利用Morinda tinctoria环保合成ZnO纳米颗粒：在环境健康与疾病预防中的应用

《Next Nanotechnology》：Eco-friendly synthesis of ZnO nanoparticles using Morinda tinctoria: Applications in environmental health and disease prevention

　　

锌在皮肤护理中发挥着重要作用，尤其是在当今污染严重的环境中。在本研究中，研究人员利用富含多糖的Morinda tinctoria（MT）叶提取物，采用绿色方法合成了氧化锌纳米颗粒（ZnO NPs）。研究人员通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）、紫外-可见分光光度法（UV-Vis）、X射线衍射（XRD）、场发射扫描电子显微镜-能谱仪（FE-SEM-EDX）及ζ电位测量对MT-ZnO NPs进行了表征，确认其呈球形、具有结晶性、平均粒径约为100 nm且具备稳定性。MT-ZnO NPs对铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）和大肠杆菌（Escherichia coli）表现出强效抗菌活性，对黑曲霉（Aspergillus niger）表现出抗真菌活性。抗氧化活性显著，在100 μg/mL浓度下DPPH（2,2-二苯基-1-苦基肼）清除率达45.32%，接近抗坏血酸（53.99%）。在体外细胞毒性测试中，对A-375黑色素瘤细胞表现出强抗癌活性（74.3%），高于正常NHEK细胞（42.3%），研究人员认为这归因于活性氧（ROS）介导的凋亡。制备成凝胶制剂的MT-ZnO纳米颗粒在60分钟内显示90%的驱蚊效果，6小时后逐渐降至约65%，且对皮肤无不良影响。这些发现表明，MT-ZnO纳米颗粒是一种前景广阔的环保制剂，可用于护肤、抗菌治疗及蚊媒疾病预防。

研究背景方面，纳米技术领域聚焦于分子与原子水平材料的设计、合成与表征，金属氧化物纳米颗粒因在电子、能源、医学及环境保护中的广泛应用备受关注。氧化锌纳米颗粒（ZnO NPs）凭借大比表面积、低毒性、耐紫外线及高抗菌与光催化活性等特性，适用于紫外线过滤剂、抗菌剂、药物递送及化妆品等领域。传统化学与物理合成方法常涉及高成本与有害化学品，而绿色合成利用植物提取物中植物化学成分的固有还原与稳定能力，成为环保替代方案。Morinda tinctoria（MT，又称Indian mulberry）叶提取物富含多糖（如果胶、半纤维素、纤维素）及黄酮类、生物碱、萜类与酚类化合物，具备抗氧化、抗炎与免疫调节效应，但其用于多功能生物医学与驱蚊应用的研究有限。现有绿色合成ZnO NPs研究多集中于抗菌活性，整合抗氧化、抗癌与驱蚊效应的综合研究较少。蚊媒疾病（如登革热、疟疾、寨卡病毒）对全球健康构成威胁，传统驱蚊剂如DEET（N,N-二乙基-间甲苯甲酰胺）存在毒性、皮肤刺激与环境可持续性顾虑。因此，研究人员假设MT叶提取物中的多糖与生物活性植物化学成分可支持生物合成ZnO NPs的包覆、稳定性与多种生物活性，开发兼具抗菌与驱蚊特性的多功能解决方案，评估MT介导ZnO NPs（MT-ZnONPs）在抗菌治疗、抗氧化、抗癌及虫媒病控制中的应用，并评价其凝胶制剂效能。

关键技术方法方面，研究人员采集自印度Ranipet地区的Morinda tinctoria叶片经清洗、干燥、粉碎后制备水提物（pH 6.8 ± 0.2），与乙酸锌二水合物溶液混合生物合成ZnO NPs，经干燥与400 °C煅烧3小时提升结晶度与纯度。表征技术包括紫外-可见分光光度法（UV-Vis）监测吸收峰、傅里叶变换红外光谱（FT-IR，500–4000 cm^?1）分析官能团、X射线衍射（XRD，Cu Kα辐射，λ = 1.5406 ?）解析晶体结构、场发射扫描电子显微镜-能谱仪（FE-SEM-EDX）观察形貌尺寸与元素组成、ζ电位分析稳定性。生物活性评价采用孔扩散法测抗菌（6种菌株）与抗真菌（3种真菌）活性、DPPH自由基清除实验测抗氧化活性、MTT法测A-375黑色素瘤细胞与NHEK正常人类表皮角质细胞毒性（200–1000 μg/mL）及DCFH-DA染色测ROS水平。凝胶以1% Carbopol 940为基质加入2% w/w ZnO NPs与5%甘油，三乙醇胺调pH至6.5–7.0；驱蚊效力经机构伦理委员会批准（No. 05/Faculty/IEC/MMCHRI/2024），由健康志愿者前臂涂0.5 g凝胶（10 cm²）与无NPs对照凝胶及10% DEET市售驱蚊剂比较，观察30分钟互动，n = 3重复。数据以均值±标准差表示，单因素方差分析与Tukey事后检验判定显著性（p < 0.05），GraphPad Prism 8与IBM SPSS 21.0计算IC₅₀。

研究结果部分，各小节结论如下：

3.1. Characterization of MT-ZnONPs analysis：FT-IR光谱在1642 cm^?1（C＝C双键伸缩振动）、1419 cm^?1（氨基酸C–H弯曲振动）、1071 cm^?1（C–O单键伸缩振动）及873、712、544 cm^?1显示羧基、卤代烷与乙腈的C–O伸缩振动，表明MT叶提取物中生物分子含还原Zn²⁺为ZnO NPs的官能团并起包覆作用。UV-Vis光谱在400 nm处出现典型吸收峰，带隙能对应3.28 eV，证实表面等离子体振荡激发与ZnO NPs有效合成。XRD图谱在2θ值为31.81、34.51、36.32、64.56、62.96、67.97显示衍射峰，分别对应（100）、（002）、（101）、（102）、（102）、（103）、（200）晶面，JCPDS标准显示（101）面2θ为36.32°，证实结晶球形结构且无杂质峰。FE-SEM显示颗粒呈球形与棒状、约100 nm、分散均匀聚合少；EDX确认含Zn元素；ζ电位为?5.8 mV，证实合成颗粒稳定性与适用性。

3.2. Antimicrobial activity：3.2.1. Antibacterial activity of MT-ZnO NPs：井扩散法显示MT-ZnO NPs对革兰氏阴性与阳性菌呈浓度依赖性抗菌活性，阴沟肠杆菌（Enterobacter cloacae）在25 μL时抑菌圈最大（20 ± 0.5 mm），其次为铜绿假单胞菌（18 ± 0.4 mm）与大肠杆菌（17 ± 0.3 mm）；金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）与枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）在25 μL时为11 ± 0.2 mm；化脓性链球菌（Streptococcus pyogenes）无抑菌圈；阳性对照环丙沙星为18–34 mm。3.2.2. Antifungal activity of MT-ZnO NPs：在20–80 μg/mL浓度下对黑曲霉（Aspergillus niger）、白色念珠菌（Candida albicans）与新形态隐球菌（Cryptococcus neoformans）呈浓度依赖性抗真菌活性，黑曲霉在80 μg/mL时抑菌圈18 ± 0.5 mm最优，白色念珠菌在80 μg/mL为11 ± 0.3 mm，新形态隐球菌在80 μg/mL为17 ± 0.4 mm；阳性对照两性霉素B（25 μg/mL）分别为22、32、13 mm。

3.3. Antioxidant activity：DPPH自由基清除率随MT-ZnO NPs浓度增加而提升，在100 μg/mL时为45.32%，标准抗坏血酸同浓度为53.99%；研究显示绿色材料基纳米颗粒在超过150或200 μg/mL时可达更高抑制率（Ag-NP 55.52%，Au 77.39%）。

3.4. Cytotoxicity studies of NHEK and A?375 cancer cells：MTT法显示800 μg/mL MT-ZnO NPs处理24小时后，A-375皮肤癌细胞存活率降至74.3%，NHEK正常细胞为42.3%；剂量依赖性显示200–1000 μg/mL存活率分别为100.45%、96.12%、93.79%、74.3%、15.4%。MT叶提取物对正常细胞IC₅₀为608.5 μg/mL，对癌细胞为800.10 μg/mL。3.4.1. ROS activity on A?375 and NHEK cells：50与100 μg/mL MT-ZnO NPs显著提升A-375与NHEK细胞中DCFH-DA染色的ROS水平，A-375细胞呈强绿色荧光，表明NPs诱导氧化应激致凋亡。

3.5. Composition of gel and mosquito repellent：含2% w/w MT-ZnO NPs的Carbopol 940凝胶初始驱蚊保护率为90 ± 3%，6小时后降至65 ± 2%，无皮肤刺激；无NPs对照凝胶为18 ± 2%与5 ± 1%；10% DEET市售驱蚊剂为95 ± 2%与72 ± 3%且部分志愿者轻度刺激，表明MT-ZnO NP凝胶安全性与有效性接近化学驱蚊剂。

讨论部分总结，研究人员指出MT叶提取物生物合成ZnO NPs为传统合成的可持续替代，FT-IR、UV-Vis、XRD、FE-SEM-EDX与ζ电位阐明其光学、结构与形态特征，适用于抗菌涂层与防晒。提取物中生物分子作为还原剂与包覆剂稳定颗粒，C＝O与C–O等官能团增强膜相互作用、分散性与耐久性。抗菌源于纳米尺寸、大比表面积、ROS生成与Zn²⁺释放致膜破坏、蛋白变性及胞内泄漏，革兰氏阴性菌因肽聚糖层薄更敏感。抗真菌通过紧密接触、ROS与Zn²⁺抑制代谢致线粒体损伤与内容泄漏，黑曲霉最敏感。抗氧化与DPPH清除关联颗粒表面植物化学成分，抗癌通过ROS介导线粒体凋亡与DNA片段化，对癌细胞选择性高于正常细胞。凝胶驱蚊源于物理屏障与ZnO NPs干扰蚊虫嗅觉受体，90%初始保护且无刺激，具环境友好与长期潜力。局限性为仅体外评估、缺体内毒理与药理、凝胶长期稳定性与现场验证不足、ROS与死亡机制需分子水平深入。

结论部分翻译，总之，本研究证明Morinda tinctoria介导的ZnO纳米颗粒在环境健康应用中具前景。合成的MT-ZnO纳米颗粒对病原微生物表现出强抗菌与抗真菌活性，具显著抗氧化潜力及对A?375黑色素瘤细胞的选择性抗癌活性，同时对正常NHEK细胞保持良好相容性。此外，MT-ZnO纳米颗粒掺入外用凝胶制剂提供有效驱蚊活性，暗示其在减少蚊媒疾病暴露中的潜在用途。抗菌、抗氧化、抗癌与驱蚊的综合特性凸显了这些绿色合成纳米颗粒作为可持续纳米材料在环境健康与疾病预防中的重要价值。尽管结果令人鼓舞，在考虑大规模生物医学与公共卫生应用前，仍需进一步开展体内研究、长期毒性评价、制剂稳定性与实地验证。

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