微波辅助淀粉稳定绿色合成氧化锌纳米颗粒及其抗菌与光催化应用研究

研究人员针对传统纳米颗粒合成方法污染大、效率低的问题，采用微波辅助绿色合成技术，以淀粉为稳定剂、D-葡萄糖为还原剂，成功制备了粒径40-90 nm的氧化锌纳米颗粒(ZnO NPs)。该研究通过UV-Vis、FT-IR、XRD等表征证实产物具有24.41 nm晶粒尺寸和3.33 eV带隙，对革兰氏阴性菌(如大肠杆菌)和阳性菌(如金黄色葡萄球菌)的抑菌圈达11-13.5 mm，对亚甲基蓝的光催化降解率达98.32%。该成果为环境友好型纳米材料在医疗和环境治理领域的应用提供了新思路。

　　

在环境污染和抗生素耐药性日益严重的今天，开发高效、环保的多功能纳米材料成为研究热点。传统纳米颗粒合成常使用有毒化学试剂，且能耗高、粒径控制困难。氧化锌纳米颗粒(ZnO NPs)因其优异的光电性能和广谱抗菌性备受关注，但现有合成方法难以兼顾环境友好性与性能优化。

针对这一挑战，达卡大学应用化学与化学工程系的研究人员创新性地将微波技术与生物分子模板相结合，在《Scientific Reports》发表了淀粉稳定化绿色合成ZnO NPs的研究。该团队利用玉米淀粉的羟基与Zn²⁺配位形成三维网络，D-葡萄糖作为还原剂，通过微波辐射加速反应，仅需4.5分钟即可完成纳米颗粒成核。

研究采用多尺度表征技术：UV-Vis光谱确定373 nm特征吸收峰，FT-IR检测到476.62 cm^-1处Zn-O键振动峰，XRD证实纤锌矿结构，SEM显示近球形形貌。通过计算带隙(3.33 eV)和晶粒尺寸(24.41 nm)，揭示了材料的光催化机理。抗菌实验采用Mueller-Hinton琼脂扩散法，生物膜活性通过结晶紫染色微孔板法评估，光催化性能以亚甲基蓝为模型污染物测试。

合成机理

淀粉的羟基与Zn²⁺形成配位复合物，微波辐射促使葡萄糖氧化为葡萄糖酸，与Zn²⁺形成胶束结构。碱性条件下(pH=13)加速Zn(OH)₂沉淀，500℃煅烧后获得纯净ZnO NPs。该过程通过淀粉的空间位阻效应控制颗粒尺寸，微波均匀加热避免局部过热导致的团聚。

抗菌性能

对四种病原体的抑制实验显示：30 mg/mL浓度下，金黄色葡萄球菌(S. aureus)抑菌圈最大(13.5±0.01 mm)，其次为肺炎克雷伯菌(Klebsiella spp., 12.4±0.02 mm)。值得注意的是，革兰氏阳性菌因较厚的肽聚糖层更易受纳米颗粒渗透，其生物膜存活率降至47.53%(log减少0.33)，显著优于革兰氏阴性菌。

光催化活性

在太阳光照射280分钟后，ZnO NPs对亚甲基蓝(MB)的降解率达98.32%，反应速率常数(0.0089 min^-1)是空白组的5倍。作者提出界面反应机制：ZnO受光激发产生电子-空穴对，进而形成·OH和·O₂^-等活性氧物种，最终将染料矿化为CO₂和H₂O。

该研究的意义在于：①开发了无需有机溶剂的绿色合成路径，反应时间从传统方法的数小时缩短至分钟级；②阐明了淀粉分子量对纳米颗粒尺寸的调控规律，为其他金属氧化物合成提供借鉴；③证实ZnO NPs对耐药菌株和生物膜的双重抑制作用，在医疗器械涂层领域具应用潜力；④光催化性能优于多数文献报道值(如对比沉淀法合成的81-92.5%降解率)，为污水处理提供了新材料选择。

正如作者Md Ashaduzzaman团队强调的，这种方法可扩展用于纺织、农业等领域的纳米材料生产。未来研究需关注纳米颗粒在复杂环境介质中的长期稳定性，以及规模化生产的成本控制问题。该成果为实现联合国可持续发展目标(SDGs)中"清洁饮水和卫生设施"提供了创新技术支撑。