氧化石墨烯的制備及其對(duì)枯草桿菌的抑菌性研究

曾 鵬，林濤峰，操江飛，徐穎琪，陳世萍，林 婉，黎幗君，劉綺穎

（肇慶學(xué)院食品與制藥工程學(xué)院，廣東肇慶526061）

石墨烯是一種由碳原子sp2 雜化軌道形成的六角型平面結(jié)構(gòu)，因?yàn)槠涑蟮谋缺砻娣e和超強(qiáng)的力學(xué)特性及電子效應(yīng)為人們所熟知。氧化石墨烯就是在石墨烯的基礎(chǔ)上，連接一些含氧基團(tuán)。隨著人們對(duì)氧化石墨烯的深入研究，其抗菌性能也被廣泛關(guān)注。

本實(shí)驗(yàn)采用Hummer 法制備氧化石墨烯，用XRD、FT-IR 等表征合成物，并采用抑菌圈法對(duì)其性能進(jìn)行檢測(cè)[1-3]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑和儀器

石墨粉、98%濃硫酸、過(guò)氧化氫、高錳酸鉀、過(guò)硫酸鉀、五氧化二磷、鹽酸、無(wú)水乙醇、蒸餾水、牛肉膏、蛋白胨、氯化鈉、瓊脂、枯草桿菌。

電子天平、DF-101S 集熱式恒溫加熱磁力攪拌器、離心機(jī)、電熱恒溫培養(yǎng)箱、超聲波儀、電熱鼓風(fēng)干燥箱、冷凍干燥機(jī)、布魯克D8-Advance X 射線粉末衍射儀、島津FTIR-8400S 傅立葉變換紅外光譜儀、高壓蒸汽滅菌釜。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 氧化石墨烯的制備

在24 mL 濃硫酸中加入3 g 石墨粉，攪拌，再加入5 g 過(guò)硫酸鉀和5 g 五氧化二磷，繼續(xù)攪拌，然后80℃下，以800 rpm 的速度持續(xù)攪拌3 h。再加入120 mL 濃硫酸，將其置于冰水浴中，保持4℃以下，再加入15.5 g KMnO4，700 rpm 攪拌。接著滴加25 mL 蒸餾水，溫度為35 ℃，繼續(xù)攪拌2 h。再加入70 mL 蒸餾水和2 mL 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的過(guò)氧化氫，充分混合。將得到的溶液超聲處理，分裝于離心管中離心分離（3 500～4 000 轉(zhuǎn)），除去上清液。下層用5%的鹽酸和蒸餾水洗滌多次，再冷凍真空干燥12 h，得到產(chǎn)物GO[4]。

1.2.2 抗菌活性測(cè)試

稱取牛肉膏3.0 g，蛋白胨10.0 g，氯化鈉5.0 g，瓊脂15.0 g，置于1 000 mL 蒸餾水中，煮沸溶解，調(diào)節(jié)pH 值7.0～7.2,分裝于試管中，121℃高壓滅菌20 min。

將培養(yǎng)好的菌種斜面移入無(wú)菌接種室，放置室溫后，用接種環(huán)接種枯草桿菌至營(yíng)養(yǎng)肉湯培養(yǎng)基中，將接種好的細(xì)菌管放在培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h,取出備用。稱取藥 品 配100 mg/L、300 mg/L、1 000 mg/L、3 000 mg/L、10 000 mg/L 藥液，分別放入2.5 mm 圓濾紙片待用。吸取菌液于固體培養(yǎng)皿中，分別放置不同含藥濃度的濾紙片，放置培養(yǎng)24 h，觀察測(cè)量菌圈，分時(shí)段觀察[5]。

2 結(jié)果與分析

2.1 XRD 表征結(jié)果分析

按照1.2.1 方法制備，用布魯克D8-Advance X 射線粉末衍射儀對(duì)氧化石墨烯進(jìn)行檢測(cè)。以Cu-Kα 為射線源，并在22℃下掃描，掃描范圍為5～81°，步進(jìn)寬度為0.02°，步進(jìn)速率5°min-1，所得結(jié)果如圖1 所示，將石墨以同樣方法進(jìn)行表征，結(jié)果如圖2 所示。

將圖1 和圖2 進(jìn)行對(duì)比，可發(fā)現(xiàn)石墨特有位于2θ=26.44°的衍射峰，在圖1 上2θ=10.2°左右出現(xiàn)比較寬的衍射峰，且位于2θ=26.44°的衍射峰消失，表明通過(guò)反應(yīng)，含氧官能團(tuán)進(jìn)入GO 的表面上，所得產(chǎn)物確實(shí)為GO[6]。

圖1 氧化石墨烯的XRD 圖譜

圖2 石墨的XRD 圖譜

2.2 傅立葉變換紅外光譜分析

圖3 氧化石墨烯的IR 圖譜

圖4 石墨的IR 圖譜

圖3為氧化石墨烯的傅里葉變換紅外光譜表征（FT-IR），圖4 為石墨的傅里葉變換紅外光譜表征（FT-IR），通過(guò)兩條曲線可以看出，被氧化后的石墨中含有許多極性基團(tuán)，圖3 中3 400 cm-1附近出現(xiàn)的強(qiáng)而寬的峰為-OH 的伸縮振動(dòng)吸收峰；1 045 cm-1附近出現(xiàn)的為C-O 的伸縮振動(dòng)吸收峰，1 651 cm-1附近出現(xiàn)的弱峰為C=O 的伸縮振動(dòng)吸收峰。這些特征吸收峰的存在證明了GO 中含有環(huán)氧基和羰基等基團(tuán)。而圖4 中曲線石墨的紅外光譜與氧化石墨烯的類似，但是相比于圖3 中曲線各個(gè)基團(tuán)的振動(dòng)吸收峰來(lái)說(shuō)，石墨的基團(tuán)吸收峰較弱[7]。

2.3 抗菌性結(jié)果分析

圖5 枯草桿菌的抑菌圈圖

圖5為放有不同氧化石墨烯濃度的藥液片的培養(yǎng)基表面，從圖5 可以看出，3 000 mg/L 及10 000 mg/L 的藥液片表面有明顯的抑菌圈[8]。

3 結(jié)論

本研究采用Hummer 法自制氧化石墨烯，用FT-IR、XRD 等進(jìn)行表征，并采用抑菌圈法對(duì)其抗菌活性進(jìn)行表征考查。實(shí)驗(yàn)中通過(guò)使用不同濃度的GO 藥液菌片來(lái)觀察對(duì)枯草桿菌的抗菌性，由上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知GO 藥液濃度達(dá)到3 000 mg/L 時(shí)已具有一定的抗菌性[9]。