CN114523121A - 一种利用茄子叶片提取液制备纳米银颗粒的方法、产品和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用茄子叶片提取液制备纳米银颗粒的方法，包括以下步骤：(1)茄子叶片洗净、烘干后磨碎得到茄子叶片粉末，将茄子叶片粉末与去离子水搅拌混匀，离心得到茄子叶片提取液；(2)将步骤(1)的茄子叶片提取液与AgNO3溶液混合，50～60℃下避光条件下持续搅拌，反应得到混合液，混合液经离心、洗涤、真空冷冻干燥得到所述纳米银颗粒。以茄子叶片作为合成纳米银颗粒的主要原料，成本较低，实现了生物质废弃资源的高值化应用，且制备过程简单、节约能源、无需额外添加还原剂与催化剂，不需光照、超声等步骤，合成的纳米银颗粒稳定且粒径较小、水溶性好，对水稻白叶枯病具有优异的防治作用。

Description

一种利用茄子叶片提取液制备纳米银颗粒的方法、产品和 应用
技术领域
本发明属于绿色生物合成纳米材料技术领域，具体涉及一种利用茄子叶片提取液制备纳米银颗粒的方法、产品和应用。
背景技术
纳米银(AgNPs)由于其独特的物理和化学性质，在医疗、食品、化工和环境等领域得到了越来越多的应用。纳米银具有良好的光学、电学、热学、催化活性和生物特性，特别是其良好的抑菌活性，对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌都有很强的抗菌作用，可以有效地杀灭金黄色葡萄球菌、鼠伤寒沙门菌或铜绿假单胞菌等细菌。
AgNPs的合成方法包括化学法、物理法和生物法，其中，化学和物理的合成方法可能会对人类或其他生物产生细胞毒性，AgNPs的生物合成方法可以有效地降低其毒性。生物合成纳米银可以利用大量的废弃生物资源，合成效率高，且稳定性好。
利用植物资源生物合成AgNPs是一种具有广阔前景的环保型纳米银合成方法，例如，公开号为CN104889419A的中国专利文献公开了一种利用芒果皮提取物和金钱草提取物合成纳米银的方法，可以在较低的温度，偏中性的反应环境下，生产粒径6nm左右且分布范围窄的纳米银粒子。
公开号为CN105755050A的中国专利文献公开了一种通过八角金盘叶片提取物生物合成纳米银的方法，合成步骤包括：将八角金盘叶片上清液冷冻干燥，获得八角金盘叶片提取物，再将其与AgNO3溶液搅拌均匀后放置在LED灯照射条件下反应，得到生物合成的纳米银，且该发明探究了避光条件下的反应，即没有可见光吸收的情况下，结果证明并没有纳米银的合成。
上述方法在合成纳米银的过程中，提取液需要冷冻干燥处理或反应过程中需要光照射，合成步骤较为繁琐，且现当前研究中可用于合成纳米银颗粒的植物种类较少，避光条件下能否制得纳米银颗粒不可预期。
水稻白叶枯病是世界上分布最广、危害最重的一种细菌性病害，会引起谷粒不实或千粒重降低，给我国农业经济造成巨大经济损失。利用植物合成的纳米银来防治水稻白叶枯病可以有效地避免化学农药造成的环境污染、细菌耐药性等问题。
发明内容
本发明提供了一种利用茄子叶片提取液制备纳米银颗粒的方法，反应条件温和，无需提取液冷冻干燥等步骤、且不需光照处理，工艺简单、节约能源，制得的纳米银颗粒结构稳定、平均粒径为10～40nm，对水稻白叶枯病具有优异的防治效果。
具体采用的技术方案如下：
一种利用茄子叶片提取液制备纳米银颗粒的方法，包括以下步骤：
(1)茄子叶片洗净、烘干后磨碎得到茄子叶片粉末，将茄子叶片粉末与去离子水搅拌混匀，离心得到茄子叶片提取液；
(2)将步骤(1)的茄子叶片提取液与AgNO3溶液混合，50～60℃避光条件下持续搅拌，反应得到混合液，混合液经离心、洗涤、真空冷冻干燥得到所述纳米银颗粒。
茄子属于茄科，茄属植物。茄叶入药，为收敛剂，有利尿之效，叶也可以作麻醉剂。茄子叶片提取液中含有多糖、多酚、黄酮类化合物等，利用茄子叶片提取液作为还原剂，能够控制合成得到的纳米银颗粒的形状、大小和单分散性、并降低AgNPs的毒性。此外，本发明方法采用避光、50～60℃、持续搅拌的反应条件，可以提高纳米银合成的速率，增加合成纳米银颗粒的结构稳定性。
本发明方法选取来源于浙江杭州的茄子，利用其叶片提取液制备纳米银颗粒，制得的纳米银颗粒对水稻白叶枯病原菌的生物膜形成和游动性抑制率高，对水稻白叶枯病具有优异的防治作用。
优选的，步骤(1)中，所述的茄子叶片粉末与去离子水的质量比为1：40～80。
进一步优选的，利用移动式搅拌机将茄子叶片粉末与去离子水混合均匀，搅拌机的功率为100±10W，搅拌时间为20～30min。
优选的，步骤(2)中，所述的AgNO3溶液的浓度为2～4mM，茄子叶片提取液与AgNO3溶液的体积比为1～5：10,上述浓度和比例范围能够保证纳米银颗粒的高效合成以及原料利用率。
优选的，步骤(2)中，茄子叶片提取液与AgNO3溶液混合后，立即置于50～60℃、避光环境中，持续搅拌发生反应，待混合液的颜色由红褐色变为深褐色即终止反应。
优选的，步骤(2)中，搅拌速率为300～1000rpm/min，搅拌时间为0.5～1h。搅拌时间过短会导致反应不充分、合成效果不佳，最终导致纳米银粒径过大且分布不匀，影响产物的抑菌效果；搅拌时间过长则易变质且会造成不必要能源消耗。
优选的，步骤(2)中，离心条件为：转速10000～14000rpm，时间10～15min。离心速率过低、时间过短，会导致上清含有杂质，最终获得的纳米银颗粒稳定性较低，进而影响抑菌效果。
本发明还提供了所述的利用茄子叶片提取液制备纳米银颗粒的方法制得的纳米银颗粒，所述的纳米银颗粒粒径为10～40nm。上述方法制得的纳米银颗粒平均粒径较小，结构稳定、且水溶性好。
纳米银颗粒的抑菌能力与其制备方法、形貌、粒径等息息相关。本发明制备方法制备得到的纳米银颗粒为大小较均一的球形颗粒物，粒径为10～40nm，对水稻白叶枯病原菌的生物膜形成和游动性抑制率高，对水稻白叶枯病具有优异的防治作用。
本发明还提供了所述的纳米银颗粒作为农用杀菌剂在防治水稻白叶枯病中的应用。
优选的，应用方法为：将所述的纳米银颗粒溶于水得到AgNPs溶液，再将AgNPs溶液均匀喷洒于水稻苗上。
进一步优选的，所述的AgNPs溶液的浓度为5～20μg/mL。上述浓度范围内的AgNPs溶液作为农用杀菌剂对水稻白叶枯病原菌具有很好的抑制效果。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明以茄子叶片作为合成纳米银颗粒的主要原料，成本较低，实现了生物质废弃资源的高值化应用，且制备过程简单、节约能源、无需额外添加还原剂与催化剂，不需光照、超声等步骤，适合工业化生产；
(2)本发明得到的纳米银颗粒结构稳定、平均粒径较小，为10～40nm，对水稻白叶枯病原菌的生物膜形成和游动性抑制率高，对水稻白叶枯病具有优异的防治作用；
(3)本发明制得的纳米银颗粒作为农用抗菌剂应用于防治水稻白叶枯病中，具有很好的防治效果，且绿色环保、环境相容性高、安全性高。
附图说明
图1为实施例1制得的纳米银颗粒的紫外光谱图、红外光谱图和X射线衍射图，其中，A为紫外光谱图，B为红外光谱图，C为X射线衍射图。
图2为实施例1制得的纳米银颗粒的形貌分析结果，其中，A为扫描电镜图，B为透射电镜图，C为粒径统计图。
图3为不同浓度的AgNPs溶液对水稻白叶枯病原菌的抑菌性能，其中，A为抑菌效果图，B为抑菌圈直径统计图，C为吸光值变化图，a、b、c、d均表示显著性差异。
图4为不同浓度的AgNPs溶液对水稻白叶枯病原菌生物膜形成与游动能力的影响效果图，其中，A为对生物膜形成的影响图，B为对游动能力的影响图，a、b、c、d均表示显著性差异。
具体实施方式
下面结合附图与实施例，进一步阐明本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明，而不用于限制本发明的范围。
实施例1
(1)选取新鲜茄子叶片，洗净、烘干后研磨得到茄子叶片粉末，茄子叶片粉末可真空保存于–20℃冰箱中；利用搅拌器将茄子叶片粉末与去离子水按质量比1：50搅拌混匀，搅拌器功率为100±10W，搅拌时间为30min，再置于离心机10000rpm离心10min，取上清得到红褐色的茄子叶片提取液；
(2)将茄子叶片提取液与2mM的AgNO3溶液按体积比为1：5混合后，立即置于55℃避光条件下反应，且反应过程中在600rpm/min下连续搅拌，0.5h后待混合液的颜色由红褐色变为深褐色终止反应，将混合液14000rpm/min离心10min，取沉淀，用去离子水洗涤两次后，采用真空冷冻干燥法制备成粉状颗粒，得到纳米银颗粒。
实施例2
(1)选取新鲜茄子叶片，洗净、烘干后研磨得到茄子叶片粉末，茄子叶片粉末可真空保存于–20℃冰箱中；利用搅拌器将茄子叶片粉末与去离子水按质量比1：60比例混合均匀，搅拌器功率为100±10W，搅拌时间为20min，置于离心机10000rpm离心10min，取上清得到红褐色的茄子叶片提取液；
(2)将茄子叶片提取液与3mM的AgNO3溶液按体积比为1：7混合后，立即置于55℃避光条件下反应，且反应过程中在800rpm/min下连续搅拌，1h后待混合液的颜色由红褐色变为深褐色终止反应，将混合液14000rpm/min离心10min，取沉淀，用去离子水洗涤两次后，采用真空冷冻干燥法制备成粉状颗粒，得到纳米银颗粒。
实施例3
(1)选取新鲜茄子叶片，洗净、烘干后研磨得到茄子叶片粉末，茄子叶片粉末可真空保存于–20℃冰箱中；利用搅拌器将茄子叶片粉末与去离子水按质量比1：80比例混合均匀，搅拌器功率为100±10W，搅拌时间为30min，再置于离心机10000rpm离心10min，取上清得到红褐色的茄子叶片提取液；
(2)将茄子叶片提取液与2.5mM的AgNO3溶液按体积比为1：6混合后，立即置于55℃避光条件下反应，且反应过程中在700rpm/min下连续搅拌，1h后待混合液的颜色由红褐色变为深褐色终止反应，将混合液14000rpm/min离心10min，取沉淀，用去离子水洗涤两次后，采用真空冷冻干燥法制备成粉状颗粒，得到纳米银颗粒。
样品分析
(1)茄子叶片提取液呈红褐色，AgNO3溶液无色透明，茄子叶片提取液与AgNO3溶液混合避光反应制备得到纳米银时，混合液的颜色由红褐色变为深褐色。
(2)利用紫外可见吸收光谱(UV-VIS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)评价实施例1制得的纳米银颗粒的理化性质和结构特征，具体结果如下：
图1中的A为纳米银颗粒的紫外可见(UV-Vis)吸收光谱图，该纳米银颗粒在300-700nm范围内于458nm处出现吸收峰，初步证明了纳米银颗粒的生成并且合成的纳米银颗粒较为稳定。
图1中的B为纳米银颗粒的傅里叶变换红外光谱图(FTIR)，3403cm-1的吸收峰由N–H和O–H伸缩振动引起的；2992cm-1的吸收峰由C–H拉伸振动引起的；1636cm-1的吸收峰由C＝O酰胺基团引起的；1375cm-1的吸收峰由COOˉ引起，1031cm-1的吸收峰由C–N拉伸振动引起的。由此可知纳米银颗粒已被成功合成；
图1中的C为纳米银颗粒的X射线衍射图(XRD)，在2θ＝38.137°，44.335°，64.463°，77.411°处位置上分别出现(111)，(200)，(220)，(311)的特征峰，证明成功合成了稳定的纳米银颗粒。
利用扫描电子显微镜(SEM)可以获取被测样品本身的各种物理、化学性质的信息，如形貌、组成、晶体结构等等。图2中的A为纳米银颗粒的扫描电镜图(SEM)，纳米银颗粒呈球形。
图2中的B为纳米银颗粒的透射电镜图(TEM)，可以看出合成纳米银颗粒为大小较均一的球形颗粒物；
图2中的C为纳米银颗粒的粒径统计图，可以看出纳米银颗粒的直径较小，平均直径在8～32nm之间。
(3)将不同质量的实施例1制得的纳米银颗粒溶于去离子水配制得到5μg/mL、10μg/mL、20μg/mL的AgNPs溶液，通过测定水稻白叶枯病原菌的生长、生物膜形成、游动性等指标来评价纳米银颗粒的抑菌性能。
①通过0.5％营养琼脂双平板上测量出的抑菌圈和菌液吸光值评价纳米银颗粒对水稻白叶枯病原菌的拮抗。
图3中的A为5μg/mL、10μg/mL、20μg/mL的AgNPs溶液对水稻白叶枯病原菌的抑菌圈直径效果图，如图3中的B所示，浓度为5μg/mL、10μg/mL、20μg/mL的AgNPs的抑菌圈分别达到8.6mm、13.4mm和14.5mm。图片中a、b、c表示显著性差异。实验结果说明AgNPs溶液具有很强的抑菌活性，并且AgNPs浓度越高，其抑菌效果越好。
由图3中的C可知，添加浓度为5μg/mL、10μg/mL、20μg/mL的AgNPs溶液对水稻白叶枯病原菌的生长抑制率分别为35.33％％、60.78％、68.19％，图片中的a、b、c、d表示显著性差异。AgNPs溶液具有很强的抑菌活性，且浓度越高抑菌效果越好，当浓度在10～20μg/mL时抑菌效果明显。
②通过测定细菌生物膜形成与游动能力可间接评估纳米银颗粒的抑菌效果，如图4中的A所示，通过结晶紫染色法对生物膜生长进行测定，与浓度为0μg/mL(未经纳米银处理)的水稻白叶枯病原菌产生的生物膜相比，浓度为5μg/mL、10μg/mL、20μg/mL的AgNPs，细菌生物膜形成能力分别降低了41.59％，48.53％和57.3％,图片中的a、b、c、d表示显著性差异。
如图4中的B所示，在0.3％营养琼脂培养基平板上测定细菌的游动性，与浓度为0μg/mL(未经纳米银处理)的细菌游动性相比，浓度为5μg/mL、10μg/mL、20μg/mL的AgNPs溶液，细菌游动性抑制率分别达到26.90％,33.77％和48.08％，图片中的a、b、c、d表示显著性差异。细菌的游动性的抑制能够导致水稻白叶枯病原菌不能粘附在水稻叶片，抑制水稻白叶枯病原菌的生长和水稻的发病。
应用例1
称取实施例1得到的纳米银颗粒0.5g溶于50L水中配制成10μg/mL AgNPs溶液，均匀喷施在温室或田间中可能产生水稻白叶枯的水稻苗上，观察发现喷施过AgNPs溶液的水稻苗较未喷施的水稻苗生长较好，由此可以说明AgNPs溶液能够有效地对水稻苗进行病害防治。
以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述的仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种利用茄子叶片提取液制备纳米银颗粒的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)茄子叶片洗净、烘干后磨碎得到茄子叶片粉末，将茄子叶片粉末与去离子水搅拌混匀，离心得到茄子叶片提取液；
(2)将步骤(1)的茄子叶片提取液与AgNO3溶液混合，50～60℃避光条件下持续搅拌，反应得到混合液，混合液经离心、洗涤、真空冷冻干燥得到所述纳米银颗粒。
2.根据权利要求1所述的利用茄子叶片提取液制备纳米银颗粒的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的茄子叶片粉末与去离子水的质量比为1：40～80。
3.根据权利要求1所述的利用茄子叶片提取液制备纳米银颗粒的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的AgNO3溶液的浓度为2～4mM，茄子叶片提取液与AgNO3溶液的体积比为1～5：10。
4.根据权利要求1所述的利用茄子叶片提取液制备纳米银颗粒的方法，其特征在于，步骤(2)中，茄子叶片提取液与AgNO3溶液混合后，立即置于50～60℃、避光环境中，持续搅拌发生反应，待混合液的颜色由红褐色变为深褐色即终止反应。
5.根据权利要求1所述的利用茄子叶片提取液制备纳米银颗粒的方法，其特征在于，步骤(2)中，搅拌速率为300～1000rpm/min，搅拌时间为0.5～1h。
6.根据权利要求1所述的利用茄子叶片提取液制备纳米银颗粒的方法，其特征在于，步骤(2)中，离心条件为：转速10000～14000rpm，时间10～15min。
7.根据权利要求1～6任一所述的利用茄子叶片提取液制备纳米银颗粒的方法制得的纳米银颗粒，其特征在于，所述的纳米银颗粒粒径为10～40nm。
8.根据权利要求7所述的纳米银颗粒作为农用杀菌剂在防治水稻白叶枯病中的应用。
9.根据权利要求8所述的纳米银颗粒作为农用杀菌剂在防治水稻白叶枯病中的应用，其特征在于，应用方法为：将所述的纳米银颗粒溶于水得到AgNPs溶液，再将AgNPs溶液均匀喷洒于水稻苗上。
10.根据权利要求8所述的纳米银颗粒作为农用杀菌剂在防治水稻白叶枯病中的应用，其特征在于，所述的AgNPs溶液的浓度为5～20μg/mL。
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