艾叶碳量子点的制备及其抗菌和抗氧化活性研究

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碳量子点(Carbon quantum dots,CDs)是一种新型的碳基纳米颗粒,具有优异的荧光性能、高的水溶性和良好的生物相容性。研究表明,除一些碳纳米材料和含碳有机试剂外,许多天然的生物质材料也是制备优质碳点的原料。艾叶作为一种传统的中草药,具有多种药理活性,近年研究表明,通过燃烧法制备的艾叶碳量子点对革兰氏阴性菌具有特异性的抗菌活性。然而,采用水热法合成艾叶碳量子点的研究尚未见报道。本文以天然生物质材料艾叶作为碳源,制备艾叶碳量子点,并对艾叶碳量子点的抗菌、抗氧化活性及对酪氨酸酶的抑制作用进行了研究,具体内容如下:(1)以生物质艾叶粉末为碳源,采用水热法合成了艾叶碳量子点,荧光光谱扫描结果表明,所制备的艾叶碳量子点在350 nm波长激发下,其发射波长为431 nm;透射电镜扫描及红外光谱检测结果显示,艾叶碳量子点的平均粒径在2~3 nm,且其表面含有羟基、羧基和氨基等官能团,而X射线光电子能谱进一步证明艾叶碳量子点含有C-C/C=C、C-O/C-N和C=O/C=N键。(2)通过比较抑菌圈的大小,对上述艾叶碳量子点的合成方法进行优化,结果表明,在180℃下,水热反应10小时所获得的艾叶碳量子点对革兰氏阴性菌没有抑菌活性,但对革兰氏阳性菌具有较强的抑菌活性,其抑制金黄色葡萄球菌的最小抑菌浓度为1.25 mg/mL。扫描电镜及流式细胞实验表明,艾叶碳量子点能明显破坏金黄色葡萄球菌的细胞壁,改变细菌细胞膜的通透性,使细菌较长时间处于凋亡状态,最终导致细菌死亡。(3)采用DPPH自由基清除法、ABTS自由基清除法、超氧阴离子自由基清除法、羟自由基清除法对上述抑菌艾叶碳量子点的抗氧化活性进行研究,结果表明,艾叶碳量子点有明显的抗氧化活性,清除DPPH自由基的IC50为78.9μg/ml,清除ABTS自由基的IC50为25.2μg/ml,清除超氧阴离子自由基的IC50为4.03 mg/ml,清除羟自由基的IC50为4.26 mg/ml。此外,以L-酪氨酸和L-多巴为底物,测定了艾叶碳量子点对酪氨酸酶单酚酶活性和二酚酶活性的抑制作用。结果表明,艾叶碳量子点以混合型抑制的方式有效抑制酪氨酸酶单酚酶活性,其IC50为31μg/ml,同时,艾叶碳量子点也能以非竞争性抑制的方式有效抑制二酚酶活性,其IC50为0.859 mg/ml。
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