花團(tuán)狀納米銅的表征及抑菌性能研究

羅 娟，高 麗，王 嘯，趙安婷，*

(1.貴州大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，貴州 貴陽 550025;2.貴州大學(xué)釀酒與食品工程學(xué)院，貴州 貴陽 550025)

眾所周知，納米銅和銀具有抗菌功能［1，2］。將其納米粒子負(fù)載到基質(zhì)上可以作為穩(wěn)定低毒高效的抗菌劑［3－5］，因?yàn)榱己玫姆€(wěn)定性和耐熱性、廣譜抗菌、無毒或低毒等特點(diǎn)，納米銅和銀廣泛應(yīng)用于涂料，設(shè)備和交通工具等方面。但是貴金屬銀成本較高，溶液中雜質(zhì)離子的存在也容易使其失去抗菌活性。因此，有必要開展其他金屬抗菌劑的研究。其中，屬于同一族的銅不但具有抗菌性能，而且應(yīng)用成本比銀價(jià)廉，同時(shí)具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性和環(huán)境安全性［6－8］。在制備納米銅時(shí)，因?yàn)榧{米粒子表面能較高，易發(fā)生聚集，需要控制其分散性、穩(wěn)定性、尺寸及形貌，這通常需要加入表面活性劑、聚合物、羧酸等修飾劑對(duì)其進(jìn)行表面修飾，以達(dá)到修飾的目的。常用的修飾劑有 PVP，CTAB，NOCC等［9－12］，而使用瓜環(huán)作修飾劑制備納米銅的研究并不多見［13，14］。瓜環(huán)(cucurbit［n］uril，CB［n］或Q［n］，n=4－14)是一類通過酸催化苷脲和甲醛縮合反應(yīng)而自組裝成的環(huán)狀聚合物［15］。瓜環(huán)具有疏水空腔，親水羰基端口，高度對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等特點(diǎn)，使得瓜環(huán)的研究主要以主客體化學(xué)和配位化學(xué)研究為主，而以瓜環(huán)作為修飾劑用在納米材料中的研究則相對(duì)較晚，瓜環(huán)特有的結(jié)構(gòu)也使得它與傳統(tǒng)修飾劑相比具有自身特色［16，17］，對(duì)納米材料的研究具有重要意義和研究?jī)r(jià)值。

本文以瓜環(huán)為修飾劑，液相化學(xué)還原法制備納米銅。并對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行了表征和抑制大腸桿菌生長(zhǎng)的研究。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

硫酸銅、抗壞血酸、乙醇(95%)和營(yíng)養(yǎng)瓊脂均為國(guó)產(chǎn)分析純;瓜環(huán)為貴州省大環(huán)化學(xué)及超分子化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提供;供試菌:大腸桿菌，購(gòu)自美國(guó)ATCC;國(guó)產(chǎn)高純氮?dú)?水(艾科超純水)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

取0.5000 g Q［6］和0.6700 g硫酸銅均勻分散在50ml超純水中，該溶液置于40℃水浴磁力攪拌并通入N2，然后逐滴滴加20 mL、0.02 mol/L的抗壞血酸溶液。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，溶液逐漸變?yōu)樯钭厣珣覞嵋?，將所得懸濁液離心分離后取其固體，用乙醇對(duì)固體物洗滌3遍后，在55℃、0.07 KPa條件下真空干燥，即獲得目標(biāo)產(chǎn)物。

1.3 抑菌性能實(shí)驗(yàn)

將產(chǎn)物納米銅配成1000μg/mL的水溶液用于抗菌實(shí)驗(yàn)，并用超聲波震蕩，使其均勻分散。營(yíng)養(yǎng)瓊脂加水加熱溶解后，分裝到10 mL試管中，經(jīng)過高壓滅菌后取出，將試管斜靠在小坡度斜面上，自然冷卻凝固成試管斜面培養(yǎng)基。在無菌操作下取4℃保存菌種接種于營(yíng)養(yǎng)瓊脂試管斜面培養(yǎng)基上，放入37℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)18 h后，用10 mL無菌生理鹽水洗下菌苔，置于預(yù)裝90mL無菌生理鹽水和適量玻璃珠的250 mL三角瓶中，充分振蕩后形成菌懸液。然后取0.5mL的菌懸液置于4.5mL無菌水中搖勻，即稀釋10倍，標(biāo)記為10－2懸浮液，相同方法依次分別稀釋為 10－3，10－4，10－5，10－6，10－7，10－8不同濃度的懸浮液。分別從不同稀釋濃度大腸桿菌懸浮液吸取3份0.5 mL溶液涂布平板，于37℃恒溫培養(yǎng)48 h后觀察各平板的細(xì)菌單菌落數(shù)。

納米銅溶液抑制大腸桿菌生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn):取1 mL最佳稀釋率的大腸桿菌溶液分別與不同濃度的銅納米顆粒溶液混勻，作用10min后，再分別吸取以上混勻液0.5mL涂布平板，之后于37℃恒溫培養(yǎng)48 h后觀察。

1.4 測(cè)試與表征

實(shí)驗(yàn)采用PW3040/60 X，X’Pert Pro MPD型X射線衍射儀(荷蘭，PANalytical B.V，Cu靶，全自動(dòng)X衍射)對(duì)納米銅結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析;采用S－4800場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(日本HITACHI，最高放大倍數(shù)80萬倍，分辨率1.0 nm)觀察銅顆粒的形貌及晶粒尺寸。

2 結(jié)果與討論

2.1 XRD表征

利用X射線衍射對(duì)目標(biāo)產(chǎn)物進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征，結(jié)果如圖1所示。

圖1 納米銅的X射線衍射圖Fig.1 XRD apectrum of nano－copper

XRD 圖譜在 2θ 為 43.3°、50.4°、74.1°位置出現(xiàn)了衍射峰，這些衍射峰在峰位和相對(duì)強(qiáng)度上均與面心立方的銅［(JCPDS)No.65－9026］衍射峰一致，衍射峰分別歸屬于銅的(111)、(200)和(220)晶面衍射，說明所制備的固體粉末為單質(zhì)銅，并且純度高，結(jié)晶性好。

2.2 SEM表征

產(chǎn)物SEM結(jié)果顯示:銅粒子呈現(xiàn)花團(tuán)狀結(jié)構(gòu)(圖2)。

花球直徑約2μm，由銅納米顆粒聚集成粒徑約200 nm的多邊立方體構(gòu)成花團(tuán)上的花瓣，之后再聚集而成完整花團(tuán)。

圖2 納米銅的SEM圖Fig.2 SEM images of nano－copper

2.3 納米銅的抗菌實(shí)驗(yàn)

抑菌實(shí)驗(yàn)用最佳稀釋率為10－6的大腸桿菌溶液與不同濃度納米銅進(jìn)行混勻，涂布，培養(yǎng)后觀察，結(jié)果如圖3所示。

發(fā)現(xiàn)大腸桿菌溶液在無菌水中可以明顯觀察到50個(gè)左右大腸桿菌菌落存在(圖3a，大腸桿菌對(duì)照組)，當(dāng)加入125μg/mL納米銅溶液時(shí)，抑菌率可以達(dá)到74.4%以上(圖3b)，增加納米銅用量至250μg/mL時(shí)，抑菌率高達(dá)到92.7%(圖3c)，當(dāng)使用500μg/mL納米銅溶液時(shí)，可以達(dá)到100%抑菌效果(圖3d)，結(jié)果表明:使用125μg/mL納米銅顆粒溶液已經(jīng)開始對(duì)大腸桿菌的生長(zhǎng)起到了抑制作用，隨著納米銅濃度升高，抑菌效果升高，當(dāng)納米銅用量大于等于250μg/mL時(shí)，對(duì)大腸桿菌的生長(zhǎng)繁殖能起到明顯的抑制作用。

圖3 花狀納米銅抑制大腸桿菌生長(zhǎng)的照片F(xiàn)ig.3 The antibacterial photo of clocklike nano－copper against Escherichia coli

3 結(jié)論

以瓜環(huán)為修飾劑，液相化學(xué)還原法獲得了直徑約2μm的花團(tuán)狀納米銅，抑菌結(jié)果表明，250μg/mL納米銅可以較好的抑制大腸桿菌生長(zhǎng)。

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