关于细胞毒性和镉去除的综合研究，采用了Suaeda monoica介导的α-Fe?O?纳米颗粒进行优化吸附，并验证了相关机制

《Journal of Water Process Engineering》：Comprehensive studies on cytotoxicity and cadmium removal with optimized adsorption and validated mechanism using Suaeda monoica-mediated α-Fe 2O 3 nanoparticles

纳米颗粒对重金属吸附与抗癌研究：Suaeda monoica叶提取物合成的α-Fe2O3纳米颗粒表现出高镉吸附能力（最大吸附量48.7 mg/g）和显著抗癌活性（IC50=148 μg/mL），验证了其在环境治理和初步癌症治疗中的双重潜力。

　　

Muripinti Balakrishna | Gopi Mamidi | Sathish Mohan Botsa

安得拉大学AU-TDR中心，维沙卡帕特南 530003，印度

摘要

本研究评估了通过Suaeda monoica介导生物合成的α-Fe₂O₃纳米粒子（SMO-α-Fe₂O₃ NPs）在吸附镉[Cd(II)]和对抗MCF-7细胞系的抗癌活性方面的效果。通过XRD、FTIR、SEM、BET、VSM和TEM等手段进行表征，确认这些纳米粒子为结晶状的球形α-Fe₂O₃（粒径20–50纳米），表面覆盖有植物化学物质，并含有菱形赤铁矿相（16.8纳米）。在环境修复应用中，这些纳米粒子表现出较高的镉吸附能力（q_max = 48.7 mg/g），其吸附过程符合伪二级动力学（R² = 0.99）和Langmuir等温线模型（R² = 0.98），100°C时吸附能力达到最大值；然而，在室温下pH值为9的条件最有利于其实际应用。经过六次循环后，纳米粒子的再生效率仍保持在55%以上。在抗癌活性测试中，NRU实验显示这些纳米粒子具有剂量依赖性的细胞毒性（IC₅₀ = 148 μg/mL），在50 μg/mL浓度下细胞存活率为80%，这表明它们在废水处理和初步癌症治疗方面具有潜力。

引言

纳米技术的迅速发展彻底改变了科学和技术领域，为环境修复和医疗保健等全球性挑战提供了创新解决方案[1,2]。在纳米材料中，金属氧化物纳米粒子尤其是赤铁矿（α-Fe₂O₃）因其独特的物理化学性质（如高表面积、氧化还原活性和生物相容性）而受到广泛关注[3,4]。这些特性使得它们能够用于重金属吸附和抗癌治疗，有效应对水污染和癌症进展等关键问题。然而，传统的合成方法往往涉及有毒化学物质和能耗较高的过程，因此亟需开发可持续的替代方案[5,6]。利用植物提取物（如Suaeda monoica）进行绿色合成是一种环保的方法，这种方法利用天然植物化学物质作为还原剂和包覆剂，既能增强纳米粒子的功能，又能最小化对环境的影响[[7], [8], [9]]。

重金属污染，尤其是镉(Cd(II))，由于其在环境中的持久性、生物累积性以及与肾衰竭、癌症和神经系统疾病的相关性，对生态系统和人类健康构成了严重威胁[10]。传统的水处理方法（如沉淀和离子交换）存在成本高、低浓度下效率低以及二次污染等问题[11]。使用纳米材料进行吸附具有高效性、可扩展性，并且纳米材料本身具有可再生性[11,12]。氧化铁(Fe₂O₃或Fe₃O₄)纳米粒子因其磁性以及对重金属的高亲和力而展现出巨大潜力[13]。最新研究表明，这些纳米粒子通过化学吸附和离子交换等机制表现出优异的镉吸附能力[14]。然而，将绿色合成的纳米粒子应用于环境和生物医学领域的双重目标仍需进一步探索，这也是本研究旨在填补的空白。

与此同时，全球癌症负担的不断增加要求新的治疗策略。纳米粒子通过产生活性氧(ROS)实现选择性细胞毒性以及靶向药物输送，为传统疗法提供了有力的替代方案[3,15]。例如，CuO纳米粒子具有剂量依赖性的抗癌活性，但其合成过程常依赖危险试剂[16]。而通过植物提取物改性的绿色合成α-Fe₂O₃纳米粒子则能提供一个更安全、多功能的平台，兼具吸附和抗癌功能。Suaeda是一种属于苋科的盐生植物，在安得拉邦当地被称为Elakura[[7], [8], [9]]。这种耐盐植物通常生长在沿海地区，包括盐滩和潮汐沼泽[15,16]。本研究探讨了S.monoica介导的α-Fe₂O₃纳米粒子（SMO-α-Fe₂O₃ NPs）在去除镉(Cd(II))和抑制MCF-7乳腺癌细胞方面的双重潜力，从而实现了环境与生物医学应用的结合。

通过整合这些目标，我们提出了具有双重功能的可持续SMO-α-Fe₂O₃纳米粒子，符合全球对清洁水和健康的追求。这种方法不仅推动了纳米技术的发展，还凸显了植物介导合成方法在解决环境与医疗问题方面的潜力。

实验部分

植物材料与化学品的收集

新鲜的Suaeda monoica叶片从印度安得拉邦维沙卡帕特南港口附近采集（坐标：17°44′25″N, 83°19′15″E）。三氯化铁(FeCl₃)和硝酸镉(Cd(NO₃)₂（纯度98%）购自印度默克公司，使用前无需进一步纯化。所有实验均使用蒸馏水。

Suaeda monoica叶片提取物的制备

新鲜Suaeda monoica叶片先用自来水清洗，再用蒸馏水彻底冲洗以去除表面污染物。

SMO-Fe₃O₄纳米粒子的生物合成

利用Suaeda monoica叶片提取物合成α-Fe₂O₃纳米粒子是一个基于氧化还原反应的生物过程，其中多酚、黄酮类化合物和有机酸等植物成分同时起到还原和稳定作用[15]。在合成过程中，前体盐（FeCl₃）中的铁离子(Fe³⁺被提取物中的羟基(-OH)和羰基(C=O)捕获，还原为Fe²⁺/Fe³⁺中间体，随后在热作用下氧化为结晶态的α-Fe₂O₃

结论

通过S.monoica提取物合成的SMO-α-Fe₂O₃纳米粒子在环境和生物医学应用中展现出卓越的多功能性：(i) 高镉吸附能力（q_max = 48.7 mg/g），超过大多数报道的Fe₂O₃基吸附剂；(ii) 对MCF-7乳腺癌细胞具有显著的细胞毒性，IC₅₀值仅为148 μg/mL，远低于化学合成纳米粒子。

CRediT作者贡献声明

Muripinti Balakrishna： 方法学设计及数据分析。 Gopi Mamidi： 文章撰写、审稿与编辑。 Sathish Mohan Botsa： 初稿撰写及指导。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。

致谢

作者MBK感谢V.S.Krishna政府学位学院提供的持续支持和鼓励，以及Visakhapatnam生物环境化学解决方案公司的实验室设施、指导及实验支持。