季铵盐柱撑层状-磷酸锆及长效抗菌性能研究

谢瑜珊，蔡祥，廖马花，颜文艳，谭绍早

(暨南大学 化学系，广州 510632)

季铵盐是新一代高效、广谱、低毒杀菌剂，具有泡沫低、粘泥剥离能力强和宽的pH值适用范围等特点，是制备长效抗菌材料的良好活性基团[1]。近年来，以粘土为载体的季铵盐材料抗菌活性优良、耐水性好，成为研究热点[2-4]。然而，粘土纯度低，粒子大且分布宽，并且其高粘度使清洗困难。因此，有必要开发一些可以克服现有粘土缺点的新型层状化合物作为季铵盐的载体。

1 实验部分

1.1 试剂和菌种

氧氯化锆为分析纯，中国医药集团上海化学试剂公司；十烷基三丁基溴化铵(DTBA)，十二烷基三丁基溴化铵(DDTBA)，十四烷基三丁基溴化铵(TDTBA)，氰特化工(上海)有限公司；水解酪蛋白胨肉汤(MH)和营养琼脂培养基由广东环凯微生物有限公司提供；革兰氏阴性菌大肠杆菌E.coli(ATCC25922)和革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌 S.aureus(ATCC6538)由广东省微生物所提供；其它药品均为化学纯。

1.2 循环水热法制备-ZrP

称取6.44g氧氯化锆，倒入250mL锥形瓶内，缓慢加入12mol/L的H3PO4100mL，形成凝胶，凝胶在90°C下放置48 h，离心，沉淀移入装有100 mL H3PO4(12 mol/L)的锥形瓶内，在90°C 下放置48 h后离心洗涤4次，60°C真空干燥，得-ZrP，按文献[8]的方法进行钠化后测得离子交换容量(CEC)为97.3 mmol/100g。

1.3 季铵盐柱撑-ZrP的制备

1.4 季铵盐柱撑-ZrP的表征

使用日本理学D/max-1200型X射线衍射仪进行XRD测试，Cu靶K射线，=1.5405 A，扫描速度为1°/min，扫描范围2为2～40°；使用Perkin-Elmer-Spectrum GX-Spectrophotometer型红外光谱仪进行红外光谱测试，KBr压片；使用美国TA公司SDT-Q600型热重分析仪进行热重测试，升温速率10°C/min，N2气氛；使用BROOKHAVEN Zeta电位分析仪测试样品 Zeta电位和粒径；使用荷兰Philips TECNAI-10型扫描电镜对样品形貌进行分析，加速电压100 kV。

1.5 季铵盐柱撑-ZrP的抗菌活性和长效性测试

采用两倍稀释法[9]测试季铵盐柱撑-ZrP对E.coli和S.aureus的最低抑菌浓度(MIC)。耐水性试验：在40℃恒温水槽中放一玻璃瓶，瓶内加入1 g样品和200 mL盐水(0.9 mass%)，并分别在水中浸泡6、12、24、36、48、60和72h后取样，用TG测定季铵盐柱撑-ZrP中季铵盐的含量变化，并同时测定其最低抑菌浓度。

2 结果与讨论

2.1 结构分析

图1 -ZrP和D-ZrP的FTIR谱图Fig.1 FTIR spectra of-ZrP and D-ZrP

综合红外和X射线衍射的检测结果，可确知循环水热法可成功制备-ZrP，且季铵盐已经插入-ZrP层间，形成了季铵盐柱撑-ZrP。

表1 -ZrP和D-ZrP的结构参数Tab.1 The structure parameters of-ZrP和D-ZrP

图2 -ZrP和D-ZrP的XRD谱图Fig.2 X-ray diffraction patterns of-ZrP and D-ZrP

图3 -ZrP和D-ZrP的TGA谱图Fig.3 TGA curves of-ZrP and D-ZrP

a根据D-ZrP的TGA曲线中200℃～500℃重量损失计算得到，参考文献[4]。

图4 -ZrP和DDTBA-ZrP的TEM照片Fig.4 TEM images of-ZrP and DDTBA-ZrP

2.2 抗菌活性和耐水性分析

-ZrP和D-ZrP对E.coli和S.aureus的抗菌性能如表2所示。可以看出-ZrP的MIC大于10000 mg·L-1，抗菌性能很差；而D-ZrP则表现出良好的抗菌性能，且随着D-ZrP中季铵盐含量的增加而增强。而且，D-ZrP的抗菌性能还随着所用季鏻盐亚甲基链的变化而变化：与DTBA-ZrP1.0和TDTBAZrP1.0相比，DDTBA-ZrP1.0展现出更佳的抗菌活性，其对E.coli和S.aureus的MIC值分别为200 mg·L-1和100 mg·L-1。

季铵盐含量为22.4mass%的DDTBA-ZrP1.0，于40℃在0.9 mass%盐水中浸泡不同时间后，其季铵盐的析出量和抗菌性能的变化如表3所示。在开始的48 h内，季铵盐的析出速度较快；超过48 h后季铵盐的析出速度变慢；72h后，有2.83mass%的季铵盐析出来(以 DDTBA-ZrP1.0中总季铵盐计算)。浸泡72h后，DDTBA-ZrP1.0对 E.coli和 S.aureus的MIC值分别为350 mg·L-1和250 mg·L-1，依然保持良好的抗菌性能，显示长效抗菌性能。

表2 -ZrP和D-ZrP的抗菌性能Tab.2 The antibacterial activity of-ZrP和D-ZrP

表3 DDTBA-ZrP1.0的长效抗菌活性Tab.3 Long-acting antibacterialactivity of DDTBA-ZrP1.0

3 结论

(3)季铵盐含量为 21.8 mass%的 DDTBAZrP1.0，具有良好的抗菌性能，其对E.coli和S.aureus的MIC值分别为200mg·L-1和100mg·L-1。

(4)DDTBA-ZrP1.0在盐水中浸泡72h后，季铵盐的析出量仅为2.83mass%；对E.coli和S.aureus的MIC值分别为350mg·L-1和250mg·L-1，依然保持良好的抗菌性能，显示长效抗菌性能。

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