氧化锌纳米结构尺寸效应对有机染料光降解及抗癌应用的深度研究

本研究针对废水中有机染料污染和癌症治疗两大难题，通过绿色合成和化学方法制备了不同尺寸的氧化锌纳米颗粒(ZnO NPs)和量子点(ZnO QDs)。研究发现ZnO QDs因其小尺寸(7.5nm)在光催化降解亚甲基蓝(MB)和罗丹明6G(Rh 6G)方面表现优异，而ZnO NPs(35nm)则对乳腺癌(T-47D)和前列腺癌(DU-145)细胞显示出更强的抗癌活性(IC50低至13.3μg/ml)。该研究为环境治理和抗癌治疗提供了新型纳米材料选择。

　　

随着工业废水排放增加，有机染料污染已成为严峻的环境问题。传统处理方法如吸附和膜过滤存在效率低、成本高等缺陷。与此同时，癌症作为全球主要死因之一，迫切需要开发新型治疗策略。纳米技术的兴起为解决这些问题提供了新思路，其中氧化锌(ZnO)因其独特的光电特性和生物相容性备受关注。然而，纳米材料尺寸对其性能的影响机制尚不明确，这成为制约其应用的关键瓶颈。

研究人员通过绿色合成和化学沉淀法分别制备了35nm的ZnO NP_s和7.5nm的ZnO QD_s。采用X射线衍射(XRD)、高分辨透射电镜(HRTEM)和紫外-可见光谱(UV-Vis)等技术表征材料特性。光催化实验使用氙灯模拟紫外照射，通过监测染料吸光度变化评估降解效率。抗癌活性通过MTT法测定，测试了材料对乳腺癌(T-47D)、前列腺癌(DU-145)细胞和人皮肤成纤维细胞(HSF)的毒性。

X射线衍射

XRD分析证实两种材料均为六方纤锌矿结构。通过Scherrer方程计算，ZnO NP_s和QD_s的晶粒尺寸分别为35nm和7.5nm，与后续HRTEM结果一致。

高分辨透射电镜

HRTEM显示ZnO NP_s呈球形，粒径范围9-90nm；ZnO QD_s为均匀分布的球形颗粒，平均尺寸7.6nm。

光催化性能

在60分钟紫外照射下：

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  ZnO QD_s对MB的降解率高达92.64%，速率常数0.0099 min^-1

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  ZnO NP_s对Rh 6G的降解率为44.95%

  小尺寸QD_s因量子限域效应表现出更强的光催化活性。

抗癌活性

MTT实验显示：

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  ZnO NP_s对DU-145细胞的IC₅₀为13.3μg/ml，抑制率达83.28%

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  ZnO QD_s对同种细胞的IC₅₀为17.05μg/ml

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  正常细胞HSF对两种材料的敏感性较低(IC₅₀>12.85μg/ml)

该研究系统揭示了ZnO纳米材料尺寸效应：小尺寸QD_s更适合环境修复，而较大尺寸NP_s在抗癌应用更具优势。这一发现为纳米材料的精准设计提供了重要指导，同时开辟了单一材料在环境和医疗领域的双重应用前景。研究采用的绿色合成方法也体现了可持续发展的理念。未来可通过表面修饰进一步优化材料性能，推动其实际应用。