花團狀納米銅的表征及抑菌性能研究

羅 娟，高 麗，王 嘯，趙安婷，*

(1.貴州大學化學與化工學院，貴州 貴陽 550025;2.貴州大學釀酒與食品工程學院，貴州 貴陽 550025)

眾所周知，納米銅和銀具有抗菌功能［1，2］。將其納米粒子負載到基質上可以作為穩定低毒高效的抗菌劑［3－5］，因為良好的穩定性和耐熱性、廣譜抗菌、無毒或低毒等特點，納米銅和銀廣泛應用于涂料，設備和交通工具等方面。但是貴金屬銀成本較高，溶液中雜質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，而且應用成本比銀價廉，同時具有較高的化學穩定性和環境安全性［6－8］。在制備納米銅時，因為納米粒子表面能較高，易發生聚集，需要控制其分散性、穩定性、尺寸及形貌，這通常需要加入表面活性劑、聚合物、羧酸等修飾劑對其進行表面修飾，以達到修飾的目的。常用的修飾劑有 PVP，CTAB，NOCC等［9－12］，而使用瓜環作修飾劑制備納米銅的研究并不多見［13，14］。瓜環(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而自組裝成的環狀聚合物［15］。瓜環具有疏水空腔，親水羰基端口，高度對稱的結構，化學性質穩定等特點，使得瓜環的研究主要以主客體化學和配位化學研究為主，而以瓜環作為修飾劑用在納米材料中的研究則相對較晚，瓜環特有的結構也使得它與傳統修飾劑相比具有自身特色［16，17］，對納米材料的研究具有重要意義和研究價值。

本文以瓜環為修飾劑，液相化學還原法制備納米銅。并對產物進行了表征和抑制大腸桿菌生長的研究。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

硫酸銅、抗壞血酸、乙醇(95%)和營養瓊脂均為國產分析純;瓜環為貴州省大環化學及超分子化學重點實驗室提供;供試菌:大腸桿菌，購自美國ATCC;國產高純氮氣;水(艾科超純水)。

1.2 實驗方法

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。隨著反應的進行，溶液逐漸變為深棕色懸濁液，將所得懸濁液離心分離后取其固體，用乙醇對固體物洗滌3遍后，在55℃、0.07 KPa條件下真空干燥，即獲得目標產物。

1.3 抑菌性能實驗

將產物納米銅配成1000μg/mL的水溶液用于抗菌實驗，并用超聲波震蕩，使其均勻分散。營養瓊脂加水加熱溶解后，分裝到10 mL試管中，經過高壓滅菌后取出，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基。在無菌操作下取4℃保存菌種接種于營養瓊脂試管斜面培養基上，放入37℃恒溫培養箱中培養18 h后，用10 mL無菌生理鹽水洗下菌苔，置于預裝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48 h后觀察各平板的細菌單菌落數。

納米銅溶液抑制大腸桿菌生長實驗: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48 h后觀察。

1.4 測試與表征

實驗采用PW3040/60 X，X’Pert Pro MPD型X射線衍射儀(荷蘭，PANalytical B.V，Cu靶，全自動X衍射)對納米銅結構進行分析;采用S－4800場發射掃描電鏡(日本HITACHI，最高放大倍數80萬倍，分辨率1.0 nm)觀察銅顆粒的形貌及晶粒尺寸。

2 結果與討論

2.1 XRD表征

利用X射線衍射對目標產物進行結構表征，結果如圖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°位置出現了衍射峰，這些衍射峰在峰位和相對強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銅，并且純度高，結晶性好。

2.2 SEM表征

產物SEM結果顯示:銅粒子呈現花團狀結構(圖2)。

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

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

2.3 納米銅的抗菌實驗

抑菌實驗用最佳稀釋率為10－6的大腸桿菌溶液與不同濃度納米銅進行混勻，涂布，培養后觀察，結果如圖3所示。

發現大腸桿菌溶液在無菌水中可以明顯觀察到50個左右大腸桿菌菌落存在(圖3a，大腸桿菌對照組)，當加入125μg/mL納米銅溶液時，抑菌率可以達到74.4%以上(圖3b)，增加納米銅用量至250μg/mL時，抑菌率高達到92.7%(圖3c)，當使用500μg/mL納米銅溶液時，可以達到100%抑菌效果(圖3d)，結果表明:使用125μg/mL納米銅顆粒溶液已經開始對大腸桿菌的生長起到了抑制作用，隨著納米銅濃度升高，抑菌效果升高，當納米銅用量大于等于250μg/mL時，對大腸桿菌的生長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的照片Fig.3 The antibacterial photo of clocklike nano－copper against Escherichia coli

3 結論

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

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