兩種稀土配合物抑菌活性的研究

馬琴琴，張 睿，黃士杰，焦昆鵬，羅 磊，張曉宇

（1.河南科技大學 食品與生物工程學院，食品加工與安全國家級教學示范中心，河南洛陽 471023；2.河南科技大學園藝與植物保護學院，河南洛陽 471023）

0 引言

稀土配合物具有易于合成、發射譜窄、光致變色、光穩定性好的特點，近年來吸引了許多研究者的目光[1-2]。大量研究文獻利用稀土配合物制備熒光傳感器，利用其熒光特性檢測抗生素、食品添加劑、環境危險物及爆炸物等，取得不錯的效果[3-4]；部分研究利用稀土配合物的強發光性制備光敏劑，進行抗菌光動力學治療[5]；也有研究利用稀土鋱配合物的光致變色制備防偽紙的施膠劑[6]。然而，對稀土配合物本身的抗菌性能研究較少，而抗菌性是某些材料（如光敏劑、施膠劑）的重要性質。分別以發射紅/綠熒光的Eu/Tb為金屬中心，以氮雜環羧酸5-(吡啶-4-甲氧基)-間苯二甲酸（H2L）為配體，在溶劑熱條件下制備了2個稀土配合物（Eu-MOF/Tb-MOF），以大腸桿菌作為指示菌，探究稀土配合物的抑菌活性，進一步研究了其對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌及枯草芽孢桿菌的抑菌特性。

1 試驗部分

1.1 原料與儀器

配合物Eu-MOF、配合物Tb-MOF，自制；大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌，河南科技大學生物實驗室保存；氯化鈉、氫氧化鈉、Eu(NO3)3·6H2O、H2L、二甲基亞砜（DMF），均為分析純，國藥集團化學試劑有限公司提供；牛肉膏、蛋白胨、MH（B）培養基、瓊脂粉，北京奧博星生物技術有限責任公司提供。

303-00A型電熱恒溫培養箱，無錫瑪瑞特科技有限公司產品；THZ-C型恒溫振蕩器，江蘇省太康市強樂實驗設備有限公司產品；XFA-50CA型高溫蒸汽滅菌鍋，浙江新豐醫療器械有限公司產品；SWCJ-1F型超凈工作臺，蘇州凈化有限責任公司產品；6 mm×7.8 mm×10 mm牛津杯，上海申源科學儀器有限公司產品。

1.2 稀土配合物的制備

Eu-MOF：將Eu(NO3)3·6H2O（0.134 g，0.3 mmol）和H2L（0.027 g，0.1 mmol）加入到6 mL DMF/H2O（1∶2）混合溶液中。用HNO3（69%）調節混合溶液的pH值至3～4。將混合物放在25 mL聚四氟乙烯內襯的不銹鋼反應釜中，于140℃下加熱72 h，然后以2℃/h的速度冷卻至30℃，過濾后分離出無色塊狀晶體，用蒸餾水洗滌，在空氣中干燥（按H2L計算得率為72%）。紅外光譜（kBr壓片法，cm-1）：3 096（W），1 656（M），1 580（M），1 531（W），1 448（M），1 376（S），1 310（W），1 275（S），1 128（M），1 053（M），774（S），703（S），548（W）。

Tb-MOF的制備方法同Eu-MOF，用0.137 mg（0.3 mmol）Tb(NO3)3·6H2O代替Eu(NO3)3·6H2O。紅外光譜（kBr壓片法，cm-1）：3 087（W），1 655（M），1 592（M），1 529（W），1 446（W），1 359（S），1 310（W），1 262（S），1 131（M），1 062（M），771（S），722（M），528（W）。

1.3 菌種活化及菌懸液制備

金黃色葡萄球菌和枯草芽孢桿菌的菌種分別接種于100 mL牛肉膏蛋白胨液體培養基中，37℃下以轉速120 r/min振蕩培養24 h，進行活化，紫外分光光度計測OD值，使菌液濃度達到1×108CFU/mL，備用。

1.4 配合物抑菌活性

準確稱量配體、稀土硝酸鹽、Eu-MOF和Tb-MOF等樣品，分別以DMSO做溶劑，配成質量濃度為2，4，8，16，32，64，128 mg/mL的溶液。將滅菌好的直徑為6 mm的牛津杯垂直放置于涂布均勻的平板中。每個培養皿中放6個牛津杯，并用移液器將配置好DMSO溶液和不同質量濃度的樣品溶液20 μL加到牛津杯中，放入37℃的培養箱中培養24 h，測量抑菌圈的直徑大小，并同時進行空白對照試驗。試驗重復3次，求抑菌圈的平均值。

2 結果與分析

2.1 配合物對大腸桿菌的抑菌特性

根據2002年頒發《消毒防范技術規范》的標準，抑菌圈直徑＜10 mm表明具有弱抑菌效果，抑菌圈直徑為10～20 mm，表示具有中等抑菌效果，大于20 mm，表明具有強抑菌效果。

配體及配合物對大腸桿菌（革蘭氏陰性菌）的抑菌圈直徑數據見表1。

由表1可知，DMSO溶液對大腸桿菌無抑菌圈產生，說明DMSO作為溶劑不會影響試驗。配體H2L和硝酸鹽對大腸桿菌具有弱抑菌作用。與配體相比，配合物的抑菌活性普遍得到增強，并且抑菌圈直徑為11.0～17.5，達到了中等抑菌活性，并且質量濃度不同，抑菌活性也不一樣。Eu-MOF和Tb-MOF在質量濃度為16 mg/mL的時候達到了最佳值，說明配合物的抑菌活性并不是隨著質量濃度的增加而增強，而是在一定的范圍內有一個最佳值。配合物Eu-MOF比Tb-MOF的抑菌能力強可能是因為輕稀土的抑菌活性大于重稀土離子的抑菌活性。配合物抑菌性得到增強的原因可能是因為稀土離子（Eu3+、Tb3+）與配體發生配位后，由于螯合作用，稀土離子的部分正電荷轉移到配體上，使得螯合環產生電子離域作用，配合物的脂溶性增強更容易穿透細胞膜的類脂層，抑制微生物的生長代謝[8]。

表1 配體及配合物對大腸桿菌（革蘭氏陰性菌）的抑菌圈直徑數據

2.2 最適質量濃度下對3種菌的抑菌活性

抑菌圈直徑見表2。

表2 抑菌圈直徑

由表2可知，溶劑DMSO無抑菌圈產生，表明DMSO對這3種菌無抑菌作用產生。稀土Eu3+和Tb3+對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和枯草芽孢桿菌的抑菌圈較小，表明稀土離子本身對這3種菌具有弱抑菌作用。配合物Eu-MOF和Tb-MOF對這3種菌均有不同程度的抑菌效果，與配體相比其抑菌活性都得到了提高，其中Eu-MOF對這3種菌的抑菌效果強于Tb-MOF，配合物的抑菌活性與細菌的類型有關。同時也說明這2種配合物屬于廣譜抑菌劑。

3 結論

以上試驗表明，Eu3+、Tb3+和配體對這3種菌的抑菌性較弱，而在稀土與配體配位得到配合物后抑菌活力大大提升。在質量濃度為16 mg/mL時，配合物Eu-MOF和Tb-MOF對這3種菌均有不同程度的抑菌作用，表明這2種配合物抑菌譜較廣。其中，配合物Eu-MOF對大腸桿菌的抑菌圈直徑最大，表明其對大腸桿菌抑菌活性最高。