颗粒（NPs），解决了农业增产、法医学检测和生物医学应用中的多重挑战。结果表明，300 ppm的CeO2 :3Ho3+ NPs使豇豆种子发芽率提升至100%，根茎长度增长2倍以上；其高纯度绿光发射（98.7%）和抗氧化特性（DPPH清除率65%）为潜指纹检测和血栓治疗提供新方案，展现了"一材多用"的创新价值。

　　

在粮食安全与精准农业需求迫切的当下，如何通过纳米技术提升作物产量成为研究热点。同时，法医学领域长期面临潜指纹（LFPs）检测灵敏度不足的难题，而氧化应激相关疾病治疗也亟需新型抗氧化剂。传统材料往往只能解决单一问题，而稀土掺杂纳米颗粒因其可调控的光学与生物学特性，展现出"一材多能"的潜力。

来自中国的研究团队通过创新性地将稀土钬（Ho³⁺
）掺杂到二氧化铈（CeO₂
）晶格中，采用以芦荟凝胶为生物燃料的绿色燃烧法，成功制备出具有多重功能的CeO₂
:Ho³⁺
纳米颗粒（NPs）。该成果发表于《Journal of Alloys and Compounds Communications》，系统验证了这种纳米材料在农业、法医学和生物医学三大领域的突破性应用。

研究团队主要采用X射线衍射（XRD）分析晶体结构，通过扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）观察形貌，结合拉曼光谱检测氧空位（V_O
）缺陷，并利用光致发光（PL）光谱评估光学性能。生物实验采用豇豆种子为模型，以神经母细胞瘤（SH-SY-5Y）细胞系评估生物相容性。

研究结果

种子萌发与生长
纳米 priming 实验显示，300 ppm的CeO₂
:3Ho³⁺
NPs处理使豇豆种子发芽率从对照组的58%提升至100%，根长和茎长分别增长2.62倍和2.41倍。叶绿素含量提升1.19倍，表明其通过增强光合作用促进生长。

潜指纹可视化
基于545 nm强绿光发射（色纯度98.7%）和676 nm红光发射，该NPs能在多种基底（包括钞票、CD等）上清晰显示三级指纹特征，经紫外老化和水浸泡后仍保持稳定性，性能优于商业指纹粉。

生物活性
浓度依赖实验表明，CeO₂
:3Ho³⁺
NPs对DPPH和H₂
O₂
自由基清除率分别达65%和51%，血小板聚集抑制率42.3%。MTT实验证实其在≤100 μg/mL浓度下对SH-SY-5Y细胞存活率无影响，显示良好生物相容性。

结论与意义
该研究开创性地将农业增产、 forensic 检测和疾病治疗三大需求整合于单一纳米平台。CeO₂
:3Ho³⁺
NPs通过氧空位介导的电子转移机制（Raman证实F_2g
峰减弱）和Ho³⁺
的f-f跃迁（PL显示⁵
F₄
→⁵
I₈
发射），实现了"光照增产-光学检测-氧化治疗"的三重功能耦合。其绿色合成工艺（芦荟凝胶为燃料）和67.6%的量子产率，为可持续发展提供了范例，有望推动精准农业、现场 forensics 和纳米药物的协同发展。