柯豆胶稳定氧化锌纳米颗粒的合成表征及其对废水细菌的抗菌机制研究

（编辑推荐）本研究通过碱性沉淀法合成柯豆胶（KG）稳定的氧化锌纳米颗粒（ZnO NP），表征显示其具有24.8±5.1 nm的均一粒径和-35 mV的Zeta电位。通过UV-vis、XRD、FTIR等技术证实其六方纤锌矿结构及胶体稳定性，并首次报道其对革兰氏阳性菌（B. subtilis）的杀菌活性（MBC=900 μg/mL）显著优于既往研究，为废水微生物污染治理提供了绿色纳米材料解决方案。

　　

摘要

研究采用碱性沉淀法合成柯豆胶（gum kondagogu）稳定的氧化锌纳米颗粒（ZnO NP），通过紫外可见光谱（UV-vis）在351 nm处观察到特征吸收峰，动态光散射（DLS）测得Z平均粒径为254 nm，透射电镜（TEM）显示其球形形貌及24.8±5.1 nm的平均粒径。X射线衍射（XRD）证实其六方纤锌矿晶体结构，傅里叶变换红外光谱（FTIR）揭示了多糖功能基团对颗粒的包覆作用。

材料与方法

以锌醋酸盐为前体，氢氧化钠为沉淀剂，通过调控柯豆胶浓度（0.1%-0.5%）优化合成条件。采用电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）定量锌含量，通过pH/温度稳定性实验验证胶体稳定性。抗菌实验选用废水常见菌株大肠杆菌（E. coli ATCC 25922）和枯草芽孢杆菌（B. subtilis ATCC 6633），采用刃天青（resazurin）肉汤稀释法测定最小抑菌浓度（MIC）和最小杀菌浓度（MBC）。

结果

柯豆胶浓度增加导致UV-vis吸收峰蓝移（358→351 nm），表明胶体稳定作用增强。XRD谱图中2θ=31.7°（100晶面）和36.2°（101晶面）的强衍射峰证实晶体纯度。抗菌测试显示：

• 对E. coli的MIC和MBC分别为900 μg/mL和1800 μg/mL，生长抑制率达98.42%
• 对B. subtilis的MIC和MBC均为900 μg/mL，抑制效率达99.99%
  相较于文献报道的植物提取物合成ZnO NP（如辣木叶制备的25-30 nm颗粒），本研究的胶体体系对革兰氏阳性菌杀菌活性提升9.1倍。

讨论

柯豆胶中糖醛酸（16.2 mol%葡萄糖醛酸）和蛋白质（42.2 μg/mL）通过电斥效应和空间位阻实现纳米颗粒稳定。抗菌机制涉及：

1. 带正电锌离子与细菌膜负电荷的静电作用
2. 活性氧（ROS）引发的氧化应激
3. 对革兰氏阳性菌更显著的穿透效应（因其较薄的肽聚糖层）
   与氯消毒等传统方法相比，该生物相容性纳米材料在废水回用领域具有应用潜力，但需进一步评估生态毒性。

结论

研究证实柯豆胶-ZnO NP对废水病原体（特别是B. subtilis）具有突出杀菌效能，其绿色合成路径符合联合国可持续发展目标（SDG 6清洁用水）。未来需探索规模化生产、固定化技术及与其他水处理工艺的协同效应。