《Next Materials》：Valorizing green technology for sustainable CuO nanoparticles synthesis from
Punica granatum L. peel waste mitigating dye degradation and listerial virulence
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绿色技术方法用于纳米颗粒（NPs）合成提供了一种资源节约的可持续解决方案，替代化学方法，减少有毒副产物并促进环境可持续性。本研究提供了一种利用石榴（Punica granatum L.）皮废弃物中的氧化铜纳米颗粒（CuO-PGNPs）进行光催化和抗菌应用的新策
绿色技术方法用于纳米颗粒（NPs）合成提供了一种资源节约的可持续解决方案，替代化学方法，减少有毒副产物并促进环境可持续性。本研究提供了一种利用石榴（Punica granatum L.）皮废弃物中的氧化铜纳米颗粒（CuO-PGNPs）进行光催化和抗菌应用的新策略。研究人员使用紫外-可见光谱（UV-Vis）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、X射线衍射（XRD）、场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）和能量色散X射线光谱（EDX）对纳米颗粒进行了全面表征。UV-Vis光谱分析显示在240 nm处有吸收峰，FT-IR归因于有机取代基团，证实了石榴皮在CuO-NPs中的表面钝化。XRD和FE-SEM显示结晶尺寸约为7.29 nm，呈球形。纳米颗粒表现出显著的光催化活性，在6小时太阳照射下去除了96-97%的结晶紫（Crystal violet）、孔雀石绿（Malachite green）和甲基橙（Methyl orange）染料。此外，对绿豆（Vigna radiata L.）种子的植物毒性研究表明，未降解的染料抑制了种子萌发、根和芽生长以及生物量积累。在施用CuO-PGNPs后，所测量的抑制效应显著减小。通过琼脂孔扩散法进行的抗菌研究证实了针对单核细胞增生李斯特菌（Listeria monocytogenes，29.5±0.50）、肺炎克雷伯菌（Klebsiella pneumoniae，27.5±0.50）、伤寒沙门氏菌（Salmonella Typhi，19.33±0.57）和金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus，18.33±1.15）的强效结果。此外，微量稀释法测定对单核细胞增生李斯特菌的最低抑制浓度（MIC）=6.25 μg/mL和最低杀菌浓度（MBC）=12.5 μg/mL，显示出杀菌性质。分子对接研究显示，CuO-PGNPs与Internalin A和青霉素结合蛋白D2（Penicillin-Binding Protein D2）的最高平均结合能分别为-3.1 Kcal/mol和-2.6 Kcal/mol，抑制了李斯特菌的毒力和存活。总之，植物介导的CuO-NPs表现出强效的光催化、无毒和抗菌作用，强调了其在多维应用中的发展潜力。
**论文解读：利用石榴皮废弃物绿色合成氧化铜纳米颗粒用于光催化降解染料与李斯特菌毒力抑制**
**1. 研究背景与问题**
全球水资源短缺和工业废水污染是严峻的环境挑战。纺织、造纸等行业排放的合成染料（如结晶紫、孔雀石绿、甲基橙）具有毒性、持久性和难生物降解性，即使在低浓度下也会对水生生态系统和人类健康构成威胁。同时，抗生素耐药性日益严重，尤其是食源性病原菌如单核细胞增生李斯特菌（*Listeria monocytogenes*）的感染对公共卫生造成巨大负担。传统化学合成纳米颗粒的方法成本高、产生有毒副产物，因此亟需开发可持续、绿色的多功能纳米材料，既能高效降解染料，又能抑制病原菌。本研究旨在利用石榴（*Punica granatum* L.）皮废弃物（农业副产品）作为还原剂和稳定剂，绿色合成氧化铜纳米颗粒（CuO-PGNPs），并系统评估其光催化降解染料和抗菌活性，结合分子对接揭示其抑制李斯特菌毒力的潜在机制。论文发表在《Next Materials》。
**2. 主要技术方法**
研究人员采用溶胶-凝胶法绿色合成CuO-PGNPs：将石榴皮水提液逐滴加入硫酸铜（CuSO
4）溶液中，在80°C搅拌4小时，还原铜离子，随后用氢氧化钠调节pH至8沉淀，离心、洗涤、干燥后于600°C煅烧2小时得到黑色CuO颗粒。利用紫外-可见光谱（UV-Vis）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、X射线衍射（XRD）、场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）和能量色散X射线光谱（EDX）对纳米颗粒进行表征。光催化降解实验在太阳光照射下进行，以结晶紫（CV）、孔雀石绿（MG）和甲基橙（MO）为模型染料，监测6小时内的降解率。植物毒性实验以绿豆（*Vigna radiata* L.）种子为模型，比较未降解染料和CuO-PGNPs处理后染料对种子萌发、根/芽长度和生物量的影响。抗菌实验采用琼脂孔扩散法和微量肉汤稀释法（REMA）测定对金黄色葡萄球菌（*S. aureus*）、单核细胞增生李斯特菌（*L. monocytogenes*）、肺炎克雷伯菌（*K. pneumoniae*）和伤寒沙门氏菌（*S. Typhi*）的抑菌圈（ZOI）、最低抑菌浓度（MIC）和最低杀菌浓度（MBC）。分子对接使用AutoDock Vina，以CuO纳米颗粒为配体，与李斯特菌关键蛋白（Internalin A、青霉素结合蛋白D2、MurA、李斯特菌溶血素O）进行对接，计算结合能并分析相互作用。样本来源：石榴皮收集自印度哈里瓦（Haridwar）的果汁摊贩（29°55’20.5’’N 78°07’58.3’’E）；细菌菌株购自微生物类型培养物保藏中心（MTCC）。
**3. 研究结果**
**3.1 纳米颗粒表征**
- UV-Vis光谱显示CuO-PGNPs在240 nm处有特征吸收峰，证实铜纳米颗粒的形成。
- FT-IR分析显示存在O-H、N-H、C≡N、C=O、C≡C等官能团，表明石榴皮中的多酚、黄酮等生物活性分子对纳米颗粒进行了表面封端和稳定。
- XRD图谱显示主要衍射峰位于2θ=35.63°（002）、38.75°（111）和48.95°（202），与CuO标准卡片（PDF#892531）吻合，平均晶粒尺寸为7.29 nm。
- FE-SEM图像显示CuO-PGNPs呈球形，分布均匀，平均粒径为55.08 nm；EDX能谱证实主要元素为铜和氧，铜元素净强度最高。
**3.2 光催化降解染料**
- 在太阳光照射6小时后，CuO-PGNPs对CV、MG和MO染料的降解率分别达到97%、96%和95%（通过UV-Vis吸光度变化计算）。
- FT-IR分析降解产物：处理后的染料光谱中出现了新的吸收峰（如C≡C、O-H等），表明染料分子结构被破坏，生成小分子中间体。
**3.3 植物毒性分析**
- 未降解的CV、MG和MO染料显著抑制绿豆种子萌发（60-70%）、根长（10.6-14.5 mm）、芽长（24.7-26.3 mm）和生物量（0.6-0.7 g），而经CuO-PGNPs处理后，种子萌发率恢复至100%，根长增至61.8-71.6 mm，芽长增至138.6-141.6 mm，生物量增至2.3-2.5 g，接近对照组，表明CuO-PGNPs有效降低了染料的植物毒性。
**3.4 抗菌活性**
- 琼脂孔扩散法：CuO-PGNPs对四种细菌均表现出浓度依赖性抑菌活性，在1000 μg/mL浓度下，对*L. monocytogenes*的抑菌圈最大（29.5±0.50 mm），其次为*K. pneumoniae*（27.5±0.50 mm）、*S. Typhi*（19.33±0.57 mm）和*S. aureus*（18.33±1.15 mm），效果优于部分标准抗生素。
- 微量稀释法（REMA）：对*L. monocytogenes*的MIC为6.25 μg/mL，MBC为12.5 μg/mL，MBC/MIC=2，表明具有杀菌作用；对*K. pneumoniae*的MIC为25 μg/mL，MBC为100 μg/mL，MBC/MIC=4，表现为抑菌作用。
**3.5 分子对接研究**
- 分子对接结果显示，CuO-PGNPs与李斯特菌四种关键蛋白均有结合，其中与Internalin A（1O6V）的结合能最高（-3.1 Kcal/mol），其次为青霉素结合蛋白D2（5ZQA，-2.6 Kcal/mol）、MurA（3R38，-2.4 Kcal/mol）和李斯特菌溶血素O（4CDB，-2.3 Kcal/mol）。
- 相互作用分析：CuO-PGNPs与Internalin A的ASP213、LEU191、ARG211等残基形成常规氢键和金属受体相互作用，可能干扰其介导的细菌黏附和侵袭；与青霉素结合蛋白D2的THR116、THR208、SER207、ASN209形成氢键和金属配位，可能抑制细胞壁合成；与MurA的SER261、SER262、PRO300等残基结合，影响肽聚糖合成；与李斯特菌溶血素O的ASN110、ASN404、ILE408相互作用，可能阻碍其在宿主细胞膜上的孔道形成。
**4. 讨论与结论**
讨论部分指出，CuO-PGNPs的光催化降解效率优于或等同于许多已报道的植物介导CuO纳米颗粒，这可能归因于其较小的晶粒尺寸（7.29 nm）和石榴皮中丰富的酚类、黄酮类化合物提供的表面功能化，促进了光生电子-空穴对的分离和活性氧（ROS）的产生。抗菌实验表明，CuO-PGNPs对*L. monocytogenes*具有最强的杀菌活性，与分子对接结果一致，提示其可能通过多重机制（如破坏细胞膜、抑制细胞壁合成、干扰毒力因子）发挥作用。同时，植物毒性实验证实了其环境安全性。研究也存在局限性，如光催化实验仅在模拟染料溶液中进行，未考虑实际废水中的复杂成分；抗菌实验仅针对少数菌株，未来需验证对多重耐药菌和生物膜的效果。最终，研究人员得出结论：本研究证实了从石榴皮废弃物中绿色合成的CuO-PGNPs可有效降解太阳光下的CV、MG和MO染料，并通过植物毒性实验证明其产生无毒中间体。该研究突出了绿色合成CuO-NPs在光催化染料去除和抗菌方面的潜力，为环境修复和抗菌干预提供了可持续的多功能平台。
