《Next Materials》：Plant-mediated green synthesis of ZnO nanoparticles utilizing
Garcinia cowa leaf extract: Structural, bioactive, and
In Silico molecular docking insights
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本研究针对传统化学合成ZnO NPs存在的环境污染及生物相容性差等问题，采用藤黄（Garcinia cowa）叶提取物开展绿色合成研究。通过调控前驱体浓度（0.1/0.2/0.5 M）成功制备出六方纤锌矿结构ZnO NPs，其晶体尺寸为16.7-25.7 nm，带隙能量为3.71-3.33 eV。研究发现绿色合成ZnO NPs具有优越的抗氧化活性（DPPH清除率59.7%）和抗菌性能，分子对接揭示其与subtilisin（-4.9 kcal/mol）和RhlR受体（-5.1 kcal/mol）的强结合力，ADMET预测显示良好生物安全性，为生物医学应用提供了新策略。
在纳米技术蓬勃发展的今天，氧化锌纳米颗粒（ZnO NPs）因其独特的光学特性和生物相容性，在生物医学领域展现出巨大潜力。然而，传统化学合成方法存在高能耗、有毒副产物等环境问题，制约其可持续发展。为此，研究人员将目光投向绿色合成——利用植物提取物中的天然活性成分作为还原剂和稳定剂，在温和条件下制备纳米材料。其中，藤黄（Garcinia cowa）作为一种具有丰富生物活性的植物，其叶提取物蕴含的类黄酮、酚类化合物等成分为绿色合成提供了新思路。
本研究发表于《Next Materials》，系统比较了不同前驱体浓度（0.1 M、0.2 M、0.5 M）下藤黄叶提取物绿色合成与化学合成ZnO NPs的结构差异和生物活性。研究人员通过X射线衍射（XRD）确认晶体结构，紫外-可见光谱分析能带特性，傅里叶变换红外光谱（FTIR）表征官能团，结合场发射扫描电子显微镜（FESEM）和透射电子显微镜（TEM）观察形貌特征，并采用DPPH自由基清除实验评估抗氧化能力，通过琼脂扩散法和微量稀释法测定抗菌活性，最后利用分子对接和ADMET预测分析作用机制和生物安全性。
3.1. X射线粉末衍射研究
XRD图谱显示所有样品均形成六方纤锌矿结构，无杂质峰表明高相纯度。通过Scherrer方程计算得出，绿色合成ZnO NPs的晶粒尺寸随前驱体浓度增加而从16.72 nm（ZnO-1）增至19.33 nm（ZnO-5），而化学合成样品（ZnO-C）晶粒尺寸最大（25.71 nm）。结晶度分析表明ZnO-2样品具有最高结晶度（69.80%），说明中等浓度有利于形成有序晶体结构。
3.2. UV-Vis光谱分析
所有样品在373 nm附近出现特征吸收峰，对应ZnO的激子吸收。通过Tauc图计算带隙能量发现，绿色合成样品的带隙（3.71-3.33 eV）均大于体相ZnO（3.3 eV），证实量子限域效应随粒径减小而增强。其中ZnO-1样品带隙最宽（3.71 eV），与其最小晶粒尺寸（16.72 nm）相吻合。
3.3. FTIR分析
在400-562 cm-1范围内出现的特征吸收峰归属于Zn-O伸缩振动，证实ZnO形成。1450 cm-1处的弱峰对应植物提取物中残留有机物的C-H弯曲振动，表明绿色合成过程中 phytochemicals（植物化学物质）成功包覆于颗粒表面。
3.4. FESEM分析
形貌观察显示，低浓度合成的ZnO-1呈准球形（22.58±6.38 nm），随着浓度增加，ZnO-2出现花状团聚结构（30.53±9.96 nm），ZnO-5则呈现不规则形状（32.78±14.30 nm）。化学合成ZnO-C颗粒尺寸最大（42.71±36.4 nm）且团聚严重，证明植物提取物在绿色合成中起到抑制颗粒聚集的关键作用。
3.5. TEM分析
高分辨率TEM进一步验证了FESEM结果，ZnO-1和ZnO-2的平均粒径分别为22.25±8.40 nm和24.41±13.30 nm，选区电子衍射（SAED）环状图案证实多晶性质。ZnO-5和ZnO-C因严重团聚导致粒径分布变宽，分别达40.56±33.81 nm和74.91±49.13 nm。
3.6. EDX元素分析
能谱分析显示Zn和O元素为主要成分，原子百分比接近1:1。随着前驱体浓度升高，Zn原子百分比从50.04%（ZnO-1）增至56.71%（ZnO-5），表明浓度调控可精确调节元素组成。
3.7. ZnO NPs形成机制
绿色合成机制涉及三个关键步骤：锌离子与植物多酚、黄酮类化合物形成配位络合物，随后在热处理下分解为ZnO。化学合成则通过锌盐水解生成Zn(OH)2，再脱水形成ZnO。产率计算显示绿色合成法（35.45-37.35%）优于化学法（31.89%），凸显其高效性。
3.8. 抗氧化活性
DPPH自由基清除实验表明，所有ZnO NPs均呈现浓度依赖性抗氧化活性。在400 μg/mL时，绿色合成ZnO-5活性最高（59.66%），略优于化学合成ZnO-C（57.36%）。统计学分析（p=0.99999）证实数据可靠性，归因于植物源性活性成分的协同作用。
3.9. 抗菌活性
对革兰氏阳性菌（Bacillus subtilis）和革兰氏阴性菌（Pseudomonas aeruginosa）的抑菌实验显示，ZnO-2对B. subtilis抑菌圈直径最大（2.0±0.16 cm）。最低抑菌浓度（MIC）测试表明，ZnO-5对两种菌均表现出最强抑制力（0.02 mg/mL）。作用机制包括：ZnO NPs表面正电荷与细菌膜负电荷静电吸附，活性氧（ROS）生成引起氧化应激，以及Zn2+离子释放导致酶失活。
3.10. 分子对接
与subtilisin（枯草杆菌蛋白酶）和RhlR（群体感应受体）的分子对接显示，ZnO NPs结合能分别为-4.9 kcal/mol和-5.1 kcal/mol，主要通过氢键、电荷吸引和π-阳离子相互作用与活性位点残基（如TYR217、ASP81）结合。对比抗生素ciprofloxacin（环丙沙星）（-6.9 kcal/mol和-5.9 kcal/mol），ZnO NPs展现出竞争性结合能力。
3.11. ADMET分析
毒性预测表明，ZnO NPs无肠道吸收性、不透过血脑屏障，对细胞色素P450酶无抑制，且无致突变性。虽存在呼吸毒性风险，但整体安全性优于ciprofloxacin（预测具有神经毒性和肾毒性）。
本研究通过多维度表征证实，藤黄叶提取物绿色合成的ZnO NPs具有可控的尺寸特性、增强的生物活性和良好的安全性。分子机制研究揭示了其与细菌关键蛋白的相互作用模式，为设计新型抗菌剂提供了理论依据。该绿色合成策略不仅解决了传统方法的环境污染问题，还拓展了植物资源在纳米生物技术中的应用前景，对开发可持续纳米材料具有重要指导意义。
