利用节旋藻生物合成氧化锌纳米颗粒的多效能研究

为解决抗菌、抗癌及植物抗逆问题，研究人员开展节旋藻合成 ZnO NPs 研究，发现其有多种功效，意义重大。

　　纳米技术在医疗和农业领域展现出巨大潜力，其中纳米材料因独特的性能备受关注。然而，传统的纳米颗粒合成方法存在诸多弊端，如产生有毒副产物、需要高能量输入等。在抗菌方面，抗生素耐药性问题日益严重，细菌生物膜使得传统抗生素难以发挥作用；在癌症治疗领域，寻找高效且低毒的抗癌药物迫在眉睫；在农业生产中，气候变化和土壤污染给植物生长带来诸多挑战，如何提高植物对环境胁迫的耐受性是亟待解决的问题。

为了解决这些问题，埃及坦塔大学的研究人员开展了一项研究，旨在利用节旋藻（Arthrospira platensis）的细胞碎片代谢物生物合成氧化锌纳米颗粒（ZnO NPs），并探究其抗菌、抗生物膜、抗癌活性以及对蚕豆（Vicia faba (L.)）幼苗铜胁迫的缓解作用。该研究成果发表在《Journal of Soil Science and Plant Nutrition》上。

研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：首先，通过培养节旋藻获取其生物质，用于 ZnO NPs 的生物合成；其次，采用 X 射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和紫外 - 可见光谱（UV - Vis）等多种表征技术，对合成的 ZnO NPs 进行全面分析；然后，利用抑菌圈实验、生物膜形成实验、细胞毒性实验等方法，分别检测 ZnO NPs 的抗菌、抗生物膜和抗癌活性；最后，通过设置不同处理组，研究 ZnO NPs 对铜胁迫下蚕豆幼苗生长、生理指标的影响。

研究结果如下：

1. 纳米颗粒的合成与表征：研究发现节旋藻合成 ZnO NPs 的产量较高。通过多种表征技术分析显示，合成的 ZnO NPs 呈球形，粒径在 11 - 20nm 之间，平均粒径约为 16nm，具有典型的六边形纤锌矿结构。其特征吸收峰表明，节旋藻中的生物分子参与了纳米颗粒的形成过程，且该纳米颗粒具有良好的稳定性。
2. 抗菌和抗生物膜活性：ZnO NPs 对多种病原菌表现出抗菌活性，对革兰氏阳性菌的抑制作用强于革兰氏阴性菌。同时，ZnO NPs 对铜绿假单胞菌生物膜的形成具有显著抑制作用，随着 ZnO NPs 浓度的增加，生物膜形成量逐渐减少。
3. 抗癌活性：在体外实验中，ZnO NPs 对人肝癌细胞系 Hep - G2 具有明显的细胞毒性，随着 ZnO NPs 浓度的升高，细胞活力显著降低，表明其具有潜在的抗癌应用价值。
4. 对蚕豆幼苗的影响：铜胁迫显著抑制了蚕豆幼苗的生长，降低了其光合色素含量和光合效率，同时导致活性氧积累和膜脂过氧化。而 ZnO NPs 处理能够有效缓解铜胁迫对蚕豆幼苗的负面影响，提高其生长指标、光合效率和抗氧化酶活性，降低活性氧和丙二醛（MDA）含量，促进植物体内渗透调节物质和抗氧化物质的积累。

研究结论表明，利用节旋藻生物合成的 ZnO NPs 是一种稳定且可持续的纳米材料。它不仅具有强大的抗菌、抗生物膜和抗癌特性，还能有效缓解蚕豆在铜胁迫下受到的伤害，帮助植物恢复正常生长。在细胞和分子水平上，ZnO NPs 通过调节植物的抗氧化防御系统、促进光合作用等多种途径，提高了植物的抗逆性。此外，ZnO NPs 在生物体内的作用机制较为复杂，涉及多个细胞和分子通路，其对不同生物过程的影响为进一步研究纳米材料在生物领域的应用提供了重要线索。

这项研究为纳米材料的绿色合成提供了新的思路，同时也为解决抗菌、抗癌和农业环境胁迫等问题提供了潜在的解决方案，具有重要的理论和实践意义，有望推动相关领域的进一步发展。