ZnO-NP掺杂明胶/PEG/壳聚糖复合膜的制备与表征及其在药物和染料光催化降解方面的应用

《RSC Advances》：Fabrication and characterization of ZnO-NP-doped gelatin/PEG/chitosan composite films for the pharmaceutical and photocatalytic degradation of dyesOpen Access

　　

采用溶液浇铸/超声法制备了掺杂不同含量（0.5–2.5% w/w）氧化锌纳米颗粒（ZnO-NPs）的明胶/聚乙二醇/壳聚糖（GPC）复合膜。通过共沉淀法成功合成了平均晶粒尺寸为10.20 nm的ZnO-NPs，并利用傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）证实了GPC/ZnO纳米复合膜的形成。UV-vis漫反射分析显示，光学带隙从纯ZnO的约3.24 eV小幅下降至含2.5% ZnO的GPC–ZnO的3.18 eV。FT-IR光谱揭示了酰胺I、酰胺II和O–H/N–H伸缩带的红移，证实了ZnO-NPs与聚合物官能团之间存在强烈的氢键和配位相互作用。XRD研究表明，在高达2%的载量下，ZnO NPs的六方纤锌矿结构在无定形生物聚合物基质中得以保留。SEM研究证实NPs在生物聚合物中均匀分散，无任何团聚。力学性能和水阻隔性能（水蒸气透过率、吸湿率和水溶性）、抗菌活性（大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌）以及2,2-二苯基-1-苦基肼（DPPH）抗氧化活性在2% ZnO载量时均达到最大值。光催化测试结果显示，在最佳催化剂剂量（0.5 g/100 mL）下，GPC–ZnO纳米复合材料对直接绿6（Direct Green 6）染料的降解率高达约95%，而纯ZnO-NPs约为68%。降解效率在pH 5–7以及温度从30 °C升至50 °C时更为有利。基于上述生物学结果和染料光催化降解效果，本文所报道的ZnO-NP掺杂GPC纳米复合膜有望作为多功能材料，应用于伤口敷料或抗菌屏障膜以及含染料废水的光催化处理。

**论文解读：ZnO-NP掺杂明胶/PEG/壳聚糖复合膜的多功能性能研究**

明胶、聚乙二醇（PEG）和壳聚糖均为药学领域广泛应用的生物聚合物，具有优良的生物相容性、生物降解性和伤口愈合特性。氧化锌纳米颗粒（ZnO-NPs）与这些聚合物复合可构建兼具抗菌、抗氧化和光催化功能的多功能纳米复合材料。然而，目前关于ZnO-NP浓度变化对明胶/PEG/壳聚糖（GPC）复合膜综合性能的影响缺乏系统对比研究。此外，偶氮染料直接绿6（DG-6）因结构稳定而难生物降解，对水环境造成严重污染。因此，研究人员制备了不同ZnO-NPs载量（0.5–2.5% w/w）的GPC复合膜，系统评估其理化、力学、阻隔、抗菌、抗氧化及光催化性能，旨在优化配方以实现制药和环境修复应用。该研究发表于《RSC Advances》。

研究人员采用共沉淀法合成ZnO纳米颗粒，通过溶液浇铸/超声法制备GPC复合膜。主要技术方法包括：利用傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和X射线衍射（XRD）分析化学结构与晶相，扫描电子显微镜（SEM）观察形貌，UV-vis漫反射光谱（DRS）评估光学带隙；力学性能通过拉伸测试测定；水阻隔性能通过水蒸气透过率（WVP）、吸湿率（MA）和水溶性（WS）评估；抗菌活性采用纸片扩散法对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌进行测试；抗氧化活性通过DPPH自由基清除实验测定；光催化性能通过可见光下降解DG-6染料评估，并进行自由基捕获实验探究机理。所有测试均重复三次。

**FTIR分析**：FT-IR光谱显示，与纯GPC膜相比，2.5% ZnO-NP掺杂膜的酰胺I、酰胺II和O–H/N–H伸缩带发生红移，且Zn–O伸缩振动出现在648 cm^?1，表明ZnO-NPs与聚合物官能团之间形成强氢键和配位相互作用，证实纳米颗粒成功掺入并形成稳定网络。

**XRD分析**：XRD图谱显示，ZnO-NPs在2θ≈32.0°、34.5°、36.3°等处的衍射峰对应六方纤锌矿结构（JCPDS 36-1451）。在GPC–ZnO膜中，这些特征峰叠加于无定形聚合物的弥散峰之上，且无杂质峰，表明当载量不超过2%时晶相保持完整。Debye–Scherrer计算得到平均晶粒尺寸约10.20 nm。

**UV-vis漫反射和光学带隙分析**：通过Kubelka–Munk函数转换的Tauc图外推，纯ZnO的光学带隙为3.24 eV，而GPC–ZnO（2.5% ZnO）为3.18 eV，仅降低约0.06 eV。说明带隙变化微小，增强的光催化活性归因于ZnO分散性、染料吸附及载流子复合抑制等协同效应。

**SEM形貌**：SEM图像显示，ZnO