植物工程化可调形态氧化锌纳米棒：环境修复与生物医学应用的双功能突破

针对工业染料污染治理与纳米材料生态风险的双重挑战，印度研究团队通过Justicia adhatoda（JA）叶提取物介导的水热法，首次合成哑铃状ZnO纳米棒。该材料在UV下120分钟降解99.5% Congo Red（k1 =0.0020 min?1 ），7次循环后效率保持80%，同时展现DPPH自由基清除能力（IC50 ≈0.10 mg mL?1 ），为绿色纳米催化剂设计提供新范式。

　　

合成染料每年超10万吨排入水体，其中偶氮染料（azo dyes）的-N=N-结构难以被传统方法降解，而纳米材料虽能高效矿化污染物，却常伴随生态毒性风险。氧化锌（ZnO）因3.3 eV直接带隙和60 meV激子结合能成为理想光催化剂，但传统合成依赖有毒还原剂且难以控制形貌。如何开发兼具高效性与环境友好性的ZnO纳米结构，成为突破行业瓶颈的关键。

印度研究团队创新性地利用药用植物Justicia adhatoda（JA）叶提取物，通过单步水热法首次制备出哑铃状ZnO纳米棒。GC-MS分析揭示槲皮素（quercetin）、鸭嘴花碱（vasicine）和鸭嘴花酮碱（vasicinone）协同调控轴向生长，形成以（101）晶面为主的单相纤锌矿结构，晶体尺寸69±3 nm，比表面积40 m²
g^?1
。该材料在254 nm UV照射下，120分钟内对120 mg L^?1
Congo Red的矿化率达99.5%（伪一级动力学常数k₁
=0.0020 min^?1
），LC-MS证实•OH/O₂
•^?
驱动的降解路径。更引人注目的是其双功能特性：1 mg mL^?1
浓度下可清除80% DPPH自由基（IC₅₀
≈0.10 mg mL^?1
），且对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的MIC低至0.078–0.156 mg mL^?1
。

关键技术方法
研究采用水热合成结合植物提取物调控，通过GC-MS鉴定JA叶中10种关键活性成分（如槲皮素、鸭嘴花碱等），XRD和BET表征晶体结构与比表面积，UV-Vis测定带隙，LC-MS追踪降解中间体，并采用DPPH法和微生物实验评估抗氧化与抗菌性能。

研究结果

1. 材料与化学表征：JA提取物中槲皮素与生物碱协同引导Zn²⁺
   定向结晶，形成暴露（101）高活性晶面的哑铃形貌，比表面积达40 m²
   g^?1
   ，优于化学法合成ZnO。
2. 光催化性能：在模拟工业废水浓度（120 mg L^?1
   ）下实现近完全矿化，7次循环后活性仅下降20%，且Zn²⁺
   溶出量<0.1 mg L^?1
   ，符合WHO标准。
3. 生物活性：自由基清除能力与商用抗氧化剂相当，细胞实验显示200 μg mL^?1
   浓度下保持>92%存活率，证实低细胞毒性。

结论与意义
该研究首次建立植物代谢物-纳米形貌的定量关联，突破绿色合成难以精确控制晶面的限制。哑铃状ZnO通过形貌-表面协同效应，将光催化效率（99.5%降解率）与生物安全性（IC₅₀
≈0.10 mg mL^?1
）统一，为"无毒设计"纳米材料提供模板。未来需解决放大生产中的pH控制（≥10 L规模）及长期稳定性问题，但其免煅烧、无毒性配体的工艺已展现工业化潜力，有望同步推动废水处理与抗菌材料发展。