Croton macrostachyus叶片提取物介导合成CuO纳米颗粒的绿色制备及其抗菌抗氧化应用研究

本文推荐一篇采用Croton macrostachyus叶片提取物绿色合成氧化铜纳米颗粒（CuO NPs）的研究。该工作通过UV-Vis、XRD、FT-IR等技术表征证实成功制备出粒径9.53 nm的球形晶体纳米颗粒，并证明其具有显著抗菌活性（对肺炎克雷伯菌抑制达11.46 mm）和抗氧化能力（DPPH清除率77.3%），为绿色纳米材料在生物医学领域的应用提供了新策略。

　　

1 引言

纳米技术的快速发展正在对人类生活产生深远影响，特别是在医药、食品、健康、化工和能源等领域。纳米医学作为重要分支，通过纳米尺度的材料和设备为疾病诊断、治疗和预防提供了新途径。传统纳米颗粒的化学合成方法存在使用易燃、腐蚀性还原剂等安全隐患，而绿色合成技术利用植物提取物作为还原剂和封端剂，具有环境友好、成本低廉和生物相容性高等优势。

Croton macrostachyus Hochst. ex Delile作为一种药用植物，其叶片富含生物活性成分，此前尚未被用于CuO NPs的合成。本研究旨在利用该植物甲醇提取物绿色合成CuO NPs，并评估其抗菌和抗氧化活性，为可持续纳米技术的发展提供新思路。

2 材料与方法

2.1 试剂与设备

实验采用五水合硫酸铜（CuSO₄·5H₂O，98.5%）作为前体，甲醇（99.9%）作为提取溶剂，使用旋转蒸发仪（YC7124型）、紫外可见分光光度计（Cary 60）、X射线衍射仪（Rigaco Min Flex 600）、扫描电子显微镜（JEOL）和傅里叶变换红外光谱仪（Perkin Elmer）等进行表征和分析。

2.2 植物材料提取与处理

2022年6月从埃塞俄比亚South Wollo地区采集新鲜Croton macrostachyus叶片，经亚的斯亚贝巴大学国家植物标本馆鉴定（凭证号AAU-Herbarium-272813）。200 g干燥叶片粉末用1.5 L甲醇浸提6天，过滤后通过旋转蒸发浓缩得到提取物。

2.3 植物化学筛选

采用标准定性方法检测提取物中的植物化学成分。铁氰化钾试验检测单宁（显蓝绿色），泡沫试验检测皂苷（产生奶油状泡沫），Wagner试剂检测生物碱（红棕色沉淀），氢氧化钠试验检测黄酮类（显黄/橙色），Salkowski试验检测类固醇（显红色）和萜类（红棕色界面），氯化铁试验检测酚类（蓝黑色），Borntrager试验检测蒽醌（紫色）。

2.4 定量植物化学分析

采用Folin-Ciocalteu法测定总酚含量（TPC，以没食子酸当量计），铝氯化物法测定总黄酮含量（TFC，以芦丁当量计），溴甲酚绿法测定总生物碱含量（TAC，以阿托品当量计），香草醛-硫酸法测定总皂苷含量（TSC，以薯蓣皂苷元当量计）。

2.5 CuO NPs的绿色合成

将100 mL 0.4 M CuSO₄·5H₂O与100 mL 2%植物提取物混合，60°C磁力搅拌1小时，溶液由浅蓝色变为浅绿色。滴加1 M NaOH调节pH至10后变为棕黑色，表明CuO NPs形成。离心收集沉淀，用蒸馏水和乙醇洗涤，150°C干燥3小时后400°C煅烧1小时，得到最终产物。

2.6 抗菌活性测定

采用琼脂圆盘扩散法评估样品对革兰阳性菌（金黄色葡萄球菌、单核细胞增生李斯特菌）和革兰阴性菌（大肠杆菌、肺炎克雷伯菌）的抑制作用。设置50、100、200 μg/mL三个浓度梯度，以氯霉素（30 μg/mL）为阳性对照，DMSO为阴性对照。37°C培养24小时后测量抑菌圈直径。

2.7 抗氧化活性测定

采用DPPH自由基清除法：将不同浓度样品（62.5-1000 μg/mL）与0.04% DPPH甲醇溶液反应，37°C孵育30分钟后测定517 nm处吸光度，计算清除率：%清除率 = (A_c-A_s)/A_c×100%，以抗坏血酸为阳性对照。

3 结果与讨论

3.1 提取物得率与植物化学成分

甲醇提取物得率为10.5%。定性分析显示提取物中含有单宁、皂苷、生物碱、黄酮、萜类和酚类，而类固醇和蒽醌未检出。定量分析表明TPC为180.6 mg GAE/g，TFC为172.1 mg RE/g，TAC为132.5 mg AE/g，TSC为40.3 mg DE/g，这些活性成分在纳米颗粒合成中起还原和稳定作用。

3.2 CuO NPs的表征

合成过程中溶液颜色由浅蓝→浅绿→棕黑色的变化表明纳米颗粒成功形成。UV-Vis光谱在516 nm处出现表面等离子体共振吸收峰，较提取物本身的534 nm峰发生蓝移，表明小尺寸纳米颗粒的形成。FT-IR分析显示提取物在3391 cm^-1（O-H/N-H伸缩振动）、1619 cm^-1（C=O振动）等处有特征峰，而CuO NPs在545.7 cm^-1处出现Cu-O特征振动峰，且有机峰减弱，表明煅烧后有机成分被氧化。

XRD图谱在2θ为32.6°、36.7°、38.8°、45.3°、61.7°和75.3°处出现衍射峰，分别对应（200）、（110）、（111）、（202）、（113）和（004）晶面，证实单斜晶系CuO的形成。通过Scherrer公式计算平均晶粒尺寸为9.53 nm。SEM图像显示纳米颗粒呈球形，存在因极性和静电作用引起的团聚现象。

3.3 抗菌活性

CuO NPs对所有测试菌株均表现出浓度依赖性抑制效果，且显著优于植物粗提物。对肺炎克雷伯菌的抑制最强（11.46±0.00 mm），对金黄色葡萄球菌抑制最弱（10.15±0.01 mm）。粗提物最高抑制率为9.75±0.03 mm（对金黄色葡萄球菌）。总体而言，革兰阴性菌比革兰阳性菌更敏感，这可能与细胞壁结构差异有关。

抗菌机制涉及：1）纳米颗粒穿透细胞膜；2）抑制细胞代谢过程；3）产生活性氧（ROS）引起膜损伤；4）导致DNA损伤和细胞裂解。

3.4 抗氧化活性

DPPH清除实验显示，CuO NPs在1000 μg/mL浓度下清除率达77.36%，显著高于粗提物的60.61%（同浓度），但低于抗坏血酸（99.14%）。抗氧化活性与浓度呈正相关，表明CuO NPs具有显著的自由基清除能力，这源于其表面特性和电子转移能力。

4 结论

本研究成功利用Croton macrostachyus叶片提取物绿色合成了球形、单斜晶系、平均尺寸9.53 nm的CuO NPs。该纳米颗粒对革兰阳性和阴性菌均表现出显著抗菌活性，尤其对肺炎克雷伯菌效果最佳。同时展现出77.36%的DPPH自由基清除能力，优于植物粗提物。研究证实植物介导的绿色合成法是一种可持续、环境友好的纳米材料制备方法，合成的CuO NPs在抗菌治疗和抗氧化应用方面具有广阔前景。