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该研究由Sekar Vijayakumar、Jingdi Chen、Viswanathan Kalaiselvi、Kanchanlata Tungare、Mustansir Bhori、Zaira I. González-Sánchez和Esteban F. Durán-Lara共同完成。研究团队分别来自山东大学海洋学院、印度Navarasam艺术与科学学院、印度D.Y. Patil大学、多米尼加共和国Pontificia Universidad Católica Madre y Maestra、西班牙塞维利亚大学医学院、智利塔拉卡大学等机构。该研究于2022年6月16日发表在《Environmental Research》期刊上，文章编号为113655。
该研究的主要科学领域是纳米技术与环境毒理学。随着纳米材料在技术和医药市场中的广泛应用，了解其毒性成为关键。纳米材料的合成和纯化方法可能影响其毒性，因此需要全面的体外和体内毒性评估。本研究首次描述了海洋多糖昆布多糖（laminarin）嵌入的氧化锌纳米颗粒（LM-ZnO NPs）及其基于壳聚糖（chitosan）封端的氧化锌纳米复合材料（CH-LM-ZnO NCMPs）的绿色合成，并评估了它们的体外细胞毒性、植物毒性和体内（斑马鱼胚胎）毒性。
材料合成
研究首先通过共沉淀法合成了LM-ZnO NPs，并对合成过程进行了微调。具体步骤包括将醋酸锌溶液与昆布多糖溶液混合，加入氢氧化钠溶液，搅拌6小时后洗涤、过滤并干燥。随后，将合成的LM-ZnO NPs与壳聚糖溶解在醋酸中，通过超声处理和加热反应生成CH-LM-ZnO NCMPs，最终得到白色沉淀物。
物理化学表征
合成的纳米材料通过多种技术进行表征，包括紫外-可见光谱（UV-Vis）、X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、扫描电子显微镜（SEM）、高分辨率透射电子显微镜（HR-TEM）、能量色散X射线光谱（EDAX）以及动态光散射（DLS）技术。这些表征方法用于评估纳米材料的光学性质、结晶度、形貌、元素组成、粒径分布和表面电荷。
体外细胞毒性评估
使用MTT法评估了LM-ZnO NPs和CH-LM-ZnO NCMPs在正常人皮肤成纤维细胞（HDF）和人结肠癌细胞（HT-29）中的细胞毒性。将细胞与不同浓度的纳米材料（0.1–500 μg/ml）孵育24小时后，测定细胞存活率，并通过相衬显微镜观察细胞形态变化。
植物毒性评估
研究还评估了LM-ZnO NPs和CH-LM-ZnO NCMPs对绿豆（Vigna radiata）种子萌发和根茎生长的影响。将种子暴露于不同浓度的纳米材料中，7天后记录发芽率和根茎长度。
斑马鱼胚胎毒性评估
斑马鱼胚胎被用于体内毒性评估。将胚胎暴露于不同浓度的纳米材料中，观察72小时内的胚胎存活率、孵化率以及畸形情况。
材料表征
LM-ZnO NPs呈纺锤形，粒径范围为100–350 nm，而CH-LM-ZnO NCMPs呈不规则棒状，粒径范围为20–250 nm。XRD分析显示两者均具有六方纤锌矿结构，FTIR光谱证实了纳米材料表面的生物功能基团。
细胞毒性
LM-ZnO NPs和CH-LM-ZnO NCMPs均显示出剂量依赖的细胞毒性。在HDF细胞中，LM-ZnO NPs的IC50值为20.69 μg/ml，CH-LM-ZnO NCMPs的IC50值为81.70 μg/ml。在HT-29细胞中，LM-ZnO NPs的IC50值为16.21 μg/ml，CH-LM-ZnO NCMPs的IC50值为72.38 μg/ml。
植物毒性
高浓度（500 μg/ml）的LM-ZnO NPs和CH-LM-ZnO NCMPs显著抑制了绿豆种子的萌发和根茎生长。
斑马鱼胚胎毒性
高浓度的纳米材料导致斑马鱼胚胎的畸形率增加、死亡率上升和存活率下降。
该研究验证了使用昆布多糖和壳聚糖作为封端剂合成LM-ZnO NPs和CH-LM-ZnO NCMPs的绿色、简便和低成本方法。研究结果表明，这些纳米材料具有显著的细胞毒性和植物毒性，并且在斑马鱼胚胎中表现出剂量依赖的毒性效应。尽管这些纳米材料在癌症治疗中具有潜在应用价值，但其对环境和生物体的潜在风险仍需进一步研究。
研究还详细探讨了纳米材料的物理化学性质与其毒性之间的关系，为纳米材料的毒性机制研究提供了新的视角。此外，研究团队开发的绿色合成方法为纳米材料的可持续生产提供了可行方案。