We report an innovative low-cost wet precipitation synthesis method for gelatin-modified zinc oxide nanoparticles (GM ZnO NPs) at the interface between the gelatin hydrogel and aqueous electrolyte. Diffusion of ammonia through the hydrogel matrices with different gelatin contents induced precipitation of the product in contact with the surface of the aqueous solution of zinc ions. The obtained precipitate was subjected to thermal treatment to partially decompose the adsorbed gelatin in the NP structure. Physicochemical properties of obtained GM ZnO NPs were characterized by X-ray powder diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), differential thermal analysis (DTA), thermogravimetry (TG), photon correlation spectroscopy (PCS), zeta potential measurements, and inductively coupled plasma-mass spectrometry (ICP-MS). The estimated mean crystallite size of GM ZnO NP powders was in the range from 5.8 to 12.1 nm. The synthesized NPs exhibited nanosheet morphology and arranged into flake-like aggregates. The toxic potential was investigated in vitro in human hepatocellular carcinoma cell line HepG2. The thiazolyl blue tetrazolium bromide (MTS) assay was used to assess cell viability, 2′,7′-dichlor-fluorescein-diacetate (DCFH-DA) assay to examine the formation of intracellular reactive oxygen species (ROS), and comet assay to evaluate the genotoxic response. GM ZnO NPs slightly reduced HepG2 cell viability, did not induce ROS formation, and showed low genotoxic potential at very high doses (100 µg mL⁻¹). ZnO NPs fabricated and modified using the proposed methodology deserve further study as potential candidates for antibacterial agents or dietary supplements with low overall toxicity.

Graphical abstract

中文翻译：

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安全设计的明胶改性氧化锌纳米粒子

我们报告了一种创新的低成本湿法沉淀合成方法，用于明胶水凝胶和水性电解质之间界面处的明胶改性氧化锌纳米颗粒（GM ZnO NPs）。氨通过具有不同明胶含量的水凝胶基质的扩散导致与锌离子水溶液表面接触的产物沉淀。对所得沉淀物进行热处理以部分分解NP结构中吸附的明胶。通过X射线粉末衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、差热分析（​​DTA）、热重分析（TG）、光子相关光谱（ PCS），zeta 电位测量，和电感耦合等离子体质谱法 (ICP-MS)。GM ZnO NP 粉末的估计平均微晶尺寸在 5.8 到 12.1 nm 的范围内。合成的 NPs 表现出纳米片形态并排列成片状聚集体。在人肝细胞癌细胞系 HepG2 中体外研究了毒性潜力。噻唑蓝溴化四唑 (MTS) 测定用于评估细胞活力，2',7'-二氯-荧光素-二乙酸酯 (DCFH-DA) 测定用于检查细胞内活性氧 (ROS) 的形成，彗星测定用于检测细胞活力。评估基因毒性反应。GM ZnO NPs 略微降低 HepG2 细胞活力，不诱导 ROS 形成，并且在非常高的剂量（100 µg mL 8 至 12.1 纳米。合成的 NPs 表现出纳米片形态并排列成片状聚集体。在人肝细胞癌细胞系 HepG2 中体外研究了毒性潜力。噻唑蓝溴化四唑 (MTS) 测定用于评估细胞活力，2',7'-二氯-荧光素-二乙酸酯 (DCFH-DA) 测定用于检查细胞内活性氧 (ROS) 的形成，彗星测定用于检测细胞活力。评估基因毒性反应。GM ZnO NPs 略微降低 HepG2 细胞活力，不诱导 ROS 形成，并且在非常高的剂量（100 µg mL 8 至 12.1 纳米。合成的 NPs 表现出纳米片形态并排列成片状聚集体。在人肝细胞癌细胞系 HepG2 中体外研究了毒性潜力。噻唑蓝溴化四唑 (MTS) 测定用于评估细胞活力，2',7'-二氯-荧光素-二乙酸酯 (DCFH-DA) 测定用于检查细胞内活性氧 (ROS) 的形成，彗星测定用于检测细胞活力。评估基因毒性反应。GM ZnO NPs 略微降低 HepG2 细胞活力，不诱导 ROS 形成，并且在非常高的剂量（100 µg mL 噻唑蓝溴化四唑 (MTS) 测定用于评估细胞活力，2',7'-二氯-荧光素-二乙酸酯 (DCFH-DA) 测定用于检查细胞内活性氧 (ROS) 的形成，彗星测定用于检测细胞活力。评估基因毒性反应。GM ZnO NPs 略微降低 HepG2 细胞活力，不诱导 ROS 形成，并且在非常高的剂量（100 µg mL 噻唑蓝溴化四唑 (MTS) 测定用于评估细胞活力，2',7'-二氯-荧光素-二乙酸酯 (DCFH-DA) 测定用于检查细胞内活性氧 (ROS) 的形成，彗星测定用于检测细胞活力。评估基因毒性反应。GM ZnO NPs 略微降低 HepG2 细胞活力，不诱导 ROS 形成，并且在非常高的剂量（100 µg mL^-1 )。使用所提出的方法制造和修饰的 ZnO NP 作为抗菌剂或总体毒性低的膳食补充剂的潜在候选物值得进一步研究。

图形概要