BaSO4@SiO2核壳结构与BaSO4@ZIF-8纳米复合材料的绿色合成：细胞毒性评估与光催化性能突破

本研究针对纳米材料在生物医学与环境治理中的应用瓶颈，通过绿色合成法成功制备BaSO4@SiO2核壳结构与BaSO4@ZIF-8纳米复合材料。采用XRD、FTIR、FESEM等技术证实材料具有正交晶系/单斜晶系结构及球形形貌，光催化降解亚甲基蓝(MB)效率分别达95.9%和98.57%，细胞毒性实验显示IC50值为232.2-5 μg/mL。该研究为开发低毒高效的多功能纳米材料提供了新策略。

　　

在纳米科技迅猛发展的今天，材料尺寸突破100纳米界限后展现出的独特电学、机械和光学特性，正推动着医疗诊断、环境治理等领域的革新。然而，如何平衡纳米材料的生物相容性与功能效率，仍是横亘在科研人员面前的重大挑战。传统造影剂如硫酸钡(BaSO₄)虽广泛应用于医学影像，但其团聚倾向和有限的功能扩展性制约着进一步发展。与此同时，工业染料废水处理亟需开发能高效降解有机污染物的新型光催化剂。这一背景下，来自伊朗马什哈德菲尔多西大学和马什哈德医学科学大学的Mohsen Ahmadzadeh团队创新性地将BaSO₄与两种功能基质结合，通过绿色合成路线构建出兼具生物安全性与催化活性的纳米复合材料。

研究团队采用低温水热法合成BaSO₄@SiO₂核壳结构，通过超声辅助使TEOS在BaSO₄表面水解缩合；同时利用溶剂热法构建BaSO₄@ZIF-8复合材料，借助Zn²⁺与2-甲基咪唑的配位作用在BaSO₄表面生长ZIF-8晶格。实验选用B16-F0黑色素瘤细胞系（来源自伊朗巴斯德研究所）进行细胞毒性评估，通过MTT法测定半抑制浓度。光催化性能测试采用10^-5 M亚甲基蓝溶液为模型污染物，在UV-A光源下监测降解FTIR分析揭示了材料的关键化学键特征：BaSO₄@SiO₂在642 cm^-1处的特征峰对应S-O弯曲振动，而BaSO₄@ZIF-8在420 cm^-1出现的Zn-N键振动证实了ZIF-8的成功负载。UV-Vis光谱显示两者带隙能分别为5.5 eV和5.04 eV，PL光谱中571 nm与551 nm的发射峰表明材料具有显著的荧光特性。

PXRD图谱确认了材料的晶体结构：BaSO₄保持正交晶系（Pnma空间群），SiO₂壳层呈现单斜晶系（C12/c1），ZIF-8则显示立方晶系（Pn-3m）。Scherrer公式计算得出晶体尺寸为35.6 nm和28.4 nm，FESEM图像显示两种材料均具有50 nm左右的球形形貌且分散均匀。值得注意的是，BaSO₄@ZIF-8的BET比表面积高达365.14 m²/g，其3.423 nm的孔径分布为污染物吸附提供了理想场所。

细胞毒性实验显示，BaSO₄@SiO₂的IC₅₀值（232.2 μg/mL）低于BaSO₄@ZIF-8（537.5 μg/mL），表明ZIF-8包覆显著提升了生物相容性。研究人员提出其毒性机制可能与纳米材料诱导的活性氧(ROS)爆发有关，羟基自由基攻击DNA导致细胞凋亡。在环境应用方面，120分钟UV-A光照下，两种材料对MB的降解率分别达到96%和98.5%，动力学分析符合准一级反应模型，速率常数分别为0.0211 min^-1和0.0205 min^-1。光催化机理研究表明，紫外激发产生的电子-空穴对(e^--h⁺)与环境中H₂O/O₂作用生成·OH和O₂^-自由基，这些活性物种最终分解染料分子。

该研究通过巧妙的材料设计，将传统造影剂BaSO₄转化为多功能纳米平台。BaSO₄@ZIF-8展现的高比表面积和酸响应特性，为靶向药物输送提供了新思路；而创纪录的光催化效率（较纯BaSO₄提升近10%）使其在废水处理领域具有应用潜力。特别值得注意的是，这是首次系统评估BaSO₄基复合材料在黑色素瘤细胞系的毒性效应，为后续生物医学应用提供了重要剂量参考。尽管研究存在未阐明协同作用机制等局限，但其建立的绿色合成策略为开发"诊疗一体化"纳米材料开辟了新途径，相关成果已发表于《Scientific Reports》期刊。