Cu/ZnO-RGO的抗菌性能及应用

姜国飞,李旭飞,吕 艳,车阳丽,刘 芳



Cu/ZnO-RGO的抗菌性能及应用

姜国飞,李旭飞,吕 艳,车阳丽,刘 芳*

(中国石油大学(华东)化学工程学院环境与安全工程系 山东 青岛 266580)

采用溶胶-凝胶法制备铜锌复合氧化物(Cu/ZnO),并将Cu/ZnO纳米粒子负载到还原氧化石墨烯(RGO)表面制备Cu/ZnO-RGO复合材料.对Cu/ZnO-RGO复合材料进行表征分析及抗菌性能考察,结果表明,Cu/ZnO纳米粒子成功负载在RGO表面,负载前后Cu/ZnO纳米粒子形态不发生改变,复合材料纯度较高.Cu/ZnO-RGO复合材料对大肠杆菌与金黄色葡萄球菌均有着优异的抗菌性能,可以破坏细菌细胞膜,导致细菌内容物流出,延长细菌进入对数生长期所需的时间.当RGO质量分数为15%､Cu/ZnO-RGO复合材料使用量为120μg/mL时,在循环冷却水系统中作用2h即可拥有96.76%的抗菌率.

还原氧化石墨烯；Cu/ZnO纳米粒子；复合材料；抗菌

目前研究发现多种纳米材料具有强抗菌性能,如Ag、TiO2、SiO2、Au等[1-3].这些纳米材料在单独使用时由于活性较高可能会造成一些环境风险[4-5],而将纳米颗粒制备成复合材料会使其在环境中的流动性降低使环境风险下降.目前使用纳米材料制备具有生物相容性和优异抗菌性的复合材料已应用到生物医学装置[6]、水净化膜[7]及薄膜纤维伤口敷料[8]等,这些应用可以改善材料抗菌性能、使用寿命[9-11]等.

石墨烯(Graphene)是由单层碳原子之间依靠sp2杂化组成的具有六角形晶体结构的二维碳纳米材料[12],因具有优异的机械、热和光学等性质[13-15]而被全世界关注,近年来发现石墨烯材料具有强抗菌性能[16],但在实际应用中还存在不稳定易团聚、团聚的石墨烯可能成为细菌生物膜生长的基体等问题,因此如何利用石墨烯制备抗菌材料成为了重要研究.纳米氧化锌是一种广泛应用于抗菌剂制备的、廉价的半导体材料,在体外对原核细胞、真核细胞及大肠杆菌的生长均可以产生抑制作用[17].ZnO在含水介质中还可以缓慢释放锌离子与蛋白质上的-SH基团反应,破坏电子传递系统的酶,从而破坏细菌细胞和生理活性达到杀菌目的[18].研究表明,细菌在铜表面不易形成保护性的生物膜[19-20].将铜离子注入到其他抗菌材料后,还可明显提高材料的抗菌性能.

本文将采用溶胶-凝胶法制备铜锌复合氧化物(Cu/ZnO),并将Cu/ZnO纳米粒子负载在RGO表面制备Cu/ZnO-RGO复合材料.考察复合材料的抗菌性能,并将Cu/ZnO-RGO复合材料在循环冷却水系统中进行应用,以解决循环冷却水系统因细菌滋生导致的生物粘泥及设备腐蚀等问题.

1 材料与方法

1.1 材料

还原氧化石墨烯(以甲脒亚磺酸为还原剂还原氧化石墨所得);无水乙醇、二甲基乙酰胺,分析纯,四川西陇化工有限公司产品;牛肉膏、胰蛋白粉、琼脂,分析纯,国药集团化学试剂有限公司产品.

1.2 Cu/ZnO-RGO复合材料的制备

取0.35mol醋酸锌与0.15mol醋酸铜溶于100mL体积分数为50%的乙醇中,超声处理使溶液混合均匀.使用氨水调节溶液pH值至5.5~6.7,并加入0.6mol一水合柠檬酸,80℃水浴搅拌2h获得浅蓝色沉淀.将沉淀用无水乙醇洗涤后80℃烘干,研磨成粉末,并将粉末置于500℃煅烧2h,获得铜锌复合氧化物(Cu/ZnO).将RGO与Cu/ZnO纳米粒子按一定质量比在二甲基乙酰胺中混合均匀,使RGO质量分数占总质量的5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%,超声处理6h.通过离心回收纳米Cu/ZnO-RGO复合材料,乙醇洗涤3次后60℃烘干即为所得.制备流程图见图1.

图1 Cu/ZnO-RGO制备示意

1.3 纳米材料的表征

用帕纳科公司生产的X射线衍射仪(X’Pert PRO MPD)分析纳米粒子的晶相结构,用美国尼高力公司生产的傅立叶变换红外光谱仪(NEXUS FT-IR)分析纳米材料的分子结构,用日本电子生产的透射电子显微镜(JEM-2100UHR)分析纳米材料的微观结构.

1.4 抑菌圈实验

将灭菌后的牛肉膏蛋白胨固体培养基倒入培养皿中,制备平板.用移液枪移取100μL浓度为106cfu/mL的菌液并在平板表面均匀涂布.平板表面菌液干燥后,在平板表面放置灭菌后的牛津杯,并向杯内分别加入50μL不同质量浓度的Cu/ZnO-RGO复合材料悬浮液,盖好培养皿,置于37℃恒温培养箱中培养24h.抗菌材料会抑制细菌的生长,并产生一个无菌的抑菌圈,观察结果,并用游标卡尺测量抑菌圈的直径.

1.5 蛋白泄漏实验

将Cu/ZnO-RGO复合材料与对数生长期细菌共同培养(大肠杆菌中Cu/ZnO-RGO复合材料浓度为100μg/mL,金黄色葡萄球菌中Cu/ZnO-RGO复合材料浓度为125μg/mL),每隔2h取细菌菌液样品用缓冲溶液稀释,用移液枪移取稀释后菌液20mL于EP管中,并加入考马斯亮蓝溶液1mL,在37℃摇床中震荡2min使之混合均匀.在595nm处测定混合溶液的吸光值,并与蛋白浓度标准曲线进行对比,从而计算菌液蛋白浓度.

1.6 细菌PI染色实验

将Cu/ZnO-RGO复合材料与对数生长期细菌混合培养2h(大肠杆菌中Cu/ZnO-RGO复合材料浓度为100μg/mL,金黄色葡萄球菌中Cu/ZnO-RGO复合材料浓度为125μg/mL),并用缓冲溶液稀释.用移液枪取出1mL菌液于EP管中离心并去上清液.向EP管内加入5μL 1mg/mL PI(碘化丙啶)染液,轻轻混匀,避光放置15min.取一滴溶液滴加于载玻片上制备观察样片,在荧光显微镜下观察拍照,并与正常生长细胞对比.

1.7 微生物生长曲线测定实验

将细菌接种到含有150mL牛肉膏蛋白胨液体培养基的锥形瓶中,并向内加入一定质量的Cu/ZnO- RGO复合材料,在恒温振荡培养箱中37℃震荡培养.培养过程中每隔2h取一次菌液并在600nm波长处测定吸光度OD600值(以未接种的液体培养基作背景),以OD600值为纵坐标,培养时间为横坐标,绘制生长曲线,并与细菌正常生长的生长曲线做对比.

1.8 平板记数法计算抗菌率

将灭菌后的牛肉膏蛋白胨固体培养基倒入培养皿中,制备平板.用移液枪移取200μL的待测液并在平板表面均匀涂布.37℃培养24h后数出生长菌落数.抗菌率计算方式见公式(1):

式中:为抗菌率,%;0为空白菌落个数,个;为添加材料后菌落个数,个.

2 结果与讨论

2.1 纳米Cu/ZnO-RGO复合材料的表征

图2中RGO的红外光谱在1607cm-1处出现一吸收峰,这属于石墨晶体sp2结构中的C=C伸缩振动峰,证明了石墨烯石墨结构的存在,除此之外,仅在3500~4000cm-1范围内出现一些由残留的-OH和吸附的水分子产生的杂峰,证明以甲脒亚磺酸为还原剂所制备的RGO还原较彻底.Cu/ZnO-RGO样品的红外光谱中保留了1607cm-1处出现的C=C伸缩振动峰,证明在复合过程中RGO的石墨结构依旧保留,此外在3374~3576cm-1处出现一强度较低的宽峰,这是由于在复合过程中以二甲基乙酰胺为溶剂,从而使复合材料显示出N-H伸缩振动峰,Cu/ZnO-RGO样品的红外光谱在448cm-1处出现一明显的强吸收峰,这一特点证明Cu/ZnO纳米粒子的形成.纳米复合材料中Cu/ZnO纳米粒子的存在也通过XRD测量得到证实(图3),Cu/ZnO-RGO的XRD谱图在2=31.77°、34.41°、36.34°、47.60°及56.61°处出现强度较高的衍射峰,在2=38.70°出现一小尖锐衍射峰,衍射峰的位置分别对应氧化锌的(100)、(002)、(101)、(102)、(110)晶面和对应氧化铜(111)晶面[21], Cu/ZnO纳米粒子的衍射峰位置和标准卡片相比略微向高角度偏移,证明Cu已进入氧化锌晶体结构中.Cu/ZnO负载到RGO表面后,在2=24.68°处出现的RGO衍射峰基本消失[22],这是由于在复合过程中Cu/ZnO纳米粒子在RGO表面的堆叠导致RGO的片层结构发生变化,导致RGO衍射峰发生变化.

图2 RGO和Cu/ZnO-RGO复合材料的FT-IR图谱

图3 Cu/ZnO、RGO和Cu/ZnO-RGO复合材料的XRD图谱

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

使用透射电子显微镜(TEM)分析Cu/ZnO-RGO纳米复合材料的形态(图4),TEM照片显示Cu/ZnO纳米粒子成功附着在RGO上.由对比图可发现,附着在RGO表面的Cu/ZnO纳米颗粒平均尺寸约为30nm,而没有参与合成的Cu/ZnO纳米颗粒平均尺寸约为40~60nm,这一结果表明在复合过程中RGO薄片与Cu/ZnO纳米颗粒发生反应,从而形成了更小的纳米粒子.结合之前的红外表征结果,猜测这一结果的原因是由于RGO表面存在部分残余的羟基和羧基,这些基团可以为RGO表面上纳米粒子的锚定和生长提供位点[23-24],同时可以与锌离子和铜离子发生反应,参与纳米粒子形成的成核反应,最终使负载到RGO表面的Cu/ZnO纳米粒子平均尺寸降低.Cu/ZnO纳米粒子在RGO表面发生轻微团聚现象,这是由于Cu/ZnO颗粒尺寸较小,颗粒间小尺寸效应及表面效应导致团聚现象的产生.

2.2 纳米Cu/ZnO-RGO复合材料抗菌性能

2.2.1 Cu/ZnO-RGO复合材料对细菌的抑菌圈实验 抑菌圈直径的不同反映了所测试的细菌对Cu/ZnO-RGO复合材料的敏感性程度,对复合材料更敏感的细菌将会产生更大的抑菌圈. Cu/ZnO- RGO复合材料对大肠杆菌与金黄色葡萄球菌产生的抑菌圈直径大小随复合材料浓度的变化如图5所示.

图5 抑菌圈直径随Cu/ZnO-RGO复合材料浓度的变化

由图5可看出,当Cu/ZnO-RGO复合材料浓度较低时,对大肠杆菌产生的抑菌圈直径明显高于对金黄色葡萄球菌产生的抑菌圈直径,证明当复合材料浓度较低时,大肠杆菌对复合材料的敏感度更高.随Cu/ZnO-RGO复合材料浓度的升高,对大肠杆菌及金黄色葡萄球菌产生的抑菌圈直径均体现出先增大后稳定的趋势,当Cu/ZnO-RGO复合材料浓度大于100μg/mL时,对大肠杆菌产生的抑菌圈直径大于17.5mm,当浓度大于125μg/mL时,对金黄色葡萄球菌产生的抑菌环直径大于18mm.金黄色葡萄球菌及大肠杆菌对Cu/ZnO-RGO复合材料的敏感程度均极高[25],这为复合材料抗菌性能的考察提供基础.

2.2.2 Cu/ZnO-RGO复合材料对细菌生长曲线的影响 如图6所示,对比添加Cu/ZnO-RGO复合材料前后2种细菌生长曲线的变化可明显看出,Cu/ ZnO-RGO复合材料的添加可以显著降低2种细菌生长曲线的斜率,延缓细菌进入对数生长期[26-27].对于大肠杆菌而言,大肠杆菌在正常生长6h后即可进入对数生长期,而添加复合材料之后在22h才观察到细胞数目的增加,24h内未观察到对数生长期的出现;对金黄色葡萄球菌而言,金黄色葡萄球菌在正常生长2h后即可进入对数生长期,而添加复合材料之后再16h才观察到细胞数目的明显增加,在22h之后有可能进入对数生长期,同样证明了大肠杆菌对Cu/ZnO-RGO复合材料的敏感度更高[28].

2.2.3 Cu/ZnO-RGO复合材料对细菌细胞膜完整性的影响 PI是一种荧光染料,是可以对DNA染色的细胞核染色试剂,与DNA结合后会释放红色荧光,但PI染料不可以通过活细胞膜,只能穿过受损的细胞膜从而对细胞核进行染色,因此PI染料可以用于细胞凋亡检测[29].

由图7可以看出,在正常生长状态下,大肠杆菌与金黄色葡萄球菌的荧光照片均是漆黑视野,证明此时细菌细胞膜结构完整,PI染料无法对细菌进行染色.当大肠杆菌或金黄色葡萄球菌与Cu/ZnO- RGO复合材料共同培养后,所得荧光照片均有明显的红色亮斑出现,证明大肠杆菌与金黄色葡萄球菌的细胞膜结构被Cu/ZnO-RGO复合材料所破坏,这是由于当Cu/ZnO-RGO复合材料与细菌接触时,RGO锋利的片层边缘会直接划破细菌细胞膜,使细菌细胞膜的内膜与外膜均受到损伤[30-32],使得PI染料进入细菌内部与DNA结合,从而显示出红色荧光.

图7 Cu/ZnO-RGO复合材料对大肠杆菌及金黄色葡萄球菌作用后的荧光照片

2.2.4 Cu/ZnO-RGO复合材料对细菌蛋白质泄漏的影响 由于Cu/ZnO-RGO复合材料会破坏细菌细胞膜结构,导致细胞内容物流出,将Cu/ZnO-RGO复合材料处理后的细菌菌液进行蛋白含量测定.由图8可知,随Cu/ZnO-RGO复合材料与细菌共同培育时间的延长,蛋白质泄漏量不断升高.在相同的时间条件下,Cu/ZnO-RGO复合材料的加入加速了细菌蛋白质的泄漏,在培养20h后,与正常生长细菌蛋白质泄漏相比,Cu/ZnO-RGO复合材料的加入使大肠杆菌与金黄色葡萄球菌的蛋白质泄漏速度分别提高了807.69%与666.92%.由于金黄色葡萄球菌属于革兰氏阳性菌,革兰氏阳性菌细胞壁含有90%的排列整齐有序的肽聚糖,且细胞壁较厚(20~80nm),能有效提高细胞的机械强度,遭受外来伤害时依然能够保持原有细胞形态.而大肠杆菌属于革兰氏阴性菌,革兰氏阴性菌细胞壁有多层结构,层间排列疏松,肽聚糖含量低,细胞壁薄(10~15nm),导致革兰氏阴性菌的细胞机械强度低,在遭受外来伤害时容易导致细胞破损变形,因此Cu/ZnO-RGO复合材料作用后的大肠杆菌蛋白质泄漏速度高于金黄色葡萄球菌.

2.3 纳米Cu/ZnO-RGO复合材料在循环冷却水中的应用

2.3.1 循环冷却水水质分析 以青岛某石化炼制企业循环冷却水为实验对象,其水质分析见表1,菌种鉴定结果见表2[33].

由菌种鉴定结果可看出,循环冷却水是一个复杂的微生物体系,其中既含有革兰氏阳性菌(腐螺旋菌科、微球菌科、丙酸杆菌科),又含有革兰氏阴性菌(假单胞菌科、拟杆菌科、屈挠杆菌科、嗜氢菌科、柄杆菌科、红杆菌科、伯克氏菌科、微球菌科、红环菌科),同时这些细菌的生理特性又各不相同,因此在循环冷却水中对Cu/ZnO-RGO复合材料进行抗菌性能考察具有代表意义.

表1 循环冷却水水质分析(mg/L)

表2 循环冷却水优势菌种鉴定结果汇总4

2.3.2 RGO质量分数对Cu/ZnO-RGO复合材料抗菌性能的影响 将所制备的含不同RGO质量分数的Cu/ZnO-RGO复合材料分别投加到循环冷却水中,浓度均为200μg/mL,震荡2h后采用平板计数法进行计算抗菌率.

由图9可看出,随着RGO质量分数的增加,复合材料的抗菌率逐渐增大,当RGO质量分数达到15%时抗菌率达到最高,为99.67%.此后继续增大RGO质量分数,复合材料抗菌率出现下降趋势.实验发现当RGO质量分数为15%时,Cu/ZnO-RGO复合材料相较于Cu/ZnO与RGO相比,在相同浓度下使用时,抗菌性能分别提高了7.95%、19.15%,这是由于Cu/ZnO带有正电荷,而大部分细菌表面均携带负电荷,因此当Cu/ZnO粒子负载到RGO表面后,可以使复合材料很好的通过静电作用吸附在细菌表面,将细菌包覆,切断细菌与外界的物质、信息交流,同时增大细菌与RGO的接触机会,Cu/ZnO与RGO在抗菌性能上的协同作用使抗菌率有着明显提升[34-35].当RGO质量分数较高时,复合材料的抗菌率逐渐下降,这是由于RGO含量增加时,Cu/ZnO含量不足以完全填充GO表面,此时过多的RGO在复合过程中会发生团聚现象[36],复合材料添加到循环冷却水中后,这些团聚的RGO反而成为细菌生长的基体,从而使复合材料的抗菌率降低.

图9 RGO质量分数对抗菌率影响曲线

2.3.3 复合材料浓度对抗菌率的影响 将制备的Cu/ZnO-RGO复合材料按不同投加量投加到循环冷却水中,2h后采用平板计数法进行抗菌率的计算,结果如图10所示.

图10 Cu/ZnO-RGO复合材料使用量对抗菌率的影响

由图10可得,纳米Cu/ZnO-RGO复合材料抗菌率随复合材料使用量的增大而提高.当复合材料投加浓度为40μg/mL时,抗菌率仅为70.09%,这是由于参与复合的RGO与Cu/ZnO在浓度较低时抗菌活性均较差,尤其是浓度较低的Cu/ZnO反而会促进某些细菌的生长,因此复合材料使用浓度较低时,抗菌性能较差.在复合材料浓度提高后,RGO与Cu/ZnO的强抗菌性能均得到体现,从而使抗菌性能得到大幅度提升.当复合材料投加量为120μg/mL时,抗菌率已经达到96.76%,继续增大复合材料浓度抗菌性能提升不再明显,因此Cu/ZnO-RGO复合材料在本系统中使用时,120μg/mL即可认定为最佳投加量.

目前针对Cu/ZnO-RGO复合抗菌材料的使用方法是直接将粉体投加至循环冷却水中,后期研究将会把复合材料制备成涂层使用,使在应用方面更经济、效果更长效.

3 结论

3.1 通过TEM照片证明纳米Cu/ZnO粒子成功负载到RGO表面,XRD表征证明负载后纳米Cu/ZnO粒子形态未发生改变,复合材料纯度较高.

3.2 大肠杆菌对Cu/ZnO-RGO复合材料的敏感度高于金黄色葡萄球菌,Cu/ZnO-RGO复合材料的添加可以明显延长2种细菌进入对数生长期所需时间.Cu/ZnO-RGO复合材料在抗菌过程中会破坏细菌细胞膜,导致细菌内容物流出, Cu/ZnO-RGO复合材料的加入使大肠杆菌与金黄色葡萄球菌的蛋白泄漏率分别提高了807.69%与666.92%.

3.3 将Cu/ZnO-RGO复合材料应用于循环冷却水中可明显抑制微生物的滋生,当使用量为120μg/mL可拥有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 façade 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] 马 涛,刘 芳,赵朝成,等.循环水系统黏泥细菌群落结构多样性的PCR-DGGE分析 [J]. 石油学报(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

姜国飞(1993-),男,山东菏泽人,中国石油大学(华东)硕士研究生,主要从事水污染控制及水资源回用研究.发表论文8篇.

2018-01-22

中国石油大学(华东)研究生创新工程项目(YCX2017047);山东省自然科学基金资助项目(ZR201702140013)

* 责任作者, 教授, liufangfw@163.com