《Polyhedron》：Citrus lemon leaf extract as a biogenic agent for the synthesis of CuO nanoparticles with enhanced antimicrobial properties
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绿色合成柠檬叶提取液制备的氧化铜纳米颗粒及其抗菌活性研究
Nahid Hasan Monna|Md Dulal Hossain Khan|Shankar Dhar|Oporna Mohonto|Subarna Sandhani Dey|M.D. Sahadat Hossain|Imrul Hasan Bhuiyan|Firoz Ahmed|Bijoy Maitro|Shyama Prosad Moulick
孟加拉国达卡Gopalganj市Gopalganj科学技术大学生物化学与分子生物学系，邮编8100
摘要
本研究报道了利用Citrus limon叶片的水提取物作为还原剂和包覆剂，通过绿色合成方法制备铜氧化物纳米颗粒（CuO NPs）的过程。由于柠檬叶富含黄酮类、生物碱、单宁、萜类化合物和抗坏血酸等植物化学物质，在温和的反应条件下能够实现CuO NPs的环保生产。所合成的纳米颗粒通过X射线衍射（XRD）、热重分析（TGA）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、紫外-可见光谱（UV–visible spectroscopy）、动态光散射（DLS）和场发射扫描电子显微镜（FESEM）以及透射电子显微镜（TEM）进行了表征，证实其具有单斜晶系结构，形态从球形到不规则不等，平均粒径约为280纳米。基于UV–Vis和密度泛函理论（DFT）的电子结构分析显示其带隙较窄（约1.8电子伏特），表明该纳米颗粒具有可见光驱动应用的潜力。对抗Listeria monocytogenes、Staphylococcus aureus、Escherichia coli、Salmonella abony和Candida albicans的抗菌活性测试表明：对革兰氏阳性菌株具有显著的抑制作用，对革兰氏阴性菌株的活性中等，而对真菌的抑制作用有限。最小抑菌浓度（MIC）和最小杀菌浓度（MBC）实验结果表明，在亚毫克/毫升的水平下对E. coli和S. abony具有强杀菌效果。机制研究表明，其抗菌作用源于膜破坏、活性氧（ROS）的产生以及Cu2+离子的释放。这些发现表明，Citrus limon介导的CuO NPs是一种具有良好抗菌潜力的可持续纳米材料，在环境、生物医学和催化领域具有广泛的应用前景。
引言
几个世纪以来，包括银（Ag）、金（Au）、钛（Ti）、铜（Cu）和锌（Zn）在内的金属纳米颗粒的抗菌潜力已被充分记录并得到应用。近年来，关于金属氧化物纳米颗粒（尤其是基于铜(II)氧化物（CuO）[1]、氧化锌（ZnO）[2]、氧化银(I)（Ag?O）[3]、[4]、氧化铝（Al?O?）[5]、氧化铁(III)（Fe?O?）[6]、氧化镁（MgO）[7]、氧化钴(II)（CoO）和二氧化硅（SiO?）[8]的抗菌活性的研究显著增加。其中，CuO纳米颗粒（NPs）因在催化、热传递系统、汽车尾气处理中的CO氧化、光电化学水分解、水-气变换反应、气体传感以及生物医学领域（如抗肿瘤、抗菌、抗氧化和药物输送）中的广泛应用而受到特别关注[9]。CuO是一种p型半导体，天然丰富、生产成本低且毒性低[10]。传统的CuO NPs合成方法包括反向微乳液法、溶液燃烧法、热分解法、水热法和热氧化法，以及化学和非化学方法。然而，这些方法通常需要使用有害试剂，能耗高，并对环境造成影响[11]。因此，鉴于能源和环境挑战的持续存在，人们对更环保、更可持续的替代方法的需求日益增强。
文献中报道了多种利用植物提取物合成铜(II)氧化物纳米颗粒（CuO NPs）的方法，例如使用Ruellia tuberosa [12]、Drypetes sepiaria [13]、Nerium oleander [14>、Aloe vera [15]和Eucalyptus globulus [16]等植物的叶片提取物。这些绿色合成方法为传统的化学方法提供了环保的替代方案，解决了与有毒试剂和苛刻条件相关的环境和健康问题[17]。此外，通过这些方法合成的CuO NPs对革兰氏阳性和阴性病原菌株均表现出显著的抗菌活性，包括Staphylococcus aureus、Enterococcus faecalis、Klebsiella pneumoniae、Proteus vulgaris、Salmonella typhi、Pseudomonas aeruginosa、Escherichia coli和Bacillus subtilis[18]。
在各种生物资源中，像柠檬这样的柑橘类植物因其富含黄酮类、酚酸和抗坏血酸等植物化学物质而展现出巨大潜力，这些物质可作为天然的还原剂和包覆剂[19]。最近的研究表明，可以从柠檬汁和果皮提取物中成功合成CuO NPs，其中功能性生物分子有助于还原Cu(NO?)?·5H?O或CuSO?·5H?O等铜盐，形成具有抗菌效果的稳定纳米颗粒[20]。
Citrus limon叶片属于芸香科植物，是制备CuO纳米颗粒（CuO NPs）的丰富、可再生且富含植物化学物质的还原剂和包覆剂来源。由于其含有丰富的黄酮类、多酚类和萜类化合物[21]，这些水溶性化合物能够实现可控的水相合成，无需额外修饰剂即可获得均匀的纳米颗粒。与果汁不同，果汁可能会过度还原Cu2+为金属铜，并且由于含有疏水性油脂需要有机溶剂，而叶片则具有较慢的还原动力学和更好的稳定性[12]。柠檬在热带和亚热带地区广泛种植，全年均可作为农业副产品获得，是一种低成本、可持续的原料，有助于在柠檬种植区（如孟加拉国）实现CuO NPs的大规模生产[22]。然而，关于利用柠檬叶片绿色合成CuO NPs的报道较少，目前孟加拉国尚未开展相关研究。
在本研究中，采用了一种环保的、基于植物的方法合成CuO纳米颗粒（CuO NPs），其中柠檬（Citrus limon）叶片同时充当了还原剂和包覆剂的角色。进一步通过双孔扩散试验评估了这些生物合成的CuO NPs对两种革兰氏阳性菌株（Listeria monocytogenes和Staphylococcus aureus）以及两种革兰氏阴性菌株（Escherichia coli和Salmonella abony的抗菌效果。
材料
五水合硫酸铜（CuSO?·5H?O）购自sigma Aldrich公司，用于调节pH值的氢氧化钠（NaOH）购自Mark公司。所有其他试剂均为分析级，无需进一步纯化即可使用。所有溶液的制备均使用去离子水（DI water）。2025年3月从孟加拉国Gopalgonj大学区域采集了Citrus limon (L.) Osbeck的柠檬叶片。
Citrus limon (L.) Osbeck叶片提取物的制备
首先，对Citrus limon (L.) Osbeck叶片进行了彻底清洗
FESEM和EDX分析
使用扫描电子显微镜（SEM）研究了合成的CuO NPs的表面形态，如图2(a)所示。图像显示了密集排列的纳米结构，表明形成了聚集或部分融合的纳米颗粒。高倍率SEM成像进一步证实了存在不规则但纳米级的特征，这与之前使用柠檬叶提取物生物合成CuO纳米颗粒的观察结果一致。
结论
本研究展示了一种简便、可扩展且对环境友好的方法，利用Citrus limon叶片提取物合成CuO纳米颗粒。这种生物合成方法不仅消除了对有毒化学物质的需求，还赋予了来自植物化学物质的功能性表面化学性质，从而提高了抗菌性能。合成的CuO NPs具有单斜晶系结构、窄带隙和显著的抗菌活性，尤其是
作者贡献声明
Nahid Hasan Monna：撰写初稿、进行正式分析、数据管理。Md Dulal Hossain Khan：进行正式分析、数据管理。Shankar Dhar：指导工作。Oporna Mohonto：撰写初稿、进行正式分析。Subarna Sandhani Dey：数据管理。M.D. Sahadat Hossain：数据可视化。Imrul Hasan Bhuiyan：数据管理。Firoz Ahmed：数据管理。Bijoy Maitro：数据管理。Shyama Prosad Moulick：撰写、审稿与编辑、项目管理、资金筹措、进行正式分析，
未引用参考文献
[51], [52]
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
