源自葫芦巴的可持续植物化学物质介导的ZnO纳米颗粒，用于毒理学评估及多功能环境应用

《Environmental Nanotechnology, Monitoring & Management》：Sustainable phytochemical mediated-ZnO nanoparticles derived from Crescentia cujete for toxicological evaluation and multifunctional environmental applications

　　

摘要

由于可持续纳米技术的需求，人们正在研究金属氧化物纳米粒子的绿色合成方法。在本研究中，以Crescentia Cujete的叶提取物作为天然生物还原剂，用于环保地合成氧化锌纳米粒子。该提取物中的植物化学物质兼具还原和封端功能。这种植物介导的合成方法为传统化学工艺提供了可持续的替代方案。所合成的绿色氧化锌纳米粒子为晶体结构，属于六方纤锌矿结构，尺寸在20–50纳米之间。通过光降解伊红黄、孔雀石绿、活性黑和罗丹明B等染料，验证了这些氧化锌纳米粒子的强光催化活性。体外细胞毒性试验表明，其在亚致死浓度下毒性较低，具备生物相容性，可用于生物医药领域。此外，在针对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌测试中，也观察到了明显的剂量依赖性抑制效应。本研究表明，C. cujete叶提取物可用来以最低毒性合成具有抗菌及环境修复功能的氧化锌纳米粒子。

引言

氧化锌纳米粒子在材料科学各个领域都有广泛应用，包括电子学、水净化、催化、光电子学、纺织业、生物科学技术以及制药科学等领域（Hatamie等人，2015a；Hatamie等人，2015b；Muchinthala和Losetty，2025a；Muchinthala和Losetty，2025b）。除了在生物医药和纺织领域得到广泛应用外，氧化锌纳米粒子还具有抑制细菌生长的能力。其白色的外观尤为显著（Fouda等人，2018a；Fouda等人，2018b；Shaheen等人，2016a；Shaheen等人，2016b）。随着氧化锌纳米粒子应用范围的不断扩大，人们迫切需要通过多种途径来开发这类纳米粒子（Saha等人，2018a；Saha等人，2018b；Yadav等人，2016a；Yadav等人，2016b）。大多数研究人员已经成功使用溶胶-凝胶、溅射、物理和化学气相沉积等传统无机方法，合成了球形、棒状和金字塔形等多种结构的氧化锌纳米粒子（Gaur等人，2024a；Gaur等人，2024b；Rasool等人，2023a；Rasool等人，2023b；Toma等人，2025a；Toma等人，2025b）。不过，这些方法得到的氧化锌纳米粒子虽然纯度很高，但会产生有害有毒物质，且难以处理（Chikkanna等人，2018a；Chikkanna等人，2018b；Maijan等人，2024a；Maijan等人，2024b）。为解决这一问题，研究人员开始尝试基于绿色化学的替代制备方法，以减少高毒性物质的产生（Muchinthala和Losetty，2025a；Muchinthala和Losetty，2025b；Zolfaghari等人，2026）。

采用绿色合成路线可以克服纳米粒子物理化学制备过程中存在的问题（Muchinthala和Losetty，2025a；Muchinthala和Losetty，2025b；Vinayagam等人，2020a；Vinayagam等人，2020b）。此外，这种环保的合成方法仅依赖植物提取物，从而避免了使用有害的化学氧化剂和还原剂（Edo等人，2025a；Edo等人，2025b；Renuka等人，2026a；Renuka等人，2026b）。利用植物提取物进行纳米粒子的绿色合成，因其无污染、环保、无毒且具备生物相容性，非常适合大规模工业化生产。植物提取物中的生物活性植物化学物质可作为螯合剂、封端剂和稳定剂，帮助降解固体金属离子，防止金属纳米粒子聚集（Subramani和Incharoensakdi，2024a；Subramani和Incharoensakdi，2024b；Villagrán等人，2024a；Villagrán等人，2024b）。早期研究显示，通过绿色化学方法制备的金属氧化物往往具有更优的层级结构/形态以及更好的物理化学性质，优于通过物理或化学方法合成的纳米粒子（Darvishi等人，2019a；Darvishi等人，2019b；Saha等人，2023a；Saha等人，2023b）。诸如Plectranthus amboinicus、Ceropegia candelabrum、Costus pictus、Passiflora caerulea、Syzygium cumini、Artocarpus gomezianus以及Raphanus sativus等多种植物的提取物也被用于氧化锌纳米粒子的制备（Murali等人，2021a；Murali等人，2021b）。不过，研究认为，即便改变生物催化剂，通过调整物理化学参数以及相关生物医学特性，对氧化锌纳米粒子形成的影响也较为有限（Naseer等人，2020a；Naseer等人，2020b）。由于金属氧化物纳米粒子危害较小、环境友好且应用范围广泛，尤其是氧化锌纳米粒子，已成为环境中污染物矿化与分解领域的优质光催化剂（Marin-Ramirez等人，2024a；Marin-Ramirez等人，2024b；Subramani等人，2025b）。药用植物Crescentia cujete俗称葫芦植物，含有大量的植物化学物质，如黄酮类、多酚类和皂苷类。它在从天然物质制备氧化锌纳米粒子的过程中发挥着双重作用：既能将锌盐转化为中间化合物，又能通过热处理进一步将其转化为氧化锌纳米粒子（Eram等人，2021a；Eram等人，2021b；Kaneko等人，1998a；Kaneko等人，1998b）。同时，这些植物化学物质还能通过包裹新生成的纳米粒子表面来起到稳定作用，从而避免粒子团聚，更好地控制粒子的大小和形状。如此得到的纳米粒子通常体积更小、结晶度更高且更稳定（Bahari等人，2023a；Bahari等人，2023b）。重要的是，这些生物分子存在于氧化锌纳米粒子表面，能够提升其性能，尤其是在光催化和生物医学等领域（Jothibas等人，2023a；Jothibas等人，2023b）。

本研究旨在开发一种环境友好的氧化锌纳米粒子合成方法，以C. cujete叶提取物作为天然还原剂和稳定剂，醋酸锌作为金属前驱体。通过X射线衍射、傅里叶变换红外光谱、带能量色散X射线光谱的场发射扫描电子显微镜、布鲁诺尔-埃米特-泰勒比表面积测定法、热重分析、紫外-可见光谱、光致发光以及X射线光电子能谱等技术，对所合成的氧化锌纳米粒子进行了全面的表征，确定了其晶体结构、形态、元素组成、光学行为以及表面性质。随后，通过有机染料的光催化降解、自由基清除（抗氧化）活性、针对临床相关菌株的抗菌活性以及体外生物相容性试验，研究了这些纳米粒子的多功能性能。本研究的创新之处在于首次系统证明了C. cujete叶提取物可作为有效的绿色生物催化剂，用于制备具有多种功能性的氧化锌纳米粒子，实现了环保合成与全面的环境及生物医学性能评估的结合。由于使用了天然存在的植物化学物质，无需使用有毒化学试剂，使得该合成过程更加绿色、安全且可持续。出色的光催化效率、强大的抗氧化和抗菌活性，再加上良好的生物相容性，都表明这类生物合成的氧化锌纳米粒子是用于废水处理、抗菌表面涂层、生物医学装置、伤口愈合、药物递送、生物传感以及其他环境友好型纳米技术应用领域的极具前景的多功能纳米材料。

章节节选

植物叶片样本采集

从泰国曼谷朱拉隆功大学理科学院获取了处于幼嫩健康状态（无患病迹象）的C. cujete叶片。之后，这些叶片用自来水清洗了四次，再用双蒸馏水清洗，以去除样本表面的所有灰尘。随后，将这些叶片置于室温下风干两周。

C. cujete叶提取物的制备

将干燥后的C. cujete叶片用家用工具碾碎成粗粉

氧化锌纳米粒子的形成

利用C. cujete叶提取物绿色合成氧化锌纳米粒子的过程包含配位、水解、成核、晶体生长以及稳定等多个步骤。首先，醋酸锌会解离出Zn²⁺离子，这些离子会与叶提取物中所含的黄酮类、多酚类、单宁类以及蛋白质等植物化学物质的羟基、羰基和氨基功能团发生配位反应。这些生物分子不仅能够促使锌前驱体发生水解，还能控制氧化锌纳米粒子的成核与生长，并发挥相应作用

结论

本研究表明，C. cujete叶提取物是一种可用于可持续生产氧化锌纳米粒子的优质生物介质，可有效替代传统的化学合成方法。该提取物中的植物化学物质能够稳定氧化锌表面，促进纳米粒子的形成，最终得到具有六方纤锌矿结构、尺寸处于纳米级的规则晶体纳米粒子。这些纳米粒子不仅合成高效，结构完整，表面功能性强，而且质地也较为适宜

CRediT作者贡献说明

Karthik Subramani：撰写——初稿、方法学、实验研究、数据整理、概念设计。Surendhiran Srinivasan：方法学、实验研究、软件应用。Paramasivam Shanmugam：实验研究。Chella Perumal Palanisamy：实验研究。Faridah Sonsudin：实验研究。Sirilux Poompradub：撰写——审稿与编辑、项目监督、资源协调、项目管理、资金申请、概念设计。

未引用参考文献

Ahmad等人，2025b

Angamuthu等人，2026b

Bano等人，2023a

Bano等人，2023b

Behin等人，2025a

Behin等人，2025b

Huyen等人，2026a

Huyen等人，2026b

Kandasamy等人，2025b

《材料科学与工程B》，日期不详

Mohammadi等人，2025a

Mohammadi等人，2025b

Muthulakshmi等人，2026b

Naren Vidaarth等人，2025c

Naren Vidaarth等人，2025d

Subramani等人，2025c

Subramani等人，2025d

Wu等人，2025a

Wu等人，2025b

利益冲突声明

作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知利益冲突或个人关系。

致谢

本研究得到了泰国曼谷朱拉隆功大学第二世纪基金（C2F）的资助。作者Karthik Subramani对C2F提供的极具吸引力的博士后奖学金表示衷心感谢。

Karthik Subramani|Surendhiran Srinivasan|Paramasivam Shanmugam|Chella Perumal Palanisamy|Faridah Sonsudin|Sirilux Poompradub

泰国曼谷10330，朱拉隆功大学理科学院化学技术系