载钴羟基磷灰石的合成、表征及抗菌性能研究

董春华 安军 王东杰 邯郸学院化学系 056005

载钴羟基磷灰石的合成、表征及抗菌性能研究

董春华 安军 王东杰 邯郸学院化学系 056005

1 引言

羟基磷灰石（HAP）是生物陶瓷之一，具有良好的生物相容性，其表面容易滋生细菌[1]。这与其作为医用生物材料相矛盾。要解决这个问题，需要提高羟基磷灰石的抗菌性能。研究表明载入某些金属离子可提高其抗菌性能[1～3]。

Escherich于1885年发现大肠杆菌（简称E.coli）。它属于革兰氏阴性短杆菌。历史上很长一段时间，大肠杆菌被认为是非致病菌，属于正常肠道菌群的组成部分。20世纪中叶，随着一些严重腹泻和败血症病例的出现，结果表明一些特殊血清型的大肠杆菌对人和动物有病原性。本研究拟对载钴羟基磷灰石(Co-HAP)的抗大肠杆菌性能做初步探索。

2 实验部分

2.1 试剂和仪器

蛋壳粉；二水磷酸氢钙，分析纯，天津市光复精细化工研究所；无水乙醇，分析纯，天津市红岩化学试剂厂；氯化钴，分析纯，天津文达稀贵试剂化工厂；溴化钾，光谱纯，天津市化学试剂三厂。大肠杆菌、肉汤培养基、琼脂培养基倾注平皿（邯郸学院生物科学系提供）。电子天平，F A1104N，精密0.0001g；磁力搅拌器，上海大普仪器有限公司，JBZ-12；接点温度计，上海医用仪表厂，温度范围0～100℃；循环水式多用真空泵，郑州长城科工贸有限公司；远红外线干燥箱，北京光争仪器设备厂，HW-10；箱式电阻炉，天津市华北实验仪器有限公司，SX2-2.5-10；傅立叶变换红外光谱仪，美国尼高力仪器公司，MAGNA-IR550Ⅱ；压片机，F W-4；照相机；游标卡尺。

2.2 实验方法

2.2.1 羟基磷灰石的合成。按钙磷比为1.67，称量蛋壳粉和CaHPO4·2H2O，混合均匀后研磨，放入烧瓶内，加适量蒸馏水，90℃水浴，恒温加热磁力搅拌12h。抽滤，洗涤，放入远红外干燥箱干燥。干燥后将物质转移至坩埚中，放入箱式电阻炉中，900℃煅烧6h。

2.2.2 载钴羟基磷灰石的合成。取一定浓度的钴离子溶液，转移至锥形瓶中，再加入羟基磷灰石粉末，磁力搅拌。过滤，洗涤并干燥即得载钴羟基磷灰石粉末。

2.2.3 载钴羟基磷灰石的表征。采用溴化钾压片，样品与溴化钾的比例约为1∶10，充分研磨。用FW-4型压片机进行压片。放入傅立叶变换红外光谱仪（波数范围4000cm-1-400cm-1）中，得到样品的红外谱图。

2.2.4 载钴羟基磷灰石的抗菌性能测试。将大肠杆菌用肉汤培养基在37℃培养24h，制成菌悬液，待用。营养琼脂培养基倾注平皿（15～20 mL）凝固，取0.1 mL菌悬液均匀涂布于固化的琼脂培养基上，分别把羟基磷灰石和载钴羟基磷灰石材料压制成直径为12.5 mm的样片，放置于固化的培养基中央，37℃培养24h，观察抑菌环并用游标卡尺

测量其直径并拍照。

3 结果与讨论

3.1 载钴羟基磷灰石的表征

图1 为载钴羟基磷灰石的红外谱图。其中565.9 cm-1，603.2 cm-1处是磷酸根的弯曲振动吸收峰；636.4 cm-1是结构羟基的弯曲振动吸收峰；959.9cm-1，1034.6 cm-1，1092.6 cm-1处是磷酸根的伸缩振动吸收峰；碳酸根在1403.7 cm-1，1457.6cm-1处出现分裂，呈现两个吸收峰，说明碳酸根进入羟基磷灰石结构中；3568.7cm-1是结构羟基的伸缩振动吸收峰。

图2 为羟基磷灰石的红外谱图。比较谱图可知，羟基磷灰石的红外谱图在吸附钴后发生了很大变化:3435.9 cm-1出现了明显的水的吸收峰，羟基峰、磷酸根的峰和碳酸根的峰强度明显加强。

图1 载钴羟基磷灰石的红外谱图

图2 羟基磷灰石的红外谱图

3.2 载钴羟基磷灰石的抗菌性能测试

图3 为HAP样片（左图）和Co-HAP（右图）样片的抑菌环照片。可以看出，HAP样片周围没有抑菌环，而载钴羟基磷灰石样片周围有明显的抑菌环出现，抑菌环直径平均为16.97mm。评价规定:抑菌环直径＞7mm，判为有抑菌作用;抑菌环直径≤7mm，判为无抑菌作用，阴性对照组应无抑菌活性[4]。这说明Co-HAP有较好的抗大肠杆菌性能。

图3 HAP样片（左图）和Co-HAP（右图）样片的抑菌环照片

研究认为Co-HAP抗菌材料有如下三种可能机理，其中溶出抗菌机理认为抗菌材料中溶出的Co2+和细菌接触，并与生物体内蛋白质、核酸中的巯基（-SH）、氨基(-NH2)等含硫、氮的官能团发生反应，也可能是Co2+代替了激发酶活性的镁离子，使生物体需要的酶丧失活性，能量代谢受阻，起到抗菌作用；接触抗菌机理认为抗菌材料的抗菌离子不需溶出，带正电荷的离子型抗菌材料易吸附细胞膜带负电荷的细菌，抗菌离子与细胞膜中蛋白质的巯基（-SH）、氨基(-NH2)等结合，破坏了微生物细胞的能量代谢系统、呼吸系统及电子传输系统，使细菌生长受阻或死亡；光催化抗菌机理认为抗菌材料在光照条件下催化产生活性氧，破坏细胞内的重要生物高分子，从而抑制细菌的生长和繁殖[4，5]。

4 结论

载钴羟基磷灰石对大肠杆菌有较明显抑制作用，抑菌环直径平均可达约17 mm，抗菌性能良好。载钴羟基磷灰石有望成为新型无机抗菌剂。

[1] 林英光, 杨卓如, 程江.纳米掺锶羟基磷灰石的制备及其抗菌性能研究[J].化工新型材料.2006,9: 52-56.

[2] 李吉东, 李玉宝, 左弈, 等.载铜纳米羟基磷灰石的制备及抗菌性能评价[J].功能材料.2006,4: 635- 638.

[3] 张力, 王辉, 汪超, 等.载银羟基磷灰石的合成及其抗菌测试[J].研究论著.2004,7: 22-23.

[4] 李吉东, 李玉宝, 王学江, 等.载铜锌纳米羟基磷灰石的抗菌性能及机理研究[J].无机材料学报, 2006,1: 162-168.

[5] 季君晖, 史维明.抗菌材料[M].北京:化学工业出版社.2003.

Research on Synthesis, Characterization and Antibacterial Capability of Cobalt Substituted Hydroxyapatite

Dong Chunhua An Jun Wang Dongjie
(Department of Chemistry, Handan College, Handan, 056005, P.R.China.)

合成了载钴羟基磷灰石。利用红外光谱法对其进行了表征。抑菌环实验表明:载钴羟基磷灰石对大肠杆菌有较强的抑制作用，抑菌环直径约为17 mm。

羟基磷灰石；钴；抗菌性能

Cobalt substituted hydroxyapatite was prepared and characterized by IR spectroscopy.The result of bacteriostatic annulus test showed that, hydroxyapatite carrying Co2+(Co-HAP) had strong antibacterial ability on E.coli.The ring diameter size for E.coli was 17 mm.

Hydroxyapatite; Cobalt; Antibacterial

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.09.014

董春华，硕士，讲师，研究方向:无机化学。