殼聚糖雙胍鹽酸鹽絡(luò)合碘制備及抑菌性能

徐寧寧，謝琳琳，唐陽，賽明澤，丁德潤

（上海工程技術(shù)大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，上海 201620）

殼聚糖（CTS）是甲殼素脫乙?；a(chǎn)物，是天然糖類中唯一大量存在的堿性氨基多糖，具有許多特殊的物理與化學(xué)性質(zhì)和生理功能[1-3]，如無毒、生物相容性、組織修復(fù)和減少創(chuàng)面滲出等功能[4-7]，在醫(yī)藥材料、功能材料、藥物釋放等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。由于殼聚糖分子間存在強的分子氫鍵，其化學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定，使其應(yīng)用受到限制[8-10]。因此，可對殼聚糖進行化學(xué)改性得到殼聚糖衍生物，改善其物理及化學(xué)性質(zhì)。本文在殼聚糖衍生物上絡(luò)合單質(zhì)碘，利用單質(zhì)碘的廣譜抗菌性，制備新型生物醫(yī)用材料。

殼聚糖與碘分子結(jié)合穩(wěn)定性較差，研究表明在殼聚糖結(jié)構(gòu)單元上引入陽離子結(jié)構(gòu)能穩(wěn)定結(jié)合碘分子。本工作用雙氰胺對殼聚糖進行胍基化改性，得到易溶于水的殼聚糖衍生物——殼聚糖雙胍鹽酸鹽（CGH）。CGH 中含有多個氨基，增強了聚陽離子性，其正電荷對體積大、易變形的碘分子有強吸引作用。這種改性殼聚糖的碘絡(luò)合物增強了抑菌效果，是一種高效低毒具有潛在應(yīng)用價值的生物醫(yī)用 材料。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

殼聚糖（醫(yī)用級，平均相對分子質(zhì)量為1.32 × 105，脫乙酰度90%），浙江金殼生物化學(xué)有限公司；雙氰胺，化學(xué)純，上海展云化工有限公司；碘，分析純，上海凌峰化學(xué)試劑有限公司。

AVATAR370 FTIR 型紅外光譜儀，美國Thermo Nicolet 公司；STA PT-1000 型熱失重分析儀，德國Linseis 公司；D2 PHASER 型X 射線衍射儀，德國布魯克AXS 公司。

1.2 實驗步驟

1.2.1 CGH 的制備

取4.0g CTS 于250mL 三頸燒瓶中，加入150mL濃度為0.15mol/L 的鹽酸溶液攪拌至CTS 完全溶解。加入3.0g 雙氰胺，90℃攪拌2h，60℃減壓蒸餾得濃縮液，加無水乙醇沉淀，真空抽濾。固體用無水乙醇浸泡洗滌抽濾（反復(fù)3 次），60℃真空干燥6h，得CGH 粉末[11]。反應(yīng)式如式（1）。

1.2.2 CGH-I2的制備

配制 0.01mol/L、0.02mol/L、0.03mol/L、0.04mol/L、0.05mol/L 的碘乙醇液。分別取CGH 1.0g于上述各溶液中，室溫下避光攪拌5h，抽濾，產(chǎn)物用無水乙醇少量多次洗滌，得CGH-I2，分別編號為A、B、C、D、E。

1.2.3 絡(luò)合物中碘含量測定

采用碘量法[12]，定量稱取1.0g 碘絡(luò)合物于碘量瓶中，加入100mL 已標(biāo)定的硫代硫酸鈉溶液，室溫避光攪拌4h。取上層清液用碘量法滴定過量的硫代硫酸鈉。

1.3 性能測試

取CTS、CGH 溴化鉀研磨、壓片，進行IR 光譜分析，波數(shù)范圍500～3800cm-1； X 射線衍射儀掃描分析譜圖，掃描范圍5°～80°；熱失重（TG）曲線溫度范圍21～700℃，升溫速率15℃/min。

1.4 抑菌性測試[13]

將大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的菌液分散到培養(yǎng)基內(nèi)，菌濃約為1.08′105cell/L。取上述溶液30mL稀釋10 倍裝入直徑為12cm 的培養(yǎng)皿中冷卻固化。將CGH 和CGH-I2制成直徑為10mm 的圓片，紫外滅菌30min。分別將圓片貼附于培養(yǎng)皿中不同位置，放入37℃恒溫箱中培養(yǎng)24h，觀察細菌生長情況，記錄抑菌圈直徑。

2 結(jié)果與討論

2.1 IR 分析

CTS、CGH 的紅外光譜如圖1 所示。

由圖1 可見，CTS 紅外光譜在3423.19cm-1處為—OH 的伸縮振動和—NH2伸縮振動吸收峰，表現(xiàn)為一個強而寬的峰，表明有羥基與氨基間的氫鍵作用；2869.7cm-1處為C—H 伸縮振動吸收峰；1081.92cm-1處為糖類結(jié)構(gòu)特征峰[14]；1594.92cm-1處為 N—H 的彎曲振動峰。CGH 紅外光譜1637.34cm-1處為[—HN(C=NH)NH2]中C=N 的伸縮振動吸收峰[15]；1508.13cm-1處為—NH3+的彎曲振動吸收峰；1594.92cm-1處的—NH2振動峰消失，在1434.85cm-1處出現(xiàn)新的振動峰為C—N—C 的伸縮振動峰。以上可推斷—NH2上發(fā)生了胍基化改性。

2.2 XRD 分析

CTS、CGH 的XRD 圖譜如圖2 所示。由圖2 可見，CTS 在2θ = 10.5°和20.0°處有兩個衍射峰是殼聚糖的兩個特征衍射峰[16]，20.0°處衍射峰較強，可以看出殼聚糖是一種結(jié)晶性高分子。殼聚糖經(jīng)雙氰胺改性后得CGH 的衍射峰變?nèi)?，這是由于改性后破壞了殼聚糖分子內(nèi)的氫鍵，分子間作用力變?nèi)?，使其結(jié)晶性受到破壞。

圖1 CTS、CGH 的紅外光譜圖

圖2 CTS、CGH 的XRD 圖譜

2.3 TG、DTG 分析

CTS、CGH 的TG、DTG 曲線如圖3、圖4 所示。

由圖3 可見，CTS 的降解分為兩個階段[17]：第一階段在80℃開始，失重率達到8%，主要是失去水分子和小分子量的聚合物分解造成的；第二階段失重在250℃開始，失重率達到40%，主要是由于殼聚糖分子鏈的熱分解等復(fù)雜過程造成的。CGH 的降解也分成兩個階段，與CTS 不同的是其第二階段失重在200℃開始，且CGH 失重率比CTS 失重率大，這是由于改性后破壞了殼聚糖分子內(nèi)氫鍵使分子間作用力降低，分解溫度下降。

由圖4 可見，CTS、CGH 分別有兩個熱降解過程，且CTS、CGH 的最大熱分解速率分別出現(xiàn)在311.6℃和230.2℃。

2.4 CGH-I2 中碘含量測定

圖3 CTS、CGH 的TG 曲線

圖4 CTS、CGH 的DTG 曲線

CGH 質(zhì)量保持不變，改變單質(zhì)碘的濃度，制備 出碘濃度不同的絡(luò)合物。采用碘量法與濃度差法，找出CGH 與I2的最大質(zhì)量比。實驗數(shù)據(jù)見表1。

表1 CGH 與碘的絡(luò)合物的質(zhì)量比

由表1 可見，CGH 與碘絡(luò)合的最大質(zhì)量比為m(CGH)∶m(I2)=1∶0.46。殼聚糖經(jīng)雙氰胺改性后得到的CGH 中含有大量氨基，增強了聚陽離子性，且胍基質(zhì)子化后得到一個非常穩(wěn)定的胍離子，能在較大pH 值范圍內(nèi)保持正電性，碘分子的電子云密度大，容易受到正電荷吸引，產(chǎn)生靜電吸引力，故CGH 有較強吸引碘分子的能力。

2.5 抑菌性分析

用抑菌環(huán)法[18]分別測CGH、CGH-I2對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌抑菌環(huán)直徑，確定其敏感性。依據(jù)抗菌素敏感度標(biāo)準(zhǔn)，抑菌環(huán)直徑小于10mm 敏感度為耐藥；10～15mm 敏感度為中度敏感；抑菌環(huán)直徑大于15mm 敏感度為高度敏感。CGH、CGH-I2抑菌圖片如圖5、圖6 所示。

由圖5 可見，CGH(a)對大腸桿菌抑菌環(huán)直徑為(6±1)mm，對大腸桿菌敏感度為耐藥。CGH-I2(b)對大腸桿菌抑菌環(huán)直徑為(18±1)mm，對大腸桿菌敏感度為高度敏感。

由圖6 可見，CGH(a)對金黃色葡萄球菌抑菌環(huán)直徑為(8±1)mm，對金黃色葡萄球菌為耐藥。CGH-I2(b)對金黃色葡萄球菌抑菌環(huán)直徑為(21±1)mm，對金黃色葡萄球菌敏感度為高度敏感。

圖5 CGH(a)、CGH-I2(b)對大腸桿菌的抑菌性

圖6 CGH(a)、CGH-I2(b)對金黃色葡萄球菌的抑菌性

CGH 通過靜電吸引絡(luò)合廣譜抗菌劑單質(zhì)碘后的CGH-I2對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌效果明顯增強。

3 結(jié) 論

改性得到了殼聚糖雙胍鹽酸鹽，利用其正電荷對體積大、易變形的碘分子有強吸引作用，得到絡(luò)合碘殼聚糖雙胍鹽酸鹽。XRD 分析表明：CGH 破壞了殼聚糖分子內(nèi)的氫鍵，使其結(jié)晶性受到破壞，導(dǎo)致衍射峰強度減弱。TG、DTG 分析表明：CTS、CGH 的降解分為兩個階段，且其最大熱分解速率分別出現(xiàn)在311.6℃和230.2℃。碘含量分析表明：當(dāng)?shù)庖掖既芤簼舛葹?.02mol/L 時，殼聚糖雙胍鹽酸鹽吸附碘量最大，其質(zhì)量比為m ( CGH )∶m ( I2) = 1∶0. 46。通過抑菌試驗，證實絡(luò)合碘殼聚糖雙胍鹽酸鹽對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌抑菌環(huán)直徑分別為(18±1)mm 和(21±1)mm，敏感度均為高度 敏感。

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