基于罗望子果肉绿色合成ZnO纳米颗粒及其作为高效抗菌和抗癌剂的应用研究

本研究针对传统纳米材料合成方法毒性高、成本高的问题，创新性地利用罗望子(Tamarindus indica)果肉提取物作为天然还原剂，通过绿色化学方法成功合成了ZnO纳米颗粒(NPs)。研究通过XRD、FESEM、XPS等技术表征证实了纳米颗粒的晶体结构和形貌特征，并发现700°C退火处理的ZnO NPs对肺炎克雷伯菌(Klebsiella pneumoniae MTCC 3384)展现出20.5±0.46 mm的抑菌圈，对SW480结肠癌细胞系显示出62.559 μg/mL的IC50 值。DPBF实验证实其抗菌抗癌机制与活性氧(ROS)生成相关，为开发环境友好型纳米药物提供了新思路。

　　

在抗生素耐药性日益严峻的背景下，开发新型抗菌材料成为全球健康领域的迫切需求。传统无机抗菌剂虽然效果显著，但其合成过程往往涉及高温高压等危险条件，且化学合成法使用的还原剂和稳定剂可能产生环境毒性。与此同时，纳米材料在生物医学领域的应用展现出巨大潜力，其中氧化锌纳米颗粒(ZnO NPs)因其独特的抗菌、抗氧化和抗癌特性备受关注。然而，如何通过环境友好方法制备高性能ZnO NPs仍是当前研究的难点。

针对这一科学问题，来自中国的研究团队创新性地利用罗望子(Tamarindus indica)果肉提取物作为天然还原剂和封端剂，开发了一种完全无需添加化学还原剂、封端剂或表面活性剂的绿色合成方法。该研究通过系统调控退火温度(500-700°C)，成功制备了具有不同晶体尺寸的ZnO NPs，并深入探究了其在抗菌和抗癌领域的应用潜力。相关成果发表在《Sustainable Chemistry for Climate Action》期刊上。

研究团队主要采用了X射线衍射(XRD)分析晶体结构、场发射扫描电镜(FESEM)观察形貌特征、X射线光电子能谱(XPS)确定元素化学状态等技术手段。抗菌实验选用肺炎克雷伯菌(Klebsiella pneumoniae MTCC 3384)作为模式菌株，采用琼脂扩散法评估抑菌效果；抗癌活性则通过MTT法在SW480人结肠癌细胞系上进行测试；同时利用1,3-二苯基异苯并呋喃(DPBF)实验检测活性氧(ROS)生成能力。

XRD分析显示，制备的ZnO NPs具有六方纤锌矿结构，随着退火温度从500°C升至700°C，晶体尺寸从4.89 nm增大至27.32 nm，结晶度显著提高。FESEM观察发现700°C处理的样品呈现均匀的纳米片状形貌，EDX分析证实其仅含Zn和O元素，原子百分比分别为47.91%和52.09%。XPS结果进一步验证了Zn²⁺
和O^2-
的化学状态，结合能峰分别位于1021.5 eV(Zn 2p_3/2
)和529.98 eV(O 1s)。

抗菌活性研究表明，700°C处理的ZnO NPs对肺炎克雷伯菌表现出剂量依赖的抑制效果，在20 μL剂量下产生20.5±0.46 mm的抑菌圈，显著优于低温处理的样品。DPBF实验证实，ZnO NPs在光照条件下能有效产生单线态氧(¹
O₂
)，这是其抗菌作用的关键机制。抗癌实验则发现，ZnO NPs对SW480细胞的毒性随浓度增加而增强，在500 μg/mL时细胞存活率降至19.9%，计算得出IC₅₀
值为62.559 μg/mL。显微镜观察显示，处理后的癌细胞数量明显减少，出现膜破裂等凋亡特征。

该研究通过绿色化学方法成功制备了具有优异生物活性的ZnO NPs，系统阐明了退火温度对晶体特性的调控规律。特别值得关注的是，研究发现700°C处理的样品同时具备良好的抗菌和抗癌性能，这与其优化的晶体结构和增强的ROS产生能力密切相关。从机制上看，ZnO NPs通过产生活性氧物种引发细菌膜损伤和癌细胞凋亡，其中单线态氧被证实是关键的效应分子。

这项工作的科学价值主要体现在三个方面：首先，建立了完全基于植物提取物的绿色合成路线，避免了传统方法的环境污染问题；其次，揭示了热处理温度-晶体结构-生物活性的构效关系，为性能优化提供了理论指导；最后，证实了生物源ZnO NPs在抗耐药菌和抗癌方面的应用潜力，为纳米药物的开发开辟了新途径。该研究成果不仅推动了绿色纳米材料的发展，也为解决抗生素耐药性和癌症治疗等重大健康挑战提供了新思路。