3種磷酸鹽型載體的載銀能力及抗菌性能

沈凱旋，鄭 敏，趙松銘，魯譯夫，鐘 珊，宋希桐

（蘇州大學(xué)紡織與服裝工程學(xué)院，江蘇蘇州215006）

磷酸鹽型載體具有與離子交換樹脂一樣的離子交換性能［1］，還具有沸石一樣的催化和選擇吸附性能，而且化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、耐酸堿性好，無變色，有穩(wěn)定的骨架結(jié)構(gòu)和豐富的離子取代性［2-3］，因此被廣泛用作離子交換載體，特別是作為銀系抗菌劑的載體［4］。為探究不同種類磷酸鹽型載體的載銀能力和載銀后的抗菌性能，本實(shí)驗(yàn)制備了3種載銀磷酸鹽型抗菌劑，并比較這3種載體載銀能力的大小；通過抑菌圈、抑菌率和最小抑菌濃度實(shí)驗(yàn)，研究了3種磷酸鹽型載銀抗菌劑對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抗菌性能。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料及儀器

材料：八水氧氯化鋯（ZrOCl2·8H2O），氫氟酸（HF），鹽酸（HCl），硝酸銀（AgNO3），磷酸（H3PO4），磷酸二氫鈉（NaH2PO4），磷酸氫二鉀（K2HPO4），一水合檸檬酸，硝酸（HNO3）。

儀器：KQ-800TDB型高頻數(shù)控超聲波清洗器，DF-101S型集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，JJ200型精密電子天平，Hitachi H600A-Ⅱ型透射電子顯微鏡，DHG-9070型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥機(jī)，TGL-16L型高速臺(tái)式離心機(jī)，D/max-ⅢC型X射線粉末衍射儀，S-4800型冷場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡，Optima-2000型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀。

1.2 樣品制備

α-磷酸鋯（ZrP）：將0.16 g ZrOCl2·8H2O溶解于20 mL去離子水中，加入0.2 g檸檬酸，攪拌10 min，緩慢滴加4 mL H3PO4，85℃攪拌30 min，然后轉(zhuǎn)移到聚乙烯反應(yīng)釜中，85℃水熱反應(yīng)36 h，取出離心、水洗、醇洗，60℃烘干得到磷酸鋯樣品［5］。

磷酸鋯鈉（NZP）：將0.07 g ZrOCl2·8H2O溶解于50 mL去離子水中，再滴加1.5 mL HF和3 mL HCl，攪拌10 min，加入0.1 g NaH2PO4，攪拌溶解，轉(zhuǎn)移到聚乙烯反應(yīng)釜中，150℃水熱反應(yīng)48 h，取出離心、水洗、醇洗，60℃烘干得到磷酸鋯鈉樣品。

磷酸鋯鉀（KZP）：將2.2 g ZrOCl2·8H2O溶解于50 mL去離子水中，再滴加1.5 mL HF和3 mL HCl，攪拌10 min，再加入3.2 g K2HPO4，攪拌溶解，轉(zhuǎn)移到聚乙烯反應(yīng)釜中，150℃水熱反應(yīng)48 h，取出離心、水洗、醇洗，60℃烘干得到磷酸鋯鉀樣品［6］。

載銀抗菌劑：取3種載體ZrP、NZP、KZP各2.5 g，均勻分散在100 mL去離子水中，配成2.5%的懸液，將3份0.85 g AgNO3分別加到懸液中，80℃攪拌6 h，用去離子水反復(fù)洗滌反應(yīng)產(chǎn)物，直至洗液中檢測(cè)不到Ag+，最后產(chǎn)物在65℃下真空干燥，即得3種載銀抗菌劑Ag/ZrP、Ag/NZP和Ag/KZP。

1.3 抗菌性能檢測(cè)

大腸桿菌和金黃色葡萄球菌是具有代表性的革蘭氏陰性菌和革蘭氏陽性菌，本實(shí)驗(yàn)選取這兩種細(xì)菌作為測(cè)試菌種。將大腸桿菌和金黃色葡萄球菌加入20 mL滅菌營(yíng)養(yǎng)肉湯中，于37℃恒溫?fù)u床培養(yǎng)箱中培養(yǎng)18～20 h，將培養(yǎng)好的細(xì)菌稀釋成1×108～1×109cfu/mL待用。

抑菌圈［7］：采用濾紙片法測(cè)試。剪8片直徑為20 mm、具有較強(qiáng)吸水性的圓形濾紙片，各取兩片濾紙片分別放入5 mL 0.1 mol/L的3種載銀磷酸鋯型抗菌劑分散液中，另取兩片于無菌水中作為空白對(duì)照，均浸泡24 h。取出濾紙片瀝去余液，60℃烘干，放入潔凈的培養(yǎng)皿中，干熱滅菌（121℃，20 min）；各取一片濾紙片，緊貼涂有100μL大腸桿菌和100μL金黃色葡萄球菌的瓊脂培養(yǎng)皿中，于37℃倒置培養(yǎng)18～24 h，取出，拍照記錄。

抑菌率：參照GB/T 21510—2008《納米無機(jī)材料抗菌性能檢測(cè)方法》進(jìn)行測(cè)試。

最低抑菌濃度（MIC值）［8］：用雙料肉湯稀釋法測(cè)定樣品的MIC值。取試管若干，利用二倍梯度稀釋法將320 mg/L抗菌液稀釋至10 mg/L，并增加一個(gè)抗菌劑質(zhì)量濃度為240 mg/L的抗菌液，每個(gè)梯度5 mL；將所需物品121℃滅菌20 min，冷卻，向試管中各加入5 mL雙料肉湯，充分搖勻后，再分別接入稀釋好的50μL大腸桿菌和金黃色葡萄球菌菌液。對(duì)照試管中為5 mL蒸餾水和5 mL雙料肉湯，其中陰性對(duì)照試管中再加入50μL PBS緩沖溶液，陽性對(duì)照試管中再加入50μL菌液，充分搖勻，37℃培養(yǎng)24 h。將實(shí)驗(yàn)組和空白對(duì)照分別稀釋一系列相同的梯度后倒平板，放置于37℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h，觀察生長(zhǎng)情況，與空白對(duì)照相比，菌落數(shù)明顯減少的平板所對(duì)應(yīng)的質(zhì)量濃度為該樣品對(duì)實(shí)驗(yàn)菌的MIC。

2 結(jié)果與討論

2.1 SEM和TEM

由圖1可知，ZrP具有很好的片層狀結(jié)構(gòu)，且表面光滑平整，粒徑在100 nm左右；NZP為立方體，粒徑約為1μm，形貌較為均一；KZP為四邊形的片狀，均一性較差。

圖1 3種磷酸鹽型載體的SEM圖

由圖2可知，載銀后3種樣品均保持了原始載體的形貌，形狀基本沒有發(fā)生變化。

圖2 3種載體載銀后的TEM圖

2.2 XRD

由圖3可知，3種載體的衍射峰位置與文獻(xiàn)［9-10］報(bào)道的一致，不含其他雜峰，特征衍射峰尖而窄，峰形規(guī)整，表明樣品較純，晶體晶相單一，結(jié)晶度較高；而載體載銀后的衍射峰與原來的位置一樣，沒有檢測(cè)到銀的特征衍射峰，這可能是由于搭載的銀量相對(duì)載體比較少。另外，載銀后ZrP的結(jié)晶性有所下降，而其他載體載銀前后的圖像基本沒有變化。

圖3 3種載體及其載銀后的XRD譜圖

2.3 EDX

由圖4可知，載銀后的3種樣品除了包含有本身的元素外，還檢測(cè)出了銀元素，這說明抗菌成分銀均成功負(fù)載到3種載體上。

圖4 3種載體載銀后的EDX譜圖

2.4 載銀量

將Ag/ZrP、Ag/NZP、Ag/KZP在高溫條件下用微波消解儀消解后，再用ICP測(cè)定載體的載銀量，結(jié)果如表1所示。

表1 3種載體的載銀量及銀離子的交換率

由表1可知，Ag+交換到ZrP、NZP載體上的量較大，交換到KZP載體上的量較少。因?yàn)槠瑺頩rP的交換位置存在于層狀間隙中，間隙中的羥基為活性中心，具有豐富的可用于離子交換的活性位點(diǎn)；立方體NZP結(jié)構(gòu)為六面體形，主要通過六面體表面的微孔進(jìn)行離子交換；KZP具有和NZP相似的晶體結(jié)構(gòu)，都屬于NZP族磷酸鹽，而KZP載銀量較少的原因可能是KZP載體不易發(fā)生離子取代［11］。

2.5 抗菌效果

2.5.1 抑菌圈

由圖5可以看出，3種載銀抗菌劑均產(chǎn)生了比較明顯的抑菌圈，說明載銀磷酸鹽型抗菌劑具有很好的抗菌性。Ag/ZrP對(duì)大腸桿菌的抑菌圈最大，抑菌圈寬度為2.97 mm；Ag/NZP次之，抑菌圈寬度為2.60 mm；Ag/KZP的抑菌圈最小，抑菌圈寬度為1.40 mm。Ag/ZrP對(duì)金黃色葡萄球菌的抑菌圈最大，抑菌圈寬度為1.27 mm；Ag/NZP次之，抑菌圈寬度為1.26 mm；Ag/KZP的抑菌圈最小，抑菌圈寬度為0.91 mm。這說明不同載體載銀量越大，抗菌性能越好。

圖5 3種載銀抗菌劑對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌圈

2.5.2 抑菌率

由圖6、7可以看出，Ag/ZrP對(duì)大腸桿菌的抑菌率為99.99%，對(duì)金黃色葡萄球菌的抑菌率為99.12%；Ag/NZP對(duì)大腸桿菌的抑菌率為99.62%，對(duì)金黃色葡萄球菌的抑菌率為99.18%；Ag/KZP對(duì)大腸桿菌的抑菌率為85.24%，對(duì)金黃色葡萄球菌的抑菌率為82.37%。這與抑菌圈的測(cè)試結(jié)果一致。

圖6 3種載銀抗菌劑對(duì)大腸桿菌的抑菌率圖

圖7 3種載銀抗菌劑對(duì)金黃色葡萄球菌的抑菌率圖

2.5.3 MIC值

由圖8可看出，Ag/ZrP對(duì)兩種受試菌的MIC值大小相同，均為80 mg/L；Ag/NZP對(duì)兩種測(cè)試菌的MIC值相同，均為90 mg/L；Ag/KZP對(duì)大腸桿菌的MIC值為160 mg/L，對(duì)金黃色葡萄球菌的MIC值為240 mg/L。表明所制備的載銀抗菌劑均具有優(yōu)異的抗菌性能，相比較，Ag/ZrP、Ag/NZP的抗菌性要優(yōu)于Ag/KZP，與抑菌圈和抑菌率測(cè)試結(jié)果一致。

圖8 3種載銀抗菌劑對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的MIC值

3 結(jié)論

采用水熱法制備了磷酸鋯、磷酸鋯鈉、磷酸鋯鉀載體，用離子交換法將銀成功搭載到這3種載體上。磷酸鋯、磷酸鋯鈉均具有較強(qiáng)的載銀能力，磷酸鋯鉀的載銀能力較弱，載銀能力從大到小為磷酸鋯、磷酸鋯鈉、鈉磷酸鋯鉀。載銀磷酸鋯、載銀磷酸鋯鈉對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌均表現(xiàn)出優(yōu)異的抗菌性能，載銀磷酸鋯鉀的抗菌能力一般，抗菌能力從大到小為載銀磷酸鋯、載銀磷酸鋯鈉、載銀磷酸鋯鉀，載體的載銀量越大，抗菌性能越好。