纳米氧化亚铜颗粒的绿色制备、表征及抑菌性能

doi:10.16553/j.cnki.issn1000-985x.2025.0237

摘要/Abstract

摘要： 本研究开发了一种利用川续断茎叶提取物绿色制备氧化亚铜（Cu₂O）纳米颗粒的方法。通过UV-Vis、Raman、XRD、TEM、SEM、EDX、XPS等分析测试手段对制备样品的光学特性、微观形貌、物相结构等进行表征，并测试其抑菌活性。结果表明，以川续断茎叶提取物为还原剂制备出的Cu₂O纳米颗粒为立方晶系（空间群为Pn3m），结晶良好且纯度高，其微观形貌呈现独特“花椰菜状”三维结构，元素组成中Cu与O的原子比约为2.12∶1。UV-Vis光谱在565 nm处观察到Cu₂O的特征表面等离子体共振（SPR）吸收峰。抑菌实验表明，Cu₂O纳米颗粒对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌、铜绿假单胞菌均表现出显著的抑制效果，其最低抑菌浓度依次为1.000、0.125、0.125和0.250 mg/mL。研究结果为Cu₂O纳米材料的制备提供了一种新颖环保的合成策略，也展现了该材料在抑菌领域的应用潜力。

关键词: 川续断茎叶; 氧化亚铜; 纳米颗粒; 抑菌活性; 绿色制备

Abstract: This study developed a green method for preparing cuprous oxide （Cu₂O） nanoparticles using extracts from the stems and leaves of Dipsacus asper wall. The optical properties， microstructure， and phase composition of the prepared samples were characterized by analytical techniques such as UV-Vis， Raman， XRD， TEM， SEM， EDX， and XPS， and their antibacterial activity was also tested. The results show that the Cu₂O nanoparticles prepared using Dipsacus asper wall stem and leaf extracts as the reducing agent are cubic system with space group of Pn3m， exhibiting good crystallinity and high purity. Their microscopic morphology reveals a unique three-dimensional “cauliflower-like” structure， with an atomic ratio of Cu to O approximately 2.12∶1 in elemental composition. UV-Vis spectrum shows the characteristic surface plasmon resonance （SPR） absorption peak of Cu₂O at 565 nm. Antibacterial tests indicate that the Cu₂O nanoparticles exhibit significant inhibitory effects against escherichia coli， staphylococcus aureus， bacillus subtilis， and pseudomonas aeruginosa， with minimum inhibitory concentrations of 1.000， 0.125， 0.125， and 0.250 mg/mL， respectively. The study not only provides a novel and eco-friendly strategy for the preparation of Cu₂O nanomaterials but also demonstrates their potential applications in the field of antibacterial treatment.

Key words: Dipsacus asper wall stems and leaf; copper （Ⅰ） oxide; nanoparticle; antibacterial activity; green preparation

中图分类号:

TB383

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图/表 13

图1 Cu2O NPs的制备流程图

Fig.1 Flowchart the preparation of Cu2O NPs

图2 提取物（a）和Cu2O NPs（b）的UV-Vis光谱

Fig.2 UV-Vis spectra of extract （a） and Cu2O NPs （b）

图3 Cu2O NPs的XRD图谱

Fig.3 XRD pattern of Cu2O NPs

图4 Cu2O NPs的SEM照片（a）、粒径分布（b），以及EDX图和元素组成（c）

Fig.4 SEM image （a）， particle size distribution （b）， and EDX and elemental composition （c） of Cu2O NPs

图5 Cu2O NPs的Raman光谱

Fig.5 Raman spectrum of Cu2O NPs

图6 Cu2O NPs 的TEM照片。（a），（b）不同倍数下Cu2O NPs的TEM照片；（c）Cu2O NPs的HRTEM照片；（d）Cu2O NPs的电子选区衍射图

Fig.6 TEM images of Cu2O NPs. （a），（b） TEM images of Cu2O NPs at different magnifications；（c） HRTEM image of Cu2O NPs；（d） selected area electron diffraction pattern of Cu2O NPs

图7 Cu2O NPs的XPS

Fig.7 XPS of Cu2O NPs

图8 提取物高效液相色谱图

Fig.8 HPLC chromatograms of extract

图9 Cu2O NPs的潜在形成机制

Fig.9 Potential formation mechanism of Cu2O NPs

图10 CGA（a）、Cu2O（b）和CGA-Cu2O（c）的几何优化图，以及CGA（d）、Cu2O（e）和CGA-Cu2O（f）的ESP分析图

Fig.10 Geometrically optimized structures of CGA （a）， Cu2O （b）， and CGA-Cu2O （c）， and ESP analysis maps of CGA （d）， Cu2O （e）， and CGA-Cu2O（f）

图11 Cu2O NPs、Cefixime和Ciprofloxacin的抑菌效果（0：无菌生理盐水； 1：Cefixime； 2：Ciprofloxacin）

Fig.11 Bacteriostatic effects of Cu2O NPs， Cefixime， and Ciprofloxacin （0： sterile saline solution； 1： Cefixime； 2： Ciprofloxacin）

表1 抑菌圈直径

Table 1 Inhibition zone diameter

Microbial strain	Inhibition zone diameter/mm
Microbial strain	Cu₂O NPs	Cefixime	Ciprofloxacin
E.coli	14±0.5	26	41
S. aureus	19±0.5	15	31
B. subtilis	20±1	15	34
P. aeruginosa	15±1	—	37

表2 Cu2O NPs的MIC及MBC

Table 2 MIC and MBC of Cu2O NPs

Microbial strain	MIC/（mg·mL^-1）	MBC/（mg·mL^-1）
E.coli	1.000	1
S. aureus	0.125	1
B. subtilis	0.125	1
P. aeruginosa	0.250	1

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