氧化石墨烯的制备及其对枯草杆菌的抑菌性研究

曾 鹏，林涛峰，操江飞，徐颖琪，陈世萍，林 婉，黎帼君，刘绮颖

（肇庆学院食品与制药工程学院，广东肇庆526061）

石墨烯是一种由碳原子sp2 杂化轨道形成的六角型平面结构，因为其超大的比表面积和超强的力学特性及电子效应为人们所熟知。氧化石墨烯就是在石墨烯的基础上，连接一些含氧基团。随着人们对氧化石墨烯的深入研究，其抗菌性能也被广泛关注。

本实验采用Hummer 法制备氧化石墨烯，用XRD、FT-IR 等表征合成物，并采用抑菌圈法对其性能进行检测[1-3]。

1 实验部分

1.1 试剂和仪器

石墨粉、98%浓硫酸、过氧化氢、高锰酸钾、过硫酸钾、五氧化二磷、盐酸、无水乙醇、蒸馏水、牛肉膏、蛋白胨、氯化钠、琼脂、枯草杆菌。

电子天平、DF-101S 集热式恒温加热磁力搅拌器、离心机、电热恒温培养箱、超声波仪、电热鼓风干燥箱、冷冻干燥机、布鲁克D8-Advance X 射线粉末衍射仪、岛津FTIR-8400S 傅立叶变换红外光谱仪、高压蒸汽灭菌釜。

1.2 实验方法

1.2.1 氧化石墨烯的制备

在24 mL 浓硫酸中加入3 g 石墨粉，搅拌，再加入5 g 过硫酸钾和5 g 五氧化二磷，继续搅拌，然后80℃下，以800 rpm 的速度持续搅拌3 h。再加入120 mL 浓硫酸，将其置于冰水浴中，保持4℃以下，再加入15.5 g KMnO4，700 rpm 搅拌。接着滴加25 mL 蒸馏水，温度为35 ℃，继续搅拌2 h。再加入70 mL 蒸馏水和2 mL 质量分数为30%的过氧化氢，充分混合。将得到的溶液超声处理，分装于离心管中离心分离（3 500～4 000 转），除去上清液。下层用5%的盐酸和蒸馏水洗涤多次，再冷冻真空干燥12 h，得到产物GO[4]。

1.2.2 抗菌活性测试

称取牛肉膏3.0 g，蛋白胨10.0 g，氯化钠5.0 g，琼脂15.0 g，置于1 000 mL 蒸馏水中，煮沸溶解，调节pH 值7.0～7.2,分装于试管中，121℃高压灭菌20 min。

将培养好的菌种斜面移入无菌接种室，放置室温后，用接种环接种枯草杆菌至营养肉汤培养基中，将接种好的细菌管放在培养箱中培养24 h,取出备用。称取药 品 配100 mg/L、300 mg/L、1 000 mg/L、3 000 mg/L、10 000 mg/L 药液，分别放入2.5 mm 圆滤纸片待用。吸取菌液于固体培养皿中，分别放置不同含药浓度的滤纸片，放置培养24 h，观察测量菌圈，分时段观察[5]。

2 结果与分析

2.1 XRD 表征结果分析

按照1.2.1 方法制备，用布鲁克D8-Advance X 射线粉末衍射仪对氧化石墨烯进行检测。以Cu-Kα 为射线源，并在22℃下扫描，扫描范围为5～81°，步进宽度为0.02°，步进速率5°min-1，所得结果如图1 所示，将石墨以同样方法进行表征，结果如图2 所示。

将图1 和图2 进行对比，可发现石墨特有位于2θ=26.44°的衍射峰，在图1 上2θ=10.2°左右出现比较宽的衍射峰，且位于2θ=26.44°的衍射峰消失，表明通过反应，含氧官能团进入GO 的表面上，所得产物确实为GO[6]。

图1 氧化石墨烯的XRD 图谱

图2 石墨的XRD 图谱

2.2 傅立叶变换红外光谱分析

图3 氧化石墨烯的IR 图谱

图4 石墨的IR 图谱

图3为氧化石墨烯的傅里叶变换红外光谱表征（FT-IR），图4 为石墨的傅里叶变换红外光谱表征（FT-IR），通过两条曲线可以看出，被氧化后的石墨中含有许多极性基团，图3 中3 400 cm-1附近出现的强而宽的峰为-OH 的伸缩振动吸收峰；1 045 cm-1附近出现的为C-O 的伸缩振动吸收峰，1 651 cm-1附近出现的弱峰为C=O 的伸缩振动吸收峰。这些特征吸收峰的存在证明了GO 中含有环氧基和羰基等基团。而图4 中曲线石墨的红外光谱与氧化石墨烯的类似，但是相比于图3 中曲线各个基团的振动吸收峰来说，石墨的基团吸收峰较弱[7]。

2.3 抗菌性结果分析

图5 枯草杆菌的抑菌圈图

图5为放有不同氧化石墨烯浓度的药液片的培养基表面，从图5 可以看出，3 000 mg/L 及10 000 mg/L 的药液片表面有明显的抑菌圈[8]。

3 结论

本研究采用Hummer 法自制氧化石墨烯，用FT-IR、XRD 等进行表征，并采用抑菌圈法对其抗菌活性进行表征考查。实验中通过使用不同浓度的GO 药液菌片来观察对枯草杆菌的抗菌性，由上述实验结果可知GO 药液浓度达到3 000 mg/L 时已具有一定的抗菌性[9]。