《Scientific Reports》：Biogenic synthesis of iron nanoparticles using Laurencia papillosa: characterization, optimization, and dual applications in heavy metal removal and potential cancer treatment
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为解决水体重金属污染和癌症治疗需求，研究人员利用红藻Laurencia papillosa绿色合成铁纳米颗粒（FeNPs），通过响应面法（RSM）优化合成条件（pH 7.0、藻浓度20 g/100 mL、时间24 h），制得粒径10.17–19.99 nm、zeta电位+7.4 mV的球形FeNPs。该材料对水产养殖废水中Fe、Mn、Zn的去除率分别达96.4%、58.3%、23.1%，并对肝癌细胞（HepG2）和乳腺癌细胞（MDA-MB-231）表现出剂量依赖性抑制效果，为环境修复与癌症治疗提供了可持续的多功能纳米材料。
在全球工业化与人口增长的背景下，重金属污染已成为威胁水生态安全和人类健康的严峻问题。水产养殖废水富集铁（Fe）、锰（Mn）、锌（Zn）等重金属，传统处理方法成本高、易产生二次污染。与此同时，癌症发病率持续攀升，开发高效低毒的疗法亦是当务之急。能否有一种材料，既能“净化环境”，又能“对抗疾病”？这听起来像是科幻情节，但科学家们正尝试通过绿色纳米技术将其变为现实。传统的纳米颗粒合成常依赖化学试剂，存在毒性残留、能耗高等弊端。而自然界中丰富的生物资源——例如海洋藻类——因其代谢产物多样、环境友好，成为绿色合成纳米材料的理想平台。本研究即基于此背景展开，探索利用红藻Laurencia papillosa生物合成铁纳米颗粒（FeNPs），并评估其在重金属去除和癌症治疗中的双重潜能，旨在为可持续纳米技术提供新思路。该研究成果发表于《Scientific Reports》。
为开展研究，作者主要采用了以下几项关键技术方法：首先，利用响应面法（RSS）优化FeNPs的生物合成条件，以最大化产量。其次，综合运用X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、透射电子显微镜（TEM）、选区电子衍射（SAED）、扫描电子显微镜（SEM）、能谱分析（EDAX）和Zeta电位分析等多种表征手段，对合成纳米颗粒的晶体结构、形貌、尺寸、元素组成及稳定性进行全面分析。接着，通过实验室规模的吸附实验，评估FeNPs对水产养殖废水中Fe、Mn、Zn三种重金属的去除效率。最后，采用体外细胞毒性实验（MTT法），以人肝癌细胞系（HepG2）和人乳腺癌细胞系（MDA-MB-231）为模型，检测FeNPs的抗癌活性。
FeNPs的优化合成与物理化学表征
通过响应面法（RSM）模型优化，确定最佳合成条件为pH 7.0、藻类浓度20 g/100 mL、反应时间24小时，此条件下纳米颗粒产量最高且重现性好。表征结果显示，合成的FeNPs为球形、多分散的颗粒，尺寸范围在10.17至19.99纳米之间。Zeta电位为+7.4毫伏，表明颗粒具有中等稳定性。XRD图谱证实了晶体结构，FTIR揭示了藻类生物分子参与合成与稳定化过程，TEM和SEM直观展示了颗粒形貌，EDAX证实了铁元素的存在。
FeNPs对重金属的去除性能
将合成的FeNPs用于处理含重金属的水产养殖废水，实验结果表明其对不同重金属的去除效率存在差异：对Fe的去除率最高，达到96.4%；对Mn的去除率为58.3%；对Zn的去除率为23.1%。这证明了L. papillosa介导合成的FeNPs作为一种吸附剂，在环境修复、特别是特定重金属污染水体治理方面具有显著潜力。
FeNPs的体外抗癌活性
通过体外细胞毒性实验评估FeNPs的生物医学应用潜力。实验采用两种人类癌症细胞系：肝癌细胞HepG2和乳腺癌细胞MDA-MB-231。结果表明，FeNPs对这两种细胞系的生长均产生剂量依赖性的抑制效应，即随着FeNPs浓度增加，细胞活力显著下降。这初步证实了此类生物合成FeNPs具有抗癌活性，为其在癌症治疗领域的应用提供了实验依据。
研究结论与讨论部分强调，本研究成功利用红藻Laurencia papillosa开发了一种绿色、高效的铁纳米颗粒合成方法。通过系统优化与表征，获得了理化性质明确、稳定性良好的FeNPs。该材料展现出双重应用价值：在环境方面，能有效去除废水中的重金属，尤其是铁；在生物医学方面，对肝癌和乳腺癌细胞表现出明确的细胞毒性，具有抗癌治疗潜力。这项工作的重要意义在于，它首次将L. papillosa用于合成FeNPs，并同时探索了其在环境和健康两大关键领域的应用，体现了“一材多用”的设计理念。这种基于海洋生物资源的绿色合成策略，不仅降低了纳米材料制备的环境足迹，还为其在可持续纳米技术中的应用开辟了新途径，为同时应对环境污染和癌症治疗挑战提供了具有前景的多功能纳米材料解决方案。
