姜國飛,李旭飛,呂 艷,車陽麗,劉 芳

?

Cu/ZnO-RGO的抗菌性能及應用

姜國飛,李旭飛,呂 艷,車陽麗,劉 芳*

(中國石油大學(華東)化學工程學院環(huán)境與安全工程系 山東 青島 266580)

采用溶膠-凝膠法制備銅鋅復合氧化物(Cu/ZnO),并將Cu/ZnO納米粒子負載到還原氧化石墨烯(RGO)表面制備Cu/ZnO-RGO復合材料.對Cu/ZnO-RGO復合材料進行表征分析及抗菌性能考察,結(jié)果表明,Cu/ZnO納米粒子成功負載在RGO表面,負載前后Cu/ZnO納米粒子形態(tài)不發(fā)生改變,復合材料純度較高.Cu/ZnO-RGO復合材料對大腸桿菌與金黃色葡萄球菌均有著優(yōu)異的抗菌性能,可以破壞細菌細胞膜,導致細菌內(nèi)容物流出,延長細菌進入對數(shù)生長期所需的時間.當RGO質(zhì)量分數(shù)為15%?Cu/ZnO-RGO復合材料使用量為120μg/mL時,在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中作用2h即可擁有96.76%的抗菌率.

還原氧化石墨烯；Cu/ZnO納米粒子；復合材料；抗菌

目前研究發(fā)現(xiàn)多種納米材料具有強抗菌性能,如Ag、TiO2、SiO2、Au等[1-3].這些納米材料在單獨使用時由于活性較高可能會造成一些環(huán)境風險[4-5],而將納米顆粒制備成復合材料會使其在環(huán)境中的流動性降低使環(huán)境風險下降.目前使用納米材料制備具有生物相容性和優(yōu)異抗菌性的復合材料已應用到生物醫(yī)學裝置[6]、水凈化膜[7]及薄膜纖維傷口敷料[8]等,這些應用可以改善材料抗菌性能、使用壽命[9-11]等.

石墨烯(Graphene)是由單層碳原子之間依靠sp2雜化組成的具有六角形晶體結(jié)構(gòu)的二維碳納米材料[12],因具有優(yōu)異的機械、熱和光學等性質(zhì)[13-15]而被全世界關(guān)注,近年來發(fā)現(xiàn)石墨烯材料具有強抗菌性能[16],但在實際應用中還存在不穩(wěn)定易團聚、團聚的石墨烯可能成為細菌生物膜生長的基體等問題,因此如何利用石墨烯制備抗菌材料成為了重要研究.納米氧化鋅是一種廣泛應用于抗菌劑制備的、廉價的半導體材料,在體外對原核細胞、真核細胞及大腸桿菌的生長均可以產(chǎn)生抑制作用[17].ZnO在含水介質(zhì)中還可以緩慢釋放鋅離子與蛋白質(zhì)上的-SH基團反應,破壞電子傳遞系統(tǒng)的酶,從而破壞細菌細胞和生理活性達到殺菌目的[18].研究表明,細菌在銅表面不易形成保護性的生物膜[19-20].將銅離子注入到其他抗菌材料后,還可明顯提高材料的抗菌性能.

本文將采用溶膠-凝膠法制備銅鋅復合氧化物(Cu/ZnO),并將Cu/ZnO納米粒子負載在RGO表面制備Cu/ZnO-RGO復合材料.考察復合材料的抗菌性能,并將Cu/ZnO-RGO復合材料在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中進行應用,以解決循環(huán)冷卻水系統(tǒng)因細菌滋生導致的生物粘泥及設(shè)備腐蝕等問題.

1 材料與方法

1.1 材料

還原氧化石墨烯(以甲脒亞磺酸為還原劑還原氧化石墨所得);無水乙醇、二甲基乙酰胺,分析純,四川西隴化工有限公司產(chǎn)品;牛肉膏、胰蛋白粉、瓊脂,分析純,國藥集團化學試劑有限公司產(chǎn)品.

1.2 Cu/ZnO-RGO復合材料的制備

取0.35mol醋酸鋅與0.15mol醋酸銅溶于100mL體積分數(shù)為50%的乙醇中,超聲處理使溶液混合均勻.使用氨水調(diào)節(jié)溶液pH值至5.5~6.7,并加入0.6mol一水合檸檬酸,80℃水浴攪拌2h獲得淺藍色沉淀.將沉淀用無水乙醇洗滌后80℃烘干,研磨成粉末,并將粉末置于500℃煅燒2h,獲得銅鋅復合氧化物(Cu/ZnO).將RGO與Cu/ZnO納米粒子按一定質(zhì)量比在二甲基乙酰胺中混合均勻,使RGO質(zhì)量分數(shù)占總質(zhì)量的5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%,超聲處理6h.通過離心回收納米Cu/ZnO-RGO復合材料,乙醇洗滌3次后60℃烘干即為所得.制備流程圖見圖1.

圖1 Cu/ZnO-RGO制備示意

1.3 納米材料的表征

用帕納科公司生產(chǎn)的X射線衍射儀(X’Pert PRO MPD)分析納米粒子的晶相結(jié)構(gòu),用美國尼高力公司生產(chǎn)的傅立葉變換紅外光譜儀(NEXUS FT-IR)分析納米材料的分子結(jié)構(gòu),用日本電子生產(chǎn)的透射電子顯微鏡(JEM-2100UHR)分析納米材料的微觀結(jié)構(gòu).

1.4 抑菌圈實驗

將滅菌后的牛肉膏蛋白胨固體培養(yǎng)基倒入培養(yǎng)皿中,制備平板.用移液槍移取100μL濃度為106cfu/mL的菌液并在平板表面均勻涂布.平板表面菌液干燥后,在平板表面放置滅菌后的牛津杯,并向杯內(nèi)分別加入50μL不同質(zhì)量濃度的Cu/ZnO-RGO復合材料懸浮液,蓋好培養(yǎng)皿,置于37℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24h.抗菌材料會抑制細菌的生長,并產(chǎn)生一個無菌的抑菌圈,觀察結(jié)果,并用游標卡尺測量抑菌圈的直徑.

1.5 蛋白泄漏實驗

將Cu/ZnO-RGO復合材料與對數(shù)生長期細菌共同培養(yǎng)(大腸桿菌中Cu/ZnO-RGO復合材料濃度為100μg/mL,金黃色葡萄球菌中Cu/ZnO-RGO復合材料濃度為125μg/mL),每隔2h取細菌菌液樣品用緩沖溶液稀釋,用移液槍移取稀釋后菌液20mL于EP管中,并加入考馬斯亮藍溶液1mL,在37℃搖床中震蕩2min使之混合均勻.在595nm處測定混合溶液的吸光值,并與蛋白濃度標準曲線進行對比,從而計算菌液蛋白濃度.

1.6 細菌PI染色實驗

將Cu/ZnO-RGO復合材料與對數(shù)生長期細菌混合培養(yǎng)2h(大腸桿菌中Cu/ZnO-RGO復合材料濃度為100μg/mL,金黃色葡萄球菌中Cu/ZnO-RGO復合材料濃度為125μg/mL),并用緩沖溶液稀釋.用移液槍取出1mL菌液于EP管中離心并去上清液.向EP管內(nèi)加入5μL 1mg/mL PI(碘化丙啶)染液,輕輕混勻,避光放置15min.取一滴溶液滴加于載玻片上制備觀察樣片,在熒光顯微鏡下觀察拍照,并與正常生長細胞對比.

1.7 微生物生長曲線測定實驗

將細菌接種到含有150mL牛肉膏蛋白胨液體培養(yǎng)基的錐形瓶中,并向內(nèi)加入一定質(zhì)量的Cu/ZnO- RGO復合材料,在恒溫振蕩培養(yǎng)箱中37℃震蕩培養(yǎng).培養(yǎng)過程中每隔2h取一次菌液并在600nm波長處測定吸光度OD600值(以未接種的液體培養(yǎng)基作背景),以O(shè)D600值為縱坐標,培養(yǎng)時間為橫坐標,繪制生長曲線,并與細菌正常生長的生長曲線做對比.

1.8 平板記數(shù)法計算抗菌率

將滅菌后的牛肉膏蛋白胨固體培養(yǎng)基倒入培養(yǎng)皿中,制備平板.用移液槍移取200μL的待測液并在平板表面均勻涂布.37℃培養(yǎng)24h后數(shù)出生長菌落數(shù).抗菌率計算方式見公式(1):

式中:為抗菌率,%;0為空白菌落個數(shù),個;為添加材料后菌落個數(shù),個.

2 結(jié)果與討論

2.1 納米Cu/ZnO-RGO復合材料的表征

圖2中RGO的紅外光譜在1607cm-1處出現(xiàn)一吸收峰,這屬于石墨晶體sp2結(jié)構(gòu)中的C=C伸縮振動峰,證明了石墨烯石墨結(jié)構(gòu)的存在,除此之外,僅在3500~4000cm-1范圍內(nèi)出現(xiàn)一些由殘留的-OH和吸附的水分子產(chǎn)生的雜峰,證明以甲脒亞磺酸為還原劑所制備的RGO還原較徹底.Cu/ZnO-RGO樣品的紅外光譜中保留了1607cm-1處出現(xiàn)的C=C伸縮振動峰,證明在復合過程中RGO的石墨結(jié)構(gòu)依舊保留,此外在3374~3576cm-1處出現(xiàn)一強度較低的寬峰,這是由于在復合過程中以二甲基乙酰胺為溶劑,從而使復合材料顯示出N-H伸縮振動峰,Cu/ZnO-RGO樣品的紅外光譜在448cm-1處出現(xiàn)一明顯的強吸收峰,這一特點證明Cu/ZnO納米粒子的形成.納米復合材料中Cu/ZnO納米粒子的存在也通過XRD測量得到證實(圖3),Cu/ZnO-RGO的XRD譜圖在2=31.77°、34.41°、36.34°、47.60°及56.61°處出現(xiàn)強度較高的衍射峰,在2=38.70°出現(xiàn)一小尖銳衍射峰,衍射峰的位置分別對應氧化鋅的(100)、(002)、(101)、(102)、(110)晶面和對應氧化銅(111)晶面[21], Cu/ZnO納米粒子的衍射峰位置和標準卡片相比略微向高角度偏移,證明Cu已進入氧化鋅晶體結(jié)構(gòu)中.Cu/ZnO負載到RGO表面后,在2=24.68°處出現(xiàn)的RGO衍射峰基本消失[22],這是由于在復合過程中Cu/ZnO納米粒子在RGO表面的堆疊導致RGO的片層結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,導致RGO衍射峰發(fā)生變化.

圖2 RGO和Cu/ZnO-RGO復合材料的FT-IR圖譜

圖3 Cu/ZnO、RGO和Cu/ZnO-RGO復合材料的XRD圖譜

圖4 Cu/ZnO、RGO和Cu/ZnO-RGO復合材料的TEM照片 Fig.4 TEM photos of Cu/ZnO, RGO and Cu/ZnO-RGO nanocomposites

使用透射電子顯微鏡(TEM)分析Cu/ZnO-RGO納米復合材料的形態(tài)(圖4),TEM照片顯示Cu/ZnO納米粒子成功附著在RGO上.由對比圖可發(fā)現(xiàn),附著在RGO表面的Cu/ZnO納米顆粒平均尺寸約為30nm,而沒有參與合成的Cu/ZnO納米顆粒平均尺寸約為40~60nm,這一結(jié)果表明在復合過程中RGO薄片與Cu/ZnO納米顆粒發(fā)生反應,從而形成了更小的納米粒子.結(jié)合之前的紅外表征結(jié)果,猜測這一結(jié)果的原因是由于RGO表面存在部分殘余的羥基和羧基,這些基團可以為RGO表面上納米粒子的錨定和生長提供位點[23-24],同時可以與鋅離子和銅離子發(fā)生反應,參與納米粒子形成的成核反應,最終使負載到RGO表面的Cu/ZnO納米粒子平均尺寸降低.Cu/ZnO納米粒子在RGO表面發(fā)生輕微團聚現(xiàn)象,這是由于Cu/ZnO顆粒尺寸較小,顆粒間小尺寸效應及表面效應導致團聚現(xiàn)象的產(chǎn)生.

2.2 納米Cu/ZnO-RGO復合材料抗菌性能

2.2.1 Cu/ZnO-RGO復合材料對細菌的抑菌圈實驗 抑菌圈直徑的不同反映了所測試的細菌對Cu/ZnO-RGO復合材料的敏感性程度,對復合材料更敏感的細菌將會產(chǎn)生更大的抑菌圈. Cu/ZnO- RGO復合材料對大腸桿菌與金黃色葡萄球菌產(chǎn)生的抑菌圈直徑大小隨復合材料濃度的變化如圖5所示.

圖5 抑菌圈直徑隨Cu/ZnO-RGO復合材料濃度的變化

由圖5可看出,當Cu/ZnO-RGO復合材料濃度較低時,對大腸桿菌產(chǎn)生的抑菌圈直徑明顯高于對金黃色葡萄球菌產(chǎn)生的抑菌圈直徑,證明當復合材料濃度較低時,大腸桿菌對復合材料的敏感度更高.隨Cu/ZnO-RGO復合材料濃度的升高,對大腸桿菌及金黃色葡萄球菌產(chǎn)生的抑菌圈直徑均體現(xiàn)出先增大后穩(wěn)定的趨勢,當Cu/ZnO-RGO復合材料濃度大于100μg/mL時,對大腸桿菌產(chǎn)生的抑菌圈直徑大于17.5mm,當濃度大于125μg/mL時,對金黃色葡萄球菌產(chǎn)生的抑菌環(huán)直徑大于18mm.金黃色葡萄球菌及大腸桿菌對Cu/ZnO-RGO復合材料的敏感程度均極高[25],這為復合材料抗菌性能的考察提供基礎(chǔ).

2.2.2 Cu/ZnO-RGO復合材料對細菌生長曲線的影響 如圖6所示,對比添加Cu/ZnO-RGO復合材料前后2種細菌生長曲線的變化可明顯看出,Cu/ ZnO-RGO復合材料的添加可以顯著降低2種細菌生長曲線的斜率,延緩細菌進入對數(shù)生長期[26-27].對于大腸桿菌而言,大腸桿菌在正常生長6h后即可進入對數(shù)生長期,而添加復合材料之后在22h才觀察到細胞數(shù)目的增加,24h內(nèi)未觀察到對數(shù)生長期的出現(xiàn);對金黃色葡萄球菌而言,金黃色葡萄球菌在正常生長2h后即可進入對數(shù)生長期,而添加復合材料之后再16h才觀察到細胞數(shù)目的明顯增加,在22h之后有可能進入對數(shù)生長期,同樣證明了大腸桿菌對Cu/ZnO-RGO復合材料的敏感度更高[28].

2.2.3 Cu/ZnO-RGO復合材料對細菌細胞膜完整性的影響 PI是一種熒光染料,是可以對DNA染色的細胞核染色試劑,與DNA結(jié)合后會釋放紅色熒光,但PI染料不可以通過活細胞膜,只能穿過受損的細胞膜從而對細胞核進行染色,因此PI染料可以用于細胞凋亡檢測[29].

由圖7可以看出,在正常生長狀態(tài)下,大腸桿菌與金黃色葡萄球菌的熒光照片均是漆黑視野,證明此時細菌細胞膜結(jié)構(gòu)完整,PI染料無法對細菌進行染色.當大腸桿菌或金黃色葡萄球菌與Cu/ZnO- RGO復合材料共同培養(yǎng)后,所得熒光照片均有明顯的紅色亮斑出現(xiàn),證明大腸桿菌與金黃色葡萄球菌的細胞膜結(jié)構(gòu)被Cu/ZnO-RGO復合材料所破壞,這是由于當Cu/ZnO-RGO復合材料與細菌接觸時,RGO鋒利的片層邊緣會直接劃破細菌細胞膜,使細菌細胞膜的內(nèi)膜與外膜均受到損傷[30-32],使得PI染料進入細菌內(nèi)部與DNA結(jié)合,從而顯示出紅色熒光.

圖7 Cu/ZnO-RGO復合材料對大腸桿菌及金黃色葡萄球菌作用后的熒光照片

2.2.4 Cu/ZnO-RGO復合材料對細菌蛋白質(zhì)泄漏的影響 由于Cu/ZnO-RGO復合材料會破壞細菌細胞膜結(jié)構(gòu),導致細胞內(nèi)容物流出,將Cu/ZnO-RGO復合材料處理后的細菌菌液進行蛋白含量測定.由圖8可知,隨Cu/ZnO-RGO復合材料與細菌共同培育時間的延長,蛋白質(zhì)泄漏量不斷升高.在相同的時間條件下,Cu/ZnO-RGO復合材料的加入加速了細菌蛋白質(zhì)的泄漏,在培養(yǎng)20h后,與正常生長細菌蛋白質(zhì)泄漏相比,Cu/ZnO-RGO復合材料的加入使大腸桿菌與金黃色葡萄球菌的蛋白質(zhì)泄漏速度分別提高了807.69%與666.92%.由于金黃色葡萄球菌屬于革蘭氏陽性菌,革蘭氏陽性菌細胞壁含有90%的排列整齊有序的肽聚糖,且細胞壁較厚(20~80nm),能有效提高細胞的機械強度,遭受外來傷害時依然能夠保持原有細胞形態(tài).而大腸桿菌屬于革蘭氏陰性菌,革蘭氏陰性菌細胞壁有多層結(jié)構(gòu),層間排列疏松,肽聚糖含量低,細胞壁薄(10~15nm),導致革蘭氏陰性菌的細胞機械強度低,在遭受外來傷害時容易導致細胞破損變形,因此Cu/ZnO-RGO復合材料作用后的大腸桿菌蛋白質(zhì)泄漏速度高于金黃色葡萄球菌.

2.3 納米Cu/ZnO-RGO復合材料在循環(huán)冷卻水中的應用

2.3.1 循環(huán)冷卻水水質(zhì)分析 以青島某石化煉制企業(yè)循環(huán)冷卻水為實驗對象,其水質(zhì)分析見表1,菌種鑒定結(jié)果見表2[33].

由菌種鑒定結(jié)果可看出,循環(huán)冷卻水是一個復雜的微生物體系,其中既含有革蘭氏陽性菌(腐螺旋菌科、微球菌科、丙酸桿菌科),又含有革蘭氏陰性菌(假單胞菌科、擬桿菌科、屈撓桿菌科、嗜氫菌科、柄桿菌科、紅桿菌科、伯克氏菌科、微球菌科、紅環(huán)菌科),同時這些細菌的生理特性又各不相同,因此在循環(huán)冷卻水中對Cu/ZnO-RGO復合材料進行抗菌性能考察具有代表意義.

表1 循環(huán)冷卻水水質(zhì)分析(mg/L)

表2 循環(huán)冷卻水優(yōu)勢菌種鑒定結(jié)果匯總4

2.3.2 RGO質(zhì)量分數(shù)對Cu/ZnO-RGO復合材料抗菌性能的影響 將所制備的含不同RGO質(zhì)量分數(shù)的Cu/ZnO-RGO復合材料分別投加到循環(huán)冷卻水中,濃度均為200μg/mL,震蕩2h后采用平板計數(shù)法進行計算抗菌率.

由圖9可看出,隨著RGO質(zhì)量分數(shù)的增加,復合材料的抗菌率逐漸增大,當RGO質(zhì)量分數(shù)達到15%時抗菌率達到最高,為99.67%.此后繼續(xù)增大RGO質(zhì)量分數(shù),復合材料抗菌率出現(xiàn)下降趨勢.實驗發(fā)現(xiàn)當RGO質(zhì)量分數(shù)為15%時,Cu/ZnO-RGO復合材料相較于Cu/ZnO與RGO相比,在相同濃度下使用時,抗菌性能分別提高了7.95%、19.15%,這是由于Cu/ZnO帶有正電荷,而大部分細菌表面均攜帶負電荷,因此當Cu/ZnO粒子負載到RGO表面后,可以使復合材料很好的通過靜電作用吸附在細菌表面,將細菌包覆,切斷細菌與外界的物質(zhì)、信息交流,同時增大細菌與RGO的接觸機會,Cu/ZnO與RGO在抗菌性能上的協(xié)同作用使抗菌率有著明顯提升[34-35].當RGO質(zhì)量分數(shù)較高時,復合材料的抗菌率逐漸下降,這是由于RGO含量增加時,Cu/ZnO含量不足以完全填充GO表面,此時過多的RGO在復合過程中會發(fā)生團聚現(xiàn)象[36],復合材料添加到循環(huán)冷卻水中后,這些團聚的RGO反而成為細菌生長的基體,從而使復合材料的抗菌率降低.

圖9 RGO質(zhì)量分數(shù)對抗菌率影響曲線

2.3.3 復合材料濃度對抗菌率的影響 將制備的Cu/ZnO-RGO復合材料按不同投加量投加到循環(huán)冷卻水中,2h后采用平板計數(shù)法進行抗菌率的計算,結(jié)果如圖10所示.

圖10 Cu/ZnO-RGO復合材料使用量對抗菌率的影響

由圖10可得,納米Cu/ZnO-RGO復合材料抗菌率隨復合材料使用量的增大而提高.當復合材料投加濃度為40μg/mL時,抗菌率僅為70.09%,這是由于參與復合的RGO與Cu/ZnO在濃度較低時抗菌活性均較差,尤其是濃度較低的Cu/ZnO反而會促進某些細菌的生長,因此復合材料使用濃度較低時,抗菌性能較差.在復合材料濃度提高后,RGO與Cu/ZnO的強抗菌性能均得到體現(xiàn),從而使抗菌性能得到大幅度提升.當復合材料投加量為120μg/mL時,抗菌率已經(jīng)達到96.76%,繼續(xù)增大復合材料濃度抗菌性能提升不再明顯,因此Cu/ZnO-RGO復合材料在本系統(tǒng)中使用時,120μg/mL即可認定為最佳投加量.

目前針對Cu/ZnO-RGO復合抗菌材料的使用方法是直接將粉體投加至循環(huán)冷卻水中,后期研究將會把復合材料制備成涂層使用,使在應用方面更經(jīng)濟、效果更長效.

3 結(jié)論

3.1 通過TEM照片證明納米Cu/ZnO粒子成功負載到RGO表面,XRD表征證明負載后納米Cu/ZnO粒子形態(tài)未發(fā)生改變,復合材料純度較高.

3.2 大腸桿菌對Cu/ZnO-RGO復合材料的敏感度高于金黃色葡萄球菌,Cu/ZnO-RGO復合材料的添加可以明顯延長2種細菌進入對數(shù)生長期所需時間.Cu/ZnO-RGO復合材料在抗菌過程中會破壞細菌細胞膜,導致細菌內(nèi)容物流出, Cu/ZnO-RGO復合材料的加入使大腸桿菌與金黃色葡萄球菌的蛋白泄漏率分別提高了807.69%與666.92%.

3.3 將Cu/ZnO-RGO復合材料應用于循環(huán)冷卻水中可明顯抑制微生物的滋生,當使用量為120μg/mL可擁有96.76%的抗菌率.

[1] Thenmozhi M, Kannabiran K, Kumar R, et al. Antifungal activity of Streptomyces sp. VITSTK7and its synthesized Ag2O/Ag nanoparticles against medically important Aspergillus pathogens [J]. Journal De Mycologie Médicale, 2013,23(2):97-103.

[2] Le T L, Hoa T T, Cuong N D, et al. Shape and size controlled synthesis of Au nanorods: H2S gas-sensing characterizations and antibacterial application [J]. Journal of Alloys & Compounds, 2015,635:265-271.

[3] Dědková K, Fernández V A, Kvítek L, et al. Study of Antibacterial Activity of Silver NPs Against Animal Pathogens [J]. Advanced Science, 2011,3(1):93-96.

[4] Zhao X, Wang S, Wu Y, et al. Acute ZnO nanoparticles exposure induces developmental toxicity, oxidative stress and DNA damage in embryo-larval zebrafish [J]. Aquatic Toxicology, 2013,136-137(14): 49-59.

[5] Som C, Wick P, Krug H, et al. Environmental and health effects of nanomaterials in nanotextiles and fa?ade coatings [J]. Environment International, 2011,37(6):1131-1142.

[6] Duncan T V. Applications of nanotechnology in food packaging and food safety: Barrier materials, antimicrobials and sensors [J]. Journal of Colloid & Interface Science, 2011,363(1):1-24.

[7] Upadhyayula V K K, Gadhamshetty V. Appreciating the role of carbon nanotube composites in preventing biofouling and promoting biofilms on material surfaces in environmental engineering: A review [J]. Biotechnology Advances, 2010,28(6):802-816.

[8] Dallas P, Sharma V K, Zboril R. Silver polymeric nanocomposites as advanced antimicrobial agents: classification, synthetic paths, applications, and perspectives [J]. Advances in Colloid & Interface Science, 2011,166(1/2):119-135.

[9] Ahmed F, Santos C M, Vergara R A, et al. Antimicrobial applications of electroactive PVK-SWNT nanocomposites [J]. Environmental Science & Technology, 2012,46(3):1804-1810.

[10] Upadhyayula V K K, Deng S, Mitchell M C, et al. Application of carbon nanotube technology for removal of contaminants in drinking water: A review [J]. Science of the Total Environment, 2009,408(1):1-13.

[11] Carpio I E M, Santos C M, Xin W, et al. Toxicity of a polymer-graphene oxide composite against bacterial planktonic cells, biofilms, and mammalian cells [J]. Nanoscale, 2012,4(15):4746-4756.

[12] Geim A K, Novoselov K S. The rise of grapheme [J]. Nature Materials, 2007,6(3):183-191.

[13] Lee C, Wei X, Kysar J W, et al. Measurement of the elastic properties and intrinsic strength of monolayer grapheme [J]. science, 2008, 321(5887):385-388.

[14] Zhang Y, Tan Y W, Stormer H L, et al. Experimental Observation of Quantum Hall Effect and Berry's Phase in Graphene [J]. Nature, 2005,438(7065):1-7.

[15] Rumyantsev S, Liu G, Stillman W, et al. Electrical and noise characteristics of graphene field-effect transistors: ambient effects, noise sources and physical mechanisms [J]. Journal of Physics Condensed Matter, 2010,22(39):1456-1461.

[16] Hu W, Peng C, Luo W, et al. Graphene-based antibacterial paper [J]. ACS nano, 2010,4(7):4317-4323.

[17] Brunner T J, Wick P, Manser P, et al. In vitro cytotoxicity of oxide nanoparticles: comparison to asbestos, silica, and the effect of particle solubility [J]. Environmental Science & Technology, 2006,40(14):4374- 4381.

[18] Sawai J. Quantitative evaluation of antibacterial activities of metallic oxide powders (ZnO, MgO and CaO) by conductimetric assay [J]. Journal of Microbiological Methods, 2003,54(2):177-182.

[19] Liu J, Li F, Liu C, et al. Effect of Cu content on the antibacterial activity of titanium-copper sintered alloys [J]. Materials Science & Engineering C Materials for Biological Applications, 2014,35(1):392-400.

[20] Azam A, Ahmed A S, Oves M, et al. Antimicrobial activity of metal oxide nanoparticles against Gram-positive and Gram-negative bacteria: a comparative study [J]. International Journal of Nanomedicine, 2012, 7(24):6003-6009.

[21] Zhong L, Yun K. Graphene oxide-modified ZnO particles: synthesis, characterization, and antibacterial properties [J]. International Journal of Nanomedicine, 2015,10(Spec Iss):79-92.

[22] Zhang C, Chen M, Xu X, et al. Graphene oxide reduced and modified by, environmentally friendly glycylglycine and, its excellent catalytic performance [J]. Nanotechnology, 2014,25(13):135707.

[23] Pasricha R, Gupta S, Srivastava A K. A facile and novel synthesis of Ag-graphene-based nanocomposites [J]. Small, 2009,5(20):2253-2259.

[24] Zhou X, Huang X, Qi X, et al. In Situ Synthesis of Metal Nanoparticles on Single-Layer Graphene Oxide and Reduced Graphene Oxide Surfaces [J]. Journal of Physical Chemistry C, 2009,113(25):10842- 10846.

[25] Faria A F D, Martinez D S T, Meira S M M, et al. Anti-adhesion and antibacterial activity of silver nanoparticles supported on graphene oxide sheets [J]. Colloids & Surfaces B Biointerfaces, 2014,113(1):115-124.

[26] Sondi I, Salopeksondi B. Silver nanoparticles as antimicrobial agent: a case study on E. coli as a model for Gram-negative bacteria. J. Colloid Interf. Sci. 275,177-182 [J]. Journal of Colloid & Interface Science, 2004,275(1):177-182.

[27] Das M R, Sarma R K, Saikia R, et al. Synthesis of silver nanoparticles in an aqueous suspension of graphene oxide sheets and its antimicrobial activity [J]. Colloids & Surfaces B Biointerfaces, 2011,83(1):16-22.

[28] Zhou H, Liu Y, Chi W, et al. Preparation and antibacterial properties of Ag@polydopamine/graphene oxide sheet nanocomposite [J]. Applied Surface Science, 2013,282(10):181-185.

[29] Jung W K, Koo H C, Kim K W, et al. Antibacterial activity and mechanism of action of the silver ion in Staphylococcus aureus and Escherichia coli [J]. Applied & Environmental Microbiology, 2008, 74(7):2171-2178.

[30] Akhavan O, Ghaderi E. Toxicity of graphene and graphene oxide nanowalls against bacteria [J]. ACS nano, 2010,4(10):5731-5736.

[31] Das M R, Sarma R K, Borah S C, et al. The synthesis of citrate- modified silver nanoparticles in an aqueous suspension of graphene oxide nanosheets and their antibacterial activity [J]. Colloids & Surfaces B Biointerfaces, 2013,105(6):128-136.

[32] Lu C, Mai Y W. Preparation, characterization and antibacterial properties of silver-modified graphene oxide [J]. Journal of Materials Chemistry, 2011,21(10):3350-3352.

[33] 馬 濤,劉 芳,趙朝成,等.循環(huán)水系統(tǒng)黏泥細菌群落結(jié)構(gòu)多樣性的PCR-DGGE分析 [J]. 石油學報(石油加工), 2011,27(3):493-500.

[34] Zhang L, Ding Y, Povey M, et al. ZnO nanofluids - A potential antibacterial agent [J]. Progress in Natural Science:Materials International, 2008,18(8):939-944.

[35] Liu S, Hu M, Zeng T H, et al. Lateral dimension-dependent antibacterial activity of graphene oxide sheets [J]. Langmuir the Acs Journal of Surfaces & Colloids, 2012,28(33):12364-12372.

[36] Some S, Ho S M, Dua P, et al. Dual functions of highly potent graphene derivative-poly-L-lysine composites to inhibit bacteria and support human cells [J]. Acs Nano, 2012,6(8):7151-7161.

Antibacterial properties and application of Cu/ZnO-RGO nanocomposites.

JIANG Guo-fei, LI Xu-fei, Lü Yan, CHE Yang-li, LIU Fang*

(Environmental and Safety Engineering, College of Chemical Engineering, China University of Petroleum, Qingdao 266580, China)., 2018,38(8)：3121~3128

The sol-gel method was used to prepare the copper and zinc composite oxide (Cu/ZnO), nanoparticles of which were loaded on the surface of reduced graphene oxide (RGO) to synthesize Cu/ZnO-RGO nanocomposites. The characterization analysis of Cu/ZnO-RGO nanocomposites showed that the Cu/ZnO nanoparticles were loaded on the RGO surface successfully. The morphology of the Cu/ZnO nanoparticles did not change after the load and the purity of CuZnO-RGO nanocomposites was higher. Furthermore, Cu/ZnO-RGO nanocomposites exhibited excellent antibacterial properties againstandby destroying bacterial cell membrane, causing the outflow of bacterial content and preventing bacteria entering the obvious logarithmic growth phase within 24h. When the mass fraction of RGO was 15%, the usage of Cu/ZnO-RGO nanocomposites was 120μg/mL, and the treating time was 2h in the circulating cooling water, the antibacterial rate of Cu/ZnO nanocomposites reached 99.76%.

reduced graphene oxide；Cu/ZnO nanoparticles；nanocomposites；antibiosis

X703.5

A

1000-6923(2018)08-3121-08

姜國飛(1993-),男,山東菏澤人,中國石油大學(華東)碩士研究生,主要從事水污染控制及水資源回用研究.發(fā)表論文8篇.

2018-01-22

中國石油大學(華東)研究生創(chuàng)新工程項目(YCX2017047);山東省自然科學基金資助項目(ZR201702140013)

* 責任作者, 教授, liufangfw@163.com