凹凸棒石负载锌钴抗菌材料的制备及性能研究

发布时间：2020-06-02 23:31

【摘要】：目的本研究选用抗菌谱广且细胞毒性较低的锌作为抗菌剂原料,为进一步提高材料的抗菌性能和生物相容性,通过引入人体必需微量元素钴和天然凹凸棒石,合成凹凸棒石负载锌钴层状双氢氧化物和凹凸棒石负载锌钴层状双氧化物,探究凹凸棒石添加量和锌钴摩尔比对材料抗菌性能和生物相容性的影响,并分析材料的抗菌机理,以期为后期临床应用提供理论依据。方法通过共沉淀法制备凹凸棒石负载锌钴层状双氢氧化物(APT/ZnCo LDH);利用体外抗菌实验和CCK-8实验考察不同锌钴摩尔比和凹凸棒石添加量对材料抗菌性能和生物相容性的影响;为进一步提高抗菌材料的抗菌性能,将上述系列抗菌材料进行300-800°C的煅烧,得到系列凹凸棒石负载的锌钴层状双氧化物(APT/ZnCo LDO);同时考察煅烧温度,锌钴摩尔比和凹凸棒石添加量对APT/ZnCo LDO抗菌效果和生物相容性的影响。通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、傅里叶变换红外光谱、X-射线衍射及Zeta电位等手段对上述所有材料的结构和理化特性进行表征分析;通过透射电子显微镜和荧光显微镜分析细菌与抗菌材料接触前后的形貌变化和细菌活力变化,探讨可能的抗菌机制。结果1.凹凸棒石负载锌钴层状双氢氧化物1.1通过透射电子显微镜、扫描电子显微镜傅里叶变换红外光谱和X-射线衍射分析材料的组分和形貌,发现成功制备了由一维的凹凸棒石和二维锌钴层状双氢氧化物组成的混维抗菌材料。1.2体外抗菌实验结果发现,当锌钴摩尔比为8:1,凹凸棒石添加量为40wt.%时,制备的抗菌材料APT/ZnCo LDH与未添加钴和凹凸棒石的对照组相比,拥有相同且最佳的抗菌效果;其对金黄色葡萄球菌和大肠埃希菌的MIC分别为0.25 mg/mL和1.0 mg/mL。1.3 CCK-8实验结果显示,抗菌性能最优的APT/ZnCo LDH和Hela细胞共同培养24 h,48 h,72 h后,仍然没有表现出细胞毒性。1.4通过透射电镜分析细菌与抗菌材料接触后的微观形貌变化,发现细菌与材料接触后,由于细胞结构遭到破坏,细菌由规整形态转变为不规则形态;通过荧光染色观察细菌活力,发现细菌与抗菌材料接触后,被染为绿色荧光的活细菌变为红色荧光的死细菌。2.凹凸棒石负载锌钴层状双氧化物2.1通过系列表征手段分析材料的结构和理化特征,结果显示成功制备了一维凹凸棒石和二维锌钴层状双氧化物组成的混维复合材料。2.2通过体外抗菌实验发现,制备条件为500°C、锌钴摩尔比为8:1、凹凸棒石添加量为40 wt.%时,得到的APT/ZnCo LDO具有优异的抗菌效果。与未经煅烧的对照组相比,其抗菌性能得到了明显提升;与未添加凹凸棒石和钴的对照组相比,其拥有相同且最优的抗菌性能,对金黄色葡萄球菌和大肠埃希菌的最低抑菌浓度为0.125 mg/mL和0.5 mg/mL。2.3 CCK-8实验结果显示,抗菌性能最佳的APT/ZnCo LDO与Hela细胞共同培养24 h,48 h和72 h后,仍然没有表现细胞毒性。2.4通过透射电镜分析细菌与抗菌材料接触后的微观形貌变化,发现细菌与抗菌材料接触后,细胞结构遭到破坏,形貌发生改变;细菌与抗菌材料接触前后的细菌活力变化结果显示,细菌由绿色荧光的活细菌变为红色荧光的死细菌。此外,还观察到死亡的细菌大量黏附在抗菌材料表面。结论1.通过引入凹凸棒石,联合共沉淀法和煅烧法制备了一维结构和二维结构组成的混维结构的凹凸棒石负载锌钴层状双氢氧化物(APT/ZnCo LDH)和凹凸棒石负载锌钴层状双氧化物(APT/ZnCo LDO)。2.制备的抗菌材料在引入凹凸棒石和钴元素后,减少了锌元素的相对添加量,但保持了良好的抗菌活性和生物相容性;且材料的细胞相容性与凹凸棒石和钴元素的添加量呈正相关。3.相比复合材料APT/ZnCo LDH,经煅烧后形成的APT/ZnCo LDO,其抗菌性能明显得到提升;对金黄色葡萄球菌和大肠埃希菌的最低抑菌浓度分别由0.25 mg/mL和1.0 mg/mL提高到了0.125 mg/mL和0.5 mg/mL。4.细菌在和抗菌材料接触后,菌体死亡并大量被黏附在抗菌材料表面,这与材料中凹凸棒石优异的吸附性能有关;细菌被凹凸棒石黏附后,增大与材料表面锌和钴的接触面积,更有利于抗菌性能的发挥。5.综上所述,本研究为锌基抗菌剂结合天然凹凸棒石和人体微量元素等手段来提高材料的抗菌活性和降低其细胞毒性提供了一种可行的策略。
【图文】：

不同锌钴摩尔比例的APT/ZnCoLDH和不同APT添加量制得的ZnCoLDH对金黄色葡萄球菌和大肠埃希菌的最低抑菌结果图

士学位论文 凹凸棒石负载锌钴抗菌材料的制备及性能研究 2-4 微量稀释法测定不同锌钴摩尔比例和 APT 添加量的抗菌材料对金黄色葡萄球菌和大肠埃希菌的最低抑菌浓度（MI不同锌钴摩尔比的 APT/ZnCo LDH 和不同 APT 添加量制得的 ZnCo LDH 的 MIC（mg mL-1）APT/ZnCoLDH-1APT/ZnCoLDH-2APT/ZnCoLDH-3APT/ZnCoLDH-4APT/Zn(OH)2ZnCoLDHAPT/ZnCoLDH-5APT/ZnCoLDH-6APT/ZnCoLDH-1菌 0.125 0.25 0.25 0.5 0.125 0.125 0.125 0.125 0.125 1.0 ＞1.0 ＞1.0 ＞1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R318.08

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本文编号：2693921