超聲輔助下，利用馬尾藻（Sargassum ilicifolium，一種棕色海洋大型藻類）介導的生物合成方法制備CuO納米顆粒，并將其摻入到淀粉/PVA電紡納米支架中。對這種納米支架的體外安全性和抗氧化效果進行了評估
《Bioorganic Chemistry》：Ultrasonic-assisted
, Sargassum ilicifolium (brown marine macroalgae)-mediated biogenic synthesis of CuO nanoparticles incorporated in starch/PVA electrospun nanoscaffolds:
In vitro safety and antioxidant efficacy assessment
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基于海藻Sargassum ilicifolium的超聲輔助提取法成功制備了氧化銅納米顆粒（CuO NPs），并整合至淀粉/PVA電紡納米支架中。通過UV-Vis、FTIR、SEM和XRD等表征證實納米顆粒均勻分散且結構穩定。抗氧化實驗顯示支架對DPPH、NO和·OH自由基清除率優于純CuO NPs和藻提取物，IC50值分別為39.57、49.56和58.52 μg/mL，細胞毒性測試表明100 μg/mL濃度下細胞存活率>100%。
JinJin Pei|Vanama Saketh Saran|Sivaramakrishnan R.|Gopalakrishnan Velliyur Kanniappan|Vijayalakshmi Pandurangan|Selvaraj Jayaraman|Vinoth Kumar Dhayalan|Monica Mironescu|Ion Dan Mironescu|Chella Perumal Palanisamy
廣東省食品科學與技術學院，廣東省水產品加工與安全重點實驗室，廣東省海洋生物制品工程實驗室，廣東省海鮮工程技術研究中心，廣東省預制海鮮加工與質量控制工程技術研究中心，廣東海洋大學，湛江524088，中國
摘要
本研究探討了利用Sargassum ilicifolium提取的氧化銅納米顆粒（CuO NPs）與淀粉/聚乙烯醇（PVA）電紡納米支架結合的合成方法、表征及其生物特性。紫外-可見光譜分析通過CuO納米顆粒的特征電子吸收帶證實了納米顆粒的形成，這些吸收帶與電荷轉移和能帶躍遷有關；傅里葉變換紅外（FTIR）光譜則識別出功能性基團，包括Cu-O振動（2001–599 cm?1）和聚合物相互作用（3297–842 cm?1）。掃描電子顯微鏡（SEM）顯示CuO納米顆粒主要為球形，分布均勻，且電紡納米纖維無顆粒聚集。X射線衍射（XRD）分析確認了CuO納米顆粒的單斜晶相，其晶粒大小通過Scherrer方程計算得出。動態光散射（DLS）測得的Z-平均粒徑為108 nm。與純CuO納米顆粒及藻類提取物相比，淀粉/PVA/CuO納米支架表現出更強的抗氧化活性，IC50值分別為39.57 μg/mL（DPPH）、49.56 μg/mL（一氧化氮）和58.52 μg/mL（超氧陰離子）。細胞毒性評估表明，在100 μg/mL濃度下細胞存活率超過100%，證明了其生物相容性。這些發現突顯了CuO納米顆粒集成納米支架在生物醫學應用中的潛力，包括抗氧化治療。
引言
納米技術的迅速發展開啟了一個材料科學的新時代，在納米尺度上對物質的操控使得具有前所未有的材料得以開發[1]、[2]。其中，金屬氧化物納米顆粒因其獨特的物理化學性質而受到廣泛關注，適用于從電子學到生物醫學等多個領域[3]、[4]。特別是氧化銅納米顆粒（CuO NPs），由于其優異的催化、光學、電學和抗菌性能而成為一類有前景的材料[5]、[6]、[7]。其相對較低的成本、豐富的資源和良好的生物相容性進一步增強了其在工業和生物醫學應用中的吸引力[8]、[9]。CuO NPs在催化、抗菌系統、抗氧化療法和生物醫學工程中展現出廣泛的應用前景[10]、[11]。傳統的化學和物理合成方法可以精確控制顆粒大小和結晶度，但這些方法通常依賴有毒的還原劑、高能耗，并產生有害副產物，限制了其環境可持續性和生物醫學應用[12]、[13]、[14]。
為應對這些挑戰，利用植物提取物、微生物和海洋藻類等生物資源的綠色合成方法應運而生，成為環保的替代方案[15]、[16]。雖然植物介導的合成方法簡單易行，但批次間差異、可擴展性有限以及植物化學成分的不穩定性仍是其缺點[17]、[18]。也有報道指出紅藻（如Gracilaria屬）可用于CuO NPs的合成，但這些體系往往以瓊脂和卡拉膠多糖為主，可能導致表面功能性和生物相互作用受限[19]、[20]。
海洋大型藻類，通常稱為海藻，已被證實是綠色合成金屬納米顆粒的有效生物工廠[21]、[22]。這些生物體富含多種生物活性化合物，如多糖、多酚和蛋白質，可在納米顆粒合成過程中發揮天然還原和穩定作用[23]。與其他海洋大型藻類相比，Sargassum ilicifolium含有更高比例的硫酸化多糖（巖藻多糖）和藻酸鹽，這些成分在納米顆粒形成過程中起到協同的還原和穩定作用[24]。在超聲輔助提取下，這些生物分子能更有效地釋放，促進CuO納米顆粒的均勻成核和分散，從而提高膠體穩定性，這一點通過測得的ζ電位和粒徑分布得到證實[25]。S. ilicifolium原產于印度洋沿岸地區，包括泰米爾納德邦的海岸，傳統上被用于當地醫學，并以其抗菌、抗氧化和抗炎特性而聞名[26]。
在納米顆粒合成中使用S. ilicifolium具有顯著優勢[27]。該海藻中的生物活性化合物（如巖藻多糖、藻酸鹽和多種酚類化合物）能有效將金屬離子還原為相應的納米顆粒，同時對其進行封端和穩定[28]。這種雙重功能不僅簡化了合成過程，還為最終的納米顆粒賦予了額外的生物活性[29]。先前的研究已成功利用S. ilicifolium提取物制備銀和金納米顆粒，凸顯了這種海藻在綠色納米技術應用中的潛力[30]。
隨著綠色合成方法的發展，人們對用于生物醫學應用的納米纖維支架的制備也越來越感興趣[29]。電紡技術是一種多功能且經濟高效的方法，可生產直徑從幾十納米到幾微米的連續納米纖維[31]。這些納米纖維結構模擬了生物組織的細胞外基質，使其成為組織工程、傷口愈合和藥物遞送的理想候選材料[32]。將CuO NPs等生物活性納米顆粒摻入電紡支架中，可進一步提升其抗菌活性、機械強度和生物相容性[33]。
聚乙烯醇（PVA）是一種廣泛應用于電紡的合成聚合物，因其優異的成膜性能、生物降解性和生物相容性[34]。然而，純PVA可能缺乏某些特定應用所需的生物活性。為此，可將天然聚合物（如淀粉）與PVA混合，制備出兼具合成聚合物機械強度和天然聚合物生物特性的復合支架[36]。淀粉是一種由直鏈淀粉和支鏈淀粉組成的多糖，具有生物降解性、無毒性和固有的生物活性，是制備支架的理想選擇[37]。
將綠色合成的CuO NPs整合到PVA-淀粉納米纖維支架中，為開發先進生物材料提供了多方面的途徑[38]。CuO NPs可為支架賦予抗菌和抗氧化性能，這對于預防感染和促進傷口愈合至關重要[39]。此外，使用S. ilicifolium提取物制備CuO NPs確保了整個制造過程符合綠色化學原則，減少了環境影響并提高了最終產品的生物相容性[40]。
盡管這種方法具有巨大潛力，但仍需進行全面的研究，以探討這類復合支架的合成、表征和生物評估[36]。具體而言，研究合成CuO NPs的物理化學性質、其在電紡PVA-淀粉基質中的成功整合以及其生物活性對于驗證其在生物醫學領域的應用至關重要[41]。
本研究采用超聲輔助提取策略，有效增強了S. ilicifolium中生物分子的釋放，從而實現了CuO NPs的有效還原和穩定。與以往主要關注單獨納米顆粒的研究不同，本研究將CuO NPs整合到淀粉/PVA電紡納米支架中，結合了綠色合成和生物相容性聚合物基質的優點。雖然當前研究側重于體外安全性和抗氧化效果，但體內驗證的缺失是一個局限性，未來將進一步探討。
化學試劑與材料
五水合硫酸銅（CuSO4·5H2O，分析級）、淀粉（分析級）和聚乙烯醇（PVA）購自美國Sigma-Aldrich公司。二甲基亞砜（DMSO，≥99.5%，分析級）和抗壞血酸（≥99%，分析級）購自印度Merck公司。Dulbecco改良Eagle培養基（DMEM）、胎牛血清（FBS）、青霉素-鏈霉素溶液和MTT試劑購自美國Gibco公司。所有化學品均按原樣使用，無需進一步純化。
紫外-可見光譜分析
使用JASCO V-730分光光度計對S. ilicifolium提取物和合成的CuO NPs進行了紫外-可見光譜分析（圖1），測量波長范圍為200至800 nm，間隔1 nm。S. ilicifolium提取物在348 nm處顯示出明顯的電子吸收帶，光譜數據也證實了這一現象。相比之下，生物合成的CuO NPs也表現出明顯的電子吸收特征
討論
本研究重點關注了利用S. ilicifolium提取物制備的CuO NPs的綠色合成、物理化學表征和生物功能評估，以及將其整合到淀粉/PVA電紡納米支架中的過程。所采用的多種分析技術（紫外-可見光譜、FTIR、XRD、SEM、TGA、DLS、ζ電位測量、細胞毒性和抗氧化試驗）為合成納米材料及其潛在的生物醫學應用提供了深入理解
CuO納米顆粒的形成機制與生物相互作用
利用Sargassum ilicifolium提取物生物合成CuO納米顆粒的過程主要受天然存在的植物化學物質（如酚類化合物、多糖和其他還原劑）的調控[67]。這些生物分子有助于將銅離子還原為CuO核，并作為穩定劑和封端劑，防止顆粒過度聚集并改善其表面功能。超聲輔助提取技術的應用進一步促進了這一過程
局限性與未來展望
盡管本研究成功實現了CuO NPs的綠色合成，并將其有效整合到淀粉/PVA電紡納米支架中，表現出良好的體外抗氧化活性和細胞相容性，但仍存在一些局限性。首先，生物評估僅限于使用3T3-L1細胞系的體外實驗。盡管這些結果為生物相容性提供了初步見解，但體內驗證是必要的，以全面評估其實際應用效果
結論
本研究采用超聲輔助方法成功實現了S. ilicifolium介導的氧化銅納米顆粒的綠色合成，并將其整合到淀粉/PVA電紡納米支架中。結構和形態學分析證實了單斜晶相CuO納米顆粒的形成，其在無顆粒聚集的納米纖維支架中分布均勻。所開發的納米支架在體外實驗中表現出優異的細胞相容性，細胞存活率超過100%
作者貢獻聲明
JinJin Pei：撰寫初稿、數據可視化、結果驗證、資源準備、方法設計、實驗設計、數據分析、概念構建。Vanama Saketh Saran：撰寫初稿、數據可視化、結果驗證、資源準備、方法設計、實驗設計、數據分析、概念構建。Sivaramakrishnan R.：數據可視化、結果驗證、資源準備、方法設計、實驗設計、數據分析。Gopalakrishnan Velliyur Kanniappan：數據可視化
資助
本研究由Lucian Blaga Sibiu大學通過LBUS-IRG-2023研究項目資助。
利益沖突聲明
作者聲明沒有已知的財務利益或個人關系可能影響本文的研究結果。
