银改性蒙脱石的抗菌活性研究外文翻译资料

 2022-08-12 02:08

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银改性蒙脱石的抗菌活性研究

摘 要

在阿根廷科学家Pellegrini Lake的银改性蒙脱石的抗菌性能测试中，了解了大肠杆菌细菌的生长抑制。蒙脱石首先被考虑到不同的处理：（a）在550℃煅烧3小时，（b）在研磨300秒之后，再通过离子交换负载银离子，用X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和BET比表面积测量进行结构表征。扫描电子显微镜（SEM）和高分辨率透射电子显微镜（HRTM）显示银改性后金属银纳米颗粒在粘土表面沉淀。然而，通过能量色散X射线光谱法（EDXS）评估煅烧样品，通过XRD观察到的（0 0 1）反射的位移和Na 含量的降低表明，Ag 在粘土结构中互换。通过磁盘敏感性和最小抑菌浓度（MIC）测试，两种样品对大肠杆菌表现出良好的抗菌活性。由于最后一个样品在磁盘方法中呈现较大的抑制效果，因此地面蒙脱石需要比热处理更低的MIC。结果表明，通过X射线光电子能谱（XPS）证实，Ag 在粘土中产生抗菌活性。然而，总体抗菌性能受到离子银与细菌接触的可用性的影响。

关键词：蒙脱石;抗菌活性;银; X射线衍射; FTIR;高分辨透射电子显微镜; EDXS; XPS;磁盘敏感性测试; MIC

第1章 绪论

1.1 引言

近年来由于其在日用品，如油漆，厨房用具，学校和医院用具等中的潜在用途，具有抑制细菌生长能力的材料的开发已经引起了人们的极大兴趣。使用的无机物无机抗菌材料具有几个优点; 像化学稳定性，耐热性，使用的安全性，持久的时间等[1]。

抗菌无机材料通常基于具有抗菌性质的金属离子，如Ag 或Cu 2 ，其通过离子交换装载到陶瓷基质中。已经使用粘土[2,3]，沸石[4,5]和其他铝硅酸盐[1,6]作为载体，具有良好的结果，因为它们的高离子交换容量，高表面积和吸附能力，负面的表面电荷，化学惰性低或无毒性[7]。

分类为2：1页硅酸盐粘土的蒙皂石具有由两个二氧化硅四面体片之间的一个氧化铝八面体片形成的单晶晶格; 单位之间的中间层含有阳离子和水分子。 由于这种晶体结构，蒙脱石能够在保持二维晶体学完整性的同时扩展和收缩中间层; 并且其特征在于八面体和/或四面体取代和高离子交换容量（70-120Mequiv./100g）。 蒙脱石和贝得石是蒙脱石族的一部分成员[8,9]。

已经表明，分散在水中的金属离子交换蒙脱石 - 硅酸盐吸引并吸附带负电荷的细菌，提高了材料的抗菌性能[10]。也是带电或非带电有机分子如黄曲霉毒素，水杨酸，除草剂和真菌的好吸附剂[11-15]。

作为表面积和阳离子交换容量的粘土性能可以通过几种方法进行改性，如热处理或机械研磨;例如，矿物煅烧后膨润土的吸附能力得到提高[16,17]。这些处理的主要影响是中间层的崩溃和结构变化的引入，分别降低生粘土的溶胀能力和修饰表面电荷[18]。例如，煅烧或机械研磨蒙脱石的零电荷点（PZC）增加到pH8.0，这是由于结构Al3 的释放，其产生具有铝离子或低聚羟基铝阳离子的边缘富集[15,18]。

在这项工作中，我们报告了阿根廷Pellegrini湖的硅胶交换蒙脱石的抗菌活性。 对粘土进行不同的处理：（a）在550℃煅烧3小时，（b）在300秒内研磨; 然后与银离子交换。 通过磁盘敏感性试验测定的大肠杆菌的生长抑制来评价抗菌活性。 通过琼脂稀释法测定抗菌活性的最低抑菌浓度（MIC）。

第二章 实验

2.1 Ag交换蒙脱石的制备

通过分散在水中并以10,000rpm离心（Sharples连续超速离心机），从Lago Pel-legrini矿床（Rio Negro，Inc。）收集的膨润土样品中分离出蒙脱石粘土矿物（99％纯度）北巴塔哥尼亚;阿根廷）;离心后回收的蒙脱石百分比约为82％[19]。获得的设计为BN的蒙脱石进行不同的处理：（a）在550℃下煅烧3小时（标记为B-550T）和（b）机械研磨，在100秒的时间段内停止，以避免加热研磨室和样品（标记为B-300S）。使用Herzog HSM 100振荡研磨机，具有中空的Cr钢圆柱体研磨室和由相同材料的环和固体圆筒组成的研磨工具。样品分布在这些片之间的自由空间中。对于B-N，B-550T和B-300S，零电荷点（PZC）分别为pH 3.9,8.3和8.0 [20]。

仅在经处理的粘土中标记B-550T / Ag和B-300S / Ag进行银负载; 通过将30mL的AgNO 3 0.1N与3g每个样品混合以获得30％（w / w）的悬浮液，并在1周内连续搅拌保持。 在该平衡时间后，通过离心（3500rpm，30分钟），用蒸馏水洗涤样品，直至在上清液（AgCl试验）中不测定Ag 。 对于silver的光敏感性采取了预防措施。

2.2 描述

2.2.1 X射线衍射（XRD）

结构表征在西门子D-5000衍射仪中，在35 kV和35 kV下进行X射线衍射

25 mA，Cu K辐射（lambda;= 1.5418 A）。保持室内湿度（43％相对湿度）的粉末样品以10秒的步长时间和0.02度的步长进行登记，总共登记时间为13小时。在银负载之前和之后，将粘土分解，以评估任何可能的结构变化。

2.2.2 傅里叶变换红外光谱（FTIR）

天然和处理过的粘土用Thermo Nicolet Nexus 670 FTIR光谱仪进行分析，该光谱仪装备有氘代三硝酸甘油三酯（DTGS）KBr检测器和吹扫气体发生器。分别以0.09和0.01cm-1的光谱分辨率和波数精度记录样品。将粉末状粘土（5.0mg）在玛瑙研钵中与KBr（195mg）充分混合直到匀浆，置于光谱仪的Smart Multi-Bounce HATR样品室中，并用干燥空气连续吹扫。对于每个光谱，以4cm -1的光谱分辨率获取64次扫描。

2.2.3 表面积和孔分布测量

比表面积用微型（ASAP 2010）设备在50℃下对样品进行脱气测量。使用Brunauer-Emmet-Teller（BET）方程从氮等温线计算面积面积。通过应用Barret-Joyner-Halenda（BJH）方法获得平均孔直径。

2.2.4 电子显微镜和能量色散X射线光谱（EDXS）

扫描电子显微镜（SEM）和EDXS的化学分析在环境扫描电子显微镜XL30中进行，该显微镜连接了能量不透X射线分光镜。在加速电压为200kV的JEM-2200FS透射电子显微镜中进行高角度环形暗场扫描透射电子显微镜（HAADF-STEM）和高分辨透射电子显微镜（HRTEM）分析。显微镜配备了肖特基型场发射枪和超高分辨率（UHR）配置（Cs = 0.5mm，Cc = 1.1mm，点对点分辨率= 0.19nm）和柱内Omega;型能量滤波器。通过能量色散X射线光谱法（EDXS）在NORAN能量色散X射线分光仪中进行局部化学分析，该分光镜使用STEM-EDX组合仪附着在显微镜上。将样品研磨，在室温下悬浮于异丙醇中，并用超声波搅拌分散;然后将等分试样的溶液滴在3mm直径的花边碳铜网格上。

2.2.5。X射线光电子能谱（XPS）

在装有Al K X射线源（1486.6eV）和半球形分析仪的Thermo-VG Scalab 250光谱仪上记录XPS光谱。分析过程中的基础压力为10-9乇。使用混合高斯洛伦兹函数，非线性正方形拟合算法和雪莉型背景减法，通过XPS峰拟合软件对Ag 3d5 / 2实验峰进行解卷积。结合能（BE）参考了284.6eV处的不定碳C 1s峰。样品上Ag 3d5 / 2信号形状的变化通过具有固定光谱参数的双峰的曲线拟合程序进行分析，但使用可变位置，半峰全宽（FWHM）和强度。通过由XPS装置的制造商提供的各个敏感因素，从相应的峰面积减去非弹性背景和峰值区域的校正来确定表面组成。

2.3 抗菌活性评价

2.3.1 磁盘敏感性测试

通过磁盘敏感性试验在大肠杆菌（ATCC 25922 Benton Dickinson Microbiology Systems）上测试Ag交换粘土的抗菌活性[21]。 细菌在Mueller-Hinton琼脂上于37℃培养24小时; 将3至5个菌落稀释在Mueller-Hinton肉汤中，将悬浮液调节至0.5McFarland浊度（1.5times;10 8 CFU）。 使用无菌棉签接种另一台Mueller-Hinton琼脂板的表面，每隔60°旋转板，以确保均匀生长。 将具有和没有银的天然和处理过的样品（50mg）压制成粒料（7mm直径）并置于琼脂平板的表面上。 在37℃下孵育24小时后测量抑制宽度。 使用安非他明/舒巴坦作为抗菌药敏试验标准。

2.3.2 最低抑菌浓度（MIC）

通过琼脂稀释法测定处理过的蒙脱石的最小抑菌浓度[22]。 将蒙脱石粉末在50℃的烘箱中干燥2小时，在分析平衡中称重（20,10,5,2.5,2,1和0.5mg），并在30分钟内暴露于UV辐射以确保灭菌。 之后，将粉末加入到50℃的琼脂悬浮液中，转移到细胞中并缓慢冷却至形成凝胶。 由于仅通过形成氢键产生琼脂凝胶化，因此胶凝过程中粘土不存在干扰; 只有强力捕获质子的试剂（如尿素，胍，硫氰酸钠或碘化钾）可以通过避免形成氢桥来阻断琼脂凝胶化[23]。 用50mu;L细菌培养物接种琼脂细胞，调节至0.5McFarland浊度，并在37℃下孵育24小时。

3.结果

3.1描述

粘土被鉴定为蒙脱石，Na0.3Al2（Si，Al）4-O10（OH）2·2H2O，（0plusmn;1）层间距为12.41。 自然（B-N）的X射线图案; 煅烧（B-550T）和机械研磨（B-300S）粘土。 Ag表示银阳离子交换后的样品。 Br = Brammallite，Q =石英，A =钙长石。（7.129°2theta;）[20,24]。还观察到少量石英，分别为26.68°（2theta;）和长石，在21.95°，23.65°，27.77°和28.12°（2theta;）。对于煅烧样品（B-550T），粉末图案发生变化。

（001）峰变窄，其强度增加，位置转移到较低的d间距，9.62 A（9.22theta;）;新的反映出现在4.76A（18.6°2theta;）。这意味着由于中间层中存在的水的损失而导致的闪锌矿NaAl2（Si，Al）4O10（OH）2的结构变化[25-27]。在磨碎的样品中，B-300S，（001）出现，位置稍微移动到12.32 A（7.172theta;）。峰值的强度和位移的减小表明，沿c轴的长程夹层结构受到研磨损伤[16,28,29]。由于研磨破碎了粘土颗粒，促进了矿物相的分离，石英和高沸点峰强度增加。没有报道这些矿物质的抗菌活性，因此在抗菌试验中不会有干扰。

离子交换后，衍射图显示出一些不同之处。分配办法 B-550T / Ag中4.76A（18.62theta;）的峰值变得更宽且不太强烈; 而由于在中间层中重新引入水，（0 0 1）反射移动到更高的d-间隔值。据报道，蒙皂石吸附的水量受到正电荷的层间阳离子和带负电荷的2：1页硅酸盐层之间的层间离子同一性，电荷位置和静电吸引力的影响[30,31]。

从图1可以看出，在B-550T / Ag（0 0 1）峰在10.6 A（8.342theta;）和9.78 A（9.08）处呈现两个分量（2theta;），位于天然（12.41A）之间并煅烧（9.62 A）样品。（0 0 1）反射的d间距位置和形状差异表明在结构中间层内引入Ag 离子。

另一方面，B-300S / Ag中的（0 0 1）反射消失，表明中间层完全崩溃;这归因于Sondi等人[28]沿着粘土颗粒的基面切割。在这种情况下，银离子可以通过表面和边缘反应性位点粘附在粘土中，其优选地结合带电物质并且可以平均高达总阳离子交换容量（CEC）的20％[31]。在交换的样品中没有检测到金属色，与其他作品一致[1,5]。

Ag改性前粘土样品的FTIR显示了硅铝酸盐的典型吸收带（图2）。在高频范围内，明确的峰出现在与Al阳离子配位的OH-基团的拉伸模式相关的3625cm-1处[12,20]。 Kloprogge等[32]提出，3000和3500 cm -1之间的宽带至少由三个不同的带组成：吸收约3398cm

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