納米氧化鋅的制備及其對金黃色葡萄球菌的抑菌活性

納米氧化鋅的制備及其對金黃色葡萄球菌的抑菌活性

0納米納米材料的抗菌活性研究利用高效無毒抗菌劑（低毒）可以預(yù)防和治療細菌感染，是預(yù)防和治療細菌感染的重要手段?，F(xiàn)在，主要的抗菌劑主要包括抗生素、有機抗菌劑和無機抗菌劑。隨著抗生素在過去80多年中的廣泛應(yīng)用，許多藥物的耐藥性菌株都大量出現(xiàn)，這給抗生素的發(fā)展帶來了瓶頸。有機抗菌劑的耐寒性和穩(wěn)定性低，抗菌時間短，限制了其廣泛使用，使研究者和醫(yī)藥公司的研究熱點轉(zhuǎn)向無機抗菌劑。近年來，隨著納米技術(shù)的發(fā)展，人們注意到納米顆粒的比面比和高生物活性對抗菌具有顯著影響。目前報道的具有抗菌活性的有機納米主要包括銀、氧化鋅、二氧化鈦等。其中，氧化鋅具有良好的穩(wěn)定性和連續(xù)性，尤其是鋅元素是人體所需的養(yǎng)分，具有良好的人體適應(yīng)性，并且價格低，成為良好的機械制劑。近年來，關(guān)于納米氧化鋅的抗菌活性的研究已成為一個新的研究熱點。bryaner等人報道了納米氧化鋅對腸球菌的抗菌活性，aydin等人報告了納米氧化鋅對口腔遠端菌（streptococci）的抗菌活性。eskadanri等人發(fā)現(xiàn)，納米氧化鋅對能夠引起口腔感染的細菌-白色斑點菌有良好的抗菌活性。納米材料的形貌、大小與其性質(zhì)存在著一定關(guān)系,探討納米材料形貌對抗菌活性的影響對納米抗菌劑的合成及開發(fā)具有指導(dǎo)意義.到目前為止,在無機抗菌劑中納米銀的形貌對其抗菌活性的影響已有報道,而納米氧化鋅的形貌對其抗菌活性是否產(chǎn)生影響尚未見報道.本課題組采用微波超聲波組合法合成納米氧化鋅,發(fā)現(xiàn)其具有較好的光催化降解有機染料的能力.本研究擬通過微波超聲波組合法合成三種不同形貌的納米氧化鋅,測定并比較其對金黃色葡萄球菌(S.aureus)的抑菌活性,并對納米氧化鋅光催化產(chǎn)生抑菌作用機理進行探討.1實驗部分1.1試劑與儀器乙酸鋅Zn(Ac)2·2H2O、乙酰丙酮鋅(Zn(acac)2)、蛋白胨、瓊脂粉均為國產(chǎn)分析純試劑,4-羥乙基哌嗪乙磺酸(HEPES)購自Sigma公司,酵母提取粉購自O(shè)xoid公司.實驗用水為超純水.XH-300A型微波超聲波組合合成儀(祥鵠公司),AXSD8Discover型X射線衍射儀(XRD,Bruker公司),S4800掃描電子顯微鏡(SEM,Hitachi公司).1.2產(chǎn)物的微波合成采用微波超聲波組合法合成納米氧化鋅,具體制備方法如下:樣品1:0.4390gZn(Ac)2·2H2O和40mL200nmol/LNaOH加入圓底燒瓶.110℃、微波功率500W、超聲波功率1000W,反應(yīng)前5min的超聲波模式為1∶0,反應(yīng)后15min的超聲波模式為1∶2.將產(chǎn)物離心過濾,用去離子水和無水乙醇洗滌,室溫干燥;樣品2:0.1101gZn(Ac)2·2H2O、0.0608g尿素和0.1276g十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)倒入圓底燒瓶中,加入35mL乙二醇.210℃、微波功率500W和超聲波功率1000W,反應(yīng)前5min的超聲波模式為1∶0,反應(yīng)后15min的超聲波模式為1∶2,產(chǎn)物用去離子水和無水乙醇洗滌,室溫干燥;樣品3:10mLZn(acac)2、20mLHEPES(200nmol/L)加入圓底燒瓶.110℃、微波功率500W、超聲波功率1000W,反應(yīng)前5min的超聲波模式為1∶0,反應(yīng)后15min的超聲波模式為1∶2,反產(chǎn)物用去離子水和無水乙醇洗滌,室溫干燥.合成樣品的組成采用XRD光譜確認,CuKα:0.15406nm,掃描速率0.5(°)/min,2θ范圍為20°～80°.樣品形貌采用掃描電子顯微鏡觀察,5eV條件下操作.1.3綠色活性試驗金黃色葡萄球菌(S.aureusATCC9118,華中師范大學(xué)生命科學(xué)院惠贈)采用LB液體和固體培養(yǎng)基培養(yǎng).1.3.1抑菌圈直徑測定將濃度為5×105cfu/mL的菌液20μL均勻涂布于LB固體培養(yǎng)基,將已滅菌的濾片置于培養(yǎng)皿中,取10μL所合成的樣品滴于濾片上,紫外光下照射2h.將培養(yǎng)皿置于37℃培養(yǎng)24h.以無紫外光照或不加樣品的菌液為對照,測量抑菌圈直徑,結(jié)果取平均值.1.3.2菌落抑制率測定菌液適當(dāng)稀釋,加入所合成的不同濃度樣品,置于紫外燈下照射2h,37℃培養(yǎng)6h.取培養(yǎng)好的菌液10μL均勻涂布于固體培養(yǎng)基上,37℃培養(yǎng)24h,統(tǒng)計各平皿中的菌落數(shù).以不加樣品的菌液為對照,按下式計算抑制率:抑菌率=對照菌落數(shù)?樣品菌落數(shù)對照菌落數(shù)×100%=對照菌落數(shù)-樣品菌落數(shù)對照菌落數(shù)×100%2結(jié)果與討論2.1x射線衍射分析xrd圖1為所合成的3個氧化鋅樣品的XRD和SEM圖.由圖1A可知,3個樣品圖譜均可很好地與氧化鋅晶體的標(biāo)準(zhǔn)衍射圖JCPDSNo.75-0576對應(yīng),其衍射峰分別可歸屬為(100),(002),(101),(102),(110),(103),(200),(112),(201)晶面.XRD圖譜中無其他雜質(zhì)峰出現(xiàn),表明所合成樣品均為高純度的氧化鋅.采用SEM對所合成的氧化鋅形貌進行觀察,如圖1B所示,所合成的樣品1呈現(xiàn)花狀多級結(jié)構(gòu),該多級結(jié)構(gòu)由大量的類似紡錘的結(jié)構(gòu)組裝而成;由圖1C可知樣品2為紡錘狀納米結(jié)構(gòu);由圖1D可看出樣品3為形貌均一的棱柱狀納米結(jié)構(gòu).2.2紫外光照組成對納米氧化鋁抑菌活性的影響測定了所合成的不同形貌納米氧化鋅在紫外光照和無紫外光照條件下對S.aureus的抑菌作用,結(jié)果如圖2所示.可知,在實驗濃度范圍內(nèi)、無紫外光照條件下,不同形貌的納米氧化鋅均未產(chǎn)生明顯抑菌圈;而在紫外光照射下,所產(chǎn)生的抑菌圈十分明顯,表明所合成的納米氧化鋅在紫外光照下產(chǎn)生了明顯的抑菌活性.這與文獻報道的紫外光增強納米氧化鋅抗菌活性的結(jié)果相一致.推測紫外光照射氧化鋅增強抑菌作用的原因為:氧化鋅是直接躍遷、寬禁帶半導(dǎo)體材料(E=3.37eV),當(dāng)能量大于能隙的光(hν>Eg)照射時,產(chǎn)生電子躍遷,自行分解出自由移動的帶負電的電子(e-),同時留下帶正電的空穴(h+),形成空穴-電子對,如圖3所示.空穴的存在使氧化鋅與吸附于其上的水分子反應(yīng)產(chǎn)生·OH,·OH是已知最強的氧化劑,反應(yīng)性極強,它幾乎可以和所有細胞成分發(fā)生反應(yīng),從而破壞細菌細胞壁及細胞質(zhì)內(nèi)大分子;電子與吸附在氧化鋅表面的O2反應(yīng),產(chǎn)生·O2-,·O2-本身就會直接作用于細菌,同時還是所有氧自由基的前身,可以進一步轉(zhuǎn)化為破壞性更強的·OH.即紫外光照射時,納米氧化鋅能產(chǎn)生更多的活性氧,從而增強其抗菌活性.2.3抑菌活性測定圖4為抑菌圈法測定不同形貌納米氧化鋅經(jīng)紫外光照射后對S.aureus的抑菌活性,抑菌圈直徑列于表1.在全部實驗濃度范圍內(nèi),3個樣品總的抑菌活性順序由大到小為:棱柱狀樣品3,花狀樣品1,紡錘狀樣品2.菌落計數(shù)法測定不同形貌納米氧化鋅對S.aureus的抑菌活性結(jié)果如圖5所示.由圖可知,三種樣品都具有明顯的抗菌活性,3個樣品的抑菌活性由大到小的順序為:棱柱狀樣品3,花狀樣品1,紡錘狀樣品2,與抑菌圈結(jié)果一致.抑菌圈和菌落計數(shù)測試結(jié)果表明,不同形貌的納米氧化鋅對S.aureus均有較好的抗菌活性,棱柱狀的納米氧化鋅相對于其他兩個形貌的抗菌活性較高.其可能的原因是棱柱狀樣品尺寸較小、分散性較好.較大的比表面積使其與細菌的接觸面積大,產(chǎn)生的活性氧更容易達到細菌表面,從而引起細菌細胞膜的滲漏及損壞以及細胞內(nèi)大分子的損傷.進一步的研究還在進行中.3紫外光照射與納米氧化鋁nmf及其抗菌活性的關(guān)系本文采用微波超聲波組