《Ecotoxicology and Environmental Safety》：Dual-action water purification against waterborne pathogens and organic pollutants by biofabricated ZnO nanoparticles
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本研究针对水环境中病原体和有机染料污染问题，开发了一种利用毛果香茶菜提取物绿色合成的氧化锌纳米颗粒（ZnONPs@TS）。该材料在可见光下对甲基蓝和甲基橙的降解率分别达88%和84%，对多种耐药菌的抑菌浓度低至6.1–8.5 μg/mL，其宽带隙（3.06 eV）和自发降解特性为低成本水处理提供了新策略。
随着全球水资源短缺与污染问题日益严峻，发展中国家约25亿人缺乏安全饮用水设施，每年因水媒疾病死亡人数超过500万。工业废水中的合成染料（如甲基蓝MB、甲基橙MO）和耐药病原体（如大肠杆菌、金黄色葡萄球菌）传统处理方法成本高、易产生有毒副产物。巴基斯坦有70%人口面临水污染威胁，每年导致10万儿童死亡，亟需开发绿色、低成本的水处理技术。
本研究利用巴基斯坦本土植物毛果香茶菜（Teucrium stocksianum）提取物，通过生物还原法合成了球形氧化锌纳米颗粒（ZnONPs@TS），并系统评估其双功能水净化潜力。研究团队通过GC-MS分析了植物中的酚类、内酯等活性成分，并优化合成条件（pH 12.5、70°C、植物提取物与醋酸锌比例10:1），获得粒径26 nm的晶体颗粒。表征结果显示ZnONPs@TS的带隙为3.06 eV，导带和价带位置分别为-0.41 eV和4.01 eV，利于可见光激发产生活性氧（ROS）。
关键技术方法
研究采用紫外-可见光谱（UV-Vis）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和动态光散射（DLS）表征纳米颗粒；通过微量稀释法测定最小抑菌浓度（MIC）；分子对接模拟分析植物成分与细菌蛋白（如5ISP、3VMA）的结合能；光催化实验在模拟太阳光下监测染料降解动力学，并考察实际水基质（自来水、废水）中的性能。
研究结果
- 1.
抗菌性能
ZnONPs@TS对革兰氏阳性菌（如金黄色葡萄球菌MIC=6.1 μg/mL）和革兰氏阴性菌（如伤寒沙门氏菌MIC=7.4 μg/mL）均表现出强抑制作用，显著优于单纯植物提取物。分子对接表明，植物中的酚类化合物可通过π-烷基相互作用增强与细菌二氢叶酸还原酶的结合（结合能-9.7 kJ/mol）。
- 2.
抗氧化与抗糖尿病活性
DPPH自由基清除实验显示ZnONPs@TS的IC50为7.8 μg/mL，接近抗坏血酸水平；α-淀粉酶抑制实验证实其能有效控制餐后血糖（200 μg/mL浓度下抑制率50%）。
- 3.
光催化降解性能
在120分钟光照下，ZnONPs@TS对MB和MO的降解率分别为88%和84%，动力学符合准一级反应（kMB=1.48×10-2min-1，kMO=1.76×10-2min-1）。热力学分析表明降解为吸热自发过程（ΔH>0，ΔG<0）。实际水样中降解效率略有下降（自来水74%，废水84%），但仍保持良好活性。
- 4.
机理分析
光生电子-空穴对触发级联反应：空穴氧化水生成羟基自由基（·OH），电子还原氧气产生超氧阴离子（O2·-），进而分解染料为CO2、水及无机离子。ROS同时破坏细菌细胞膜，实现协同净化。
结论与意义
该研究首次将毛果香茶菜合成的ZnO纳米颗粒应用于双功能水处理，其绿色合成路线避免了化学毒性残留，在复杂水基质中仍保持高催化活性。材料可重复使用4次后效率仅下降10–15%，为低收入地区提供了可持续的水净化方案。未来可结合固定化技术增强稳定性，推动其在分布式水处理系统中的实际应用。论文发表于《Ecotoxicology and Environmental Safety》，为区域性环境纳米技术提供了范例。
