ZnO@ZnFe2O4納米顆粒的制備及其抗菌抗?jié)冏饔?/h1>

2018-09-17 12:43:42王躍武安彩艷梁朗超郭俊英

西安工程大學(xué)學(xué)報(bào)訂閱 2018年4期 收藏

關(guān)鍵詞：納米銀金黃色葡萄球菌

王躍武,安彩艷,梁朗超,郭俊英,李 君

(1.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué) 新藥安全評(píng)價(jià)研究中心,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010059;2.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué) 附屬醫(yī)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010059;3.內(nèi)蒙古大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010059)

0 引 言

目前,納米抗菌材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域已得到了廣泛應(yīng)用,發(fā)揮著不容忽視的作用．其中,無(wú)機(jī)納米抗菌材料因其具有安全、高效、廣譜、釋性好、不易產(chǎn)生抗藥性和耐熱性等優(yōu)點(diǎn),越來(lái)越受到重視[1]．無(wú)機(jī)納米抗菌材料大都含有納米金屬離子或者納米金屬離子氧化物,其抗菌機(jī)理包括金屬離子溶出抗菌,光催化殺菌和接觸型滅菌等[2-3]．其中最具代表的無(wú)機(jī)納米抗菌材料就是納米銀,其在生物醫(yī)藥領(lǐng)域已廣泛應(yīng)用,并開(kāi)發(fā)了納米銀敷料[4-6]、納米銀凝膠[7-8]、納米銀栓劑等多種產(chǎn)品．可是,銀離子作為一種重金屬,有較大的毒性[9-12]．為了克服納米銀的缺點(diǎn),推廣納米材料的使用,尋找更多低毒性的納米材料成為了研究熱點(diǎn),鋅離子作為人體必須的微量元素受到了科研人員的關(guān)注．

據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道,Mirhosseini M等人發(fā)現(xiàn)納米ZnO對(duì)大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、沙門(mén)菌屬等致病菌具有強(qiáng)烈的抑制或殺滅作用[13]．日本東京工業(yè)大學(xué)與國(guó)立傳染病研究所等單位的研究人員發(fā)現(xiàn)納米ZnFe2O4對(duì)葡萄球菌、綠膿菌、枯草菌以及大腸菌等細(xì)菌的殺菌效果較為明顯[14]．目前,對(duì)ZnO@ZnFe2O4復(fù)合納米顆粒的研究主要集中在降解污染物、光催化活性、光電化學(xué)性能等方面[15-16],其抗菌性能和抗?jié)冏饔玫难芯枯^少．而且,納米氧化鋅經(jīng)皮膚接觸動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究,未發(fā)現(xiàn)明顯的毒性反應(yīng)[17]．所以,本課題擬合成制備毒性低且具有抗菌抗?jié)冏饔玫腪nO@ZnFe2O4復(fù)合納米顆粒,以拓展ZnO@ZnFe2O4復(fù)合納米顆粒在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用．本課題采用化學(xué)共沉淀法制備了ZnO@ZnFe2O4復(fù)合納米顆粒,并對(duì)其進(jìn)行了表征,研究了其抗菌性能,還通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究了其抗?jié)冏饔茫畬?shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,ZnO@ZnFe2O4復(fù)合納米顆粒具有良好抗菌抗?jié)冏饔?本實(shí)驗(yàn)為將ZnO@ZnFe2O4復(fù)合納米顆粒開(kāi)發(fā)成為抗?jié)兺庥盟幬锾峁┝丝茖W(xué)依據(jù)．

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 儀器與藥品

(1) 儀器 DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器(鞏義市孝義合眾儀器供應(yīng)站),SX2-10-12箱式電阻爐(天津市中環(huán)實(shí)驗(yàn)電爐有限公司),DGG-9240B智能鼓風(fēng)干燥箱(杭州卓馳儀器有限公司),BCD-186KB冰箱(青島海爾股份有限公司),KH5200DE型數(shù)控超聲波清洗器(昆山禾創(chuàng)超聲儀器有限公司),DHT型攪拌恒溫電熱套(蘇州學(xué)森儀器設(shè)備有限公司),電子天平(上海菁海儀器有限公司),HC-2518高速離心機(jī)(安徽中科中佳科學(xué)儀器有限公司),蒸發(fā)皿,燒杯等．ZnO@ZnFe2O4納米顆粒的結(jié)構(gòu)和形貌由X射線衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)表征．

(2) 藥品 鐵氰化鉀(天津市化學(xué)試劑一廠),聚乙烯吡咯烷酮K30(PVP)(國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司),氯化鋅(國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司),pH為5～6的鹽酸(永飛化工廠), 蒸餾水．

(3) 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物 SD大鼠,重量(200±20)g,由北京維通利華實(shí)驗(yàn)動(dòng)物技術(shù)有限公司提供,動(dòng)物合格證為SCXK (京)2016-0011．

1.2 ZnO@ZnFe2O4納米顆粒的制備和表征

準(zhǔn)確稱(chēng)量鐵氰化鉀固體0.5 g,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)0.2 g,倒入潔凈的大燒杯A中,加蒸餾水至200 mL置于超聲波清洗機(jī)中超聲混合均勻．準(zhǔn)確稱(chēng)量氯化鋅固體0.25 g,溶解于新配制的pH值為5～6的鹽酸至200 mL,置于大燒杯B中超聲溶解．氯化鋅固體完全溶解后立即將燒杯A、B中溶液混合．將混合后的溶液放到攪拌機(jī)上攪拌30 min,攪拌后避光陳放6 h．取陳放后乳狀溶液離心,離心所得沉淀水洗3次,醇洗2次．避光晾干．將晾干后的固體顆粒研磨放入高溫煅燒爐內(nèi)煅燒,即可得到ZnO@ZnFe2O4納米顆粒．

采用XRD分析樣品的物相,采用SEM和TEM表征樣品的形貌．

1.3 ZnO@ZnFe2O4納米顆粒的抗菌性能

用無(wú)菌肉湯將菌液稀釋至含菌量為107個(gè)/mL,并將菌液用玻璃棒均勻涂布于MH瓊脂平板培養(yǎng)基表面．用無(wú)菌鑷子分別取無(wú)菌牛津杯,將其放在瓊脂平板培養(yǎng)表面,然后用移液器分別吸取0.2 mL納米鐵酸鋅溶液于牛津杯中．將培養(yǎng)基置于37 ℃恒溫培養(yǎng)箱中,培養(yǎng)16～24 h后,觀察各個(gè)牛津杯中樣品周?chē)袩o(wú)出現(xiàn)抑菌圈,如有則用游標(biāo)卡尺測(cè)量其直徑．

1.4 ZnO@ZnFe2O4納米顆?？?jié)冏饔?/h3>

選用SD大鼠30只,隨機(jī)分為3組,即空白組、低劑量組、高劑量組．所有大鼠均采用取皮并涂抹冰醋酸法制造潰瘍模型,具體操作:在大鼠背部接近臀部,用脫毛器脫毛9 cm2,每只大鼠用適量乙醚麻醉,然后剪去2 cm×2 cm的皮膚區(qū)域,取皮處每天涂抹醋酸,連續(xù)7 d．皮膚潰瘍模型建立成功后開(kāi)始給藥,在空白組大鼠潰瘍處噴蒸餾水,在低劑量組和高劑量組潰瘍處噴納米ZnO@ZnFe2O4噴霧劑,每天給藥1次,連續(xù)給藥30 d,最后一次給藥后,測(cè)量各組皮膚潰瘍面積,計(jì)算治愈率,并繼續(xù)觀察記錄各組大鼠脫痂所用的時(shí)間．

圖 1 ZnO@ZnFe2O4納米顆粒的XRD圖Fig.1 XRD of ZnO@ZnFe2O4nanoparticle

2 結(jié)果與分析

2.1 結(jié)構(gòu)特征

圖1為ZnO@ZnFe2O4納米顆粒的XRD圖,從圖1中可以看到立方相ZnO和立方相ZnFe2O4的衍射峰．譜圖中各衍射峰強(qiáng)度尖銳,強(qiáng)度高,說(shuō)明制得的ZnO@ZnFe2O4納米顆粒晶體結(jié)構(gòu)完整,結(jié)晶性好,大小均勻．同時(shí),ZnO@ZnFe2O4納米顆粒的純度較高,沒(méi)有雜質(zhì)峰出現(xiàn)．

圖2為ZnO@ZnFe2O4納米顆粒的SEM和TEM圖.圖2(a)中可以看出顆粒呈球形,無(wú)明顯的團(tuán)聚現(xiàn)象,粒徑保持在300 nm左右．從圖中一些破損的顆?？梢钥闯?樣品可能具有空心結(jié)構(gòu)．經(jīng)過(guò)TEM分析,從圖2(b)中可以清晰的看到顆粒具有空心結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)為ZnO@ZnFe2O4納米顆粒作為藥物載體進(jìn)行開(kāi)發(fā)提供了可能．

(a) SEM圖 (b) TEM圖圖 2 ZnO@ZnFe2O4納米顆粒的SEM和TEM圖Fig.2 SEM and TEM of ZnO@ZnFe2O4 nanoparticle

2.2 抗菌性能

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,ZnO@ZnFe2O4納米顆粒對(duì)金黃色葡萄球菌生長(zhǎng)具有抑制作用．圖3(a)～(c)分別是質(zhì)量濃度為0.08 mg/mL,0.04 mg/mL,0.02 mg/mL的ZnO@ZnFe2O4納米顆粒對(duì)金黃色葡萄球菌的抑制情況,由圖3中的抑菌圈大小可知隨著濃度的降低,ZnO@ZnFe2O4納米顆粒對(duì)金黃色葡萄球菌的抑制作用呈下降趨勢(shì)．當(dāng)ZnO@ZnFe2O4納米顆粒的濃度為0.04 mg/mL時(shí)(加藥量為0.008 mg),抑菌圈直徑為8.00 mm;當(dāng)ZnO@ZnFe2O4納米顆粒的濃度為0.02 mg/mL時(shí)(加藥量為0.004 mg),未出現(xiàn)抑菌圈,說(shuō)明濃度為0.02 mg/mL的ZnO@ZnFe2O4納米顆粒對(duì)金黃色葡萄球菌生長(zhǎng)無(wú)抑制作用．由此可知,ZnO@ZnFe2O4納米顆粒對(duì)金黃色葡萄球菌的最低抑制濃度為0.04 mg/mL．

(a) 0.08 mg·mL-1 (b) 0.04 mg·mL-1 (c) 0.02 mg·mL-1圖 3 不同質(zhì)量濃度ZnO@ZnFe2O4納米顆粒對(duì)金黃色葡萄球菌生長(zhǎng)的抑制情況Fig.3 Inhibition effect of ZnO@ZnFe2O4 nanoparticle on the growth of staphylococcus aureus

2.3 抗?jié)冏饔?/h3>

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示,ZnO@ZnFe2O4納米顆粒組皮膚潰瘍面積明顯小于空白組,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),且呈現(xiàn)劑量依賴(lài)性,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1;ZnO@ZnFe2O4納米顆粒組脫痂天數(shù)明顯少于空白組,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),且呈現(xiàn)劑量依賴(lài)性,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2．上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明,ZnO@ZnFe2O4納米顆粒具有良好的抗?jié)冏饔?能夠促進(jìn)潰瘍皮膚的愈合．

表 1 給藥30 d后皮膚潰瘍面積

注：*表示P<0.05

表 2 脫痂天數(shù)

注：*表示P<0.05

(a) 空白組 (b) 低劑量組 (c) 高劑量組圖 4 給藥30 d后大鼠皮膚潰瘍情況Fig.4 Skin ulcers of rats after administration for 30 days

3 結(jié) 論

文中實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示ZnO@ZnFe2O4納米顆粒具有良好的抗菌活性和抗?jié)冏饔?預(yù)示著ZnO@ZnFe2O4納米顆?？梢宰鳛橐环N潛在的抗?jié)兯庍M(jìn)行開(kāi)發(fā)利用,可開(kāi)發(fā)成為一種用于治療小面積的皮膚潰瘍的納米制劑．另外,由于具有空心結(jié)構(gòu),該納米顆粒還可以載入抗?jié)兯幬锝M成復(fù)方制劑．

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