介孔二氧化硅载体负载花椒精油的抗菌性能研究

张少飞,燕 翔,崔文辉,吴生平,黄小鸿,周 瑫

(陇南师范高等专科学校 农林技术学院,甘肃 成县 742500)

抗生素[1-2]在生活中有着大量的应用,例如青霉素、庆大霉素、链霉素和四环素等.然而,抗生素对人体的肝、肾和神经等器官具有一定的伤害,过多地使用抗生素会产生耐药性等问题.精油[3-4]是一种天然抗菌物质,是既高效又安全的一类抗菌剂,它具有无残留和无耐药性的优点.花椒精油(Oil)[5-6]是从花椒果壳中提取出来具有一定抗菌性能的精油类物质.然而花椒精油有效成分容易挥发,它对空气和温度等自然因素比较敏感,容易被氧化为醇和醛,口服到胃部酸性环境中容易失去抗菌活性.Hong Lei等[7]通过凹凸棒负载精油研究了抑菌活性,研究结果表明凹凸棒负载精油后提高了精油的耐热性、耐候性和耐酸碱性,具有更好的抑菌活性,但凹凸棒对精油的负载率较低.Aris Giannakas等[8]制备了一种无机和有机改性蒙脱土负载精油复合物,研究结果表明这种改性蒙脱土负载精油后减小了精油的挥发,保护了精油的活性,具有很好的缓释性能.因此,通过无机材料负载花椒精油可以保护花椒精油的活性,减小花椒精油的挥发,降低花椒精油在酸性环境中的分解,使花椒精油具有更高效的应用价值和更广的使用范围.

介孔二氧化硅(MSN)[9-10]具有比表面积大、孔隙率高、介孔结构可调和表面易修饰等特点,近年来被广泛应用在疏水性药物的载体[11],此外,这种载体不容易被酶和酸性介质分解,可以通过口服的形式保护药物不在胃部分解而在小肠部位释放和吸收.目前很少有文献报道介孔二氧化硅负载花椒精油.本文首先制备了介孔二氧化硅,然后对花椒精油进行负载,最后对花椒精油进行释放和抗菌性能研究.研究结果表明介孔二氧化硅负载花椒精油(MSN/Oil)具有更好的抗菌性能,有望在生活中推广使用.

1 实验部分

1.1 材料与试剂

十六烷基三甲基溴化铵(上海贤鼎生物科技有限公司);正硅酸乙酯(北京百灵威科技有限公司);均三甲苯(北京百灵威科技有限公司);3-氨丙基三乙氧基硅烷(北京百灵威科技有限公司);氢氧化钠(天津市河东区红岩试剂厂);硝酸铵(天津市河东区红岩试剂厂).

1.2 仪器与设备

DF-101S集热式恒温磁力搅拌器(郑州长城科工贸有限公司);SB-B1002电子天平(盛博电子衡器有限公司);NEXUS670FT-IR傅里叶变换红外分光光度计(美国Nicolet公司);JSM-5600LV扫描电子显微镜(日本JEOL公司);UV-2600紫外可见分光光度计(苏州岛津仪器有限).

1.3 介孔二氧化硅的制备

称取1.28 g十六烷基三甲基溴化铵和 0.56 g氢氧化钠溶于560 mL去离子水中,然后加入8 mL均三甲苯,搅拌并加热到80℃,逐滴加入6 mL正硅酸乙酯,再剧烈搅拌2 h.反应结束后,下层有沉淀产生.将所得溶液抽滤,用过量乙醇洗涤,并于100℃下真空干燥,得白色粉末.称取0.5 g硝酸铵溶于180 mL95%的乙醇中,之后加入1.2 g干燥好的白色粉末于该混合溶液中,并于60℃下搅拌5 h.反应结束后,将样品抽滤,用过量的乙醇洗涤,室温真空干燥,即得到介孔二氧化硅(MSN).

1.4 介孔二氧化硅负载花椒精油的制备

称取400 mg介孔二氧化硅(MSN)加入圆底烧瓶中,加入30 mL 正己烷和10 g花椒精油,在室温下搅拌24 h,抽滤,室温干燥后得到介孔二氧化硅负载花椒精油样品(MSN/Oil).

1.5 测试与表征

将介孔二氧化硅溶液分别超声30 min,然后将它们滴到碳涂膜的铜网上,在室温下自然干燥,通过透射电镜(TEM)观察它们的形貌和尺寸.对样品表面进行喷金处理,采用扫描电子显微镜(SEM)观察其微观形貌.

2 结果与讨论

2.1 介孔二氧化硅的透射电镜照片

图1是介孔二氧化硅的透射电镜照片(TEM),从图1可以清楚地观察到,介孔二氧化硅的粒径大约为85 nm,介孔二氧化硅呈现多孔结构并分散均匀,这些介孔可以对花椒精油产生吸附和缓释作用.

图1 介孔二氧化硅的透射电镜照片

2.2 介孔二氧化硅的扫描电镜照片

图2是介孔二氧化硅的扫描电镜照片(SEM),从图2可以看出,介孔二氧化硅的颗粒大小均匀,符合介孔二氧化硅透射电镜照片中粒径的大小,颗粒稳定均匀,上面有大量的介孔,这些孔道可以对花椒精油进行吸附.

图2 介孔二氧化硅的扫描电镜照片

2.3 介孔二氧化硅对花椒精油的缓释性能

将花椒精油(Oil)和介孔二氧化硅负载花椒精油(MSN/Oil)分别装入透析袋,不同时间下测定花椒精油和介孔二氧化硅负载花椒精油在透析袋中透析出的花椒精油浓度,累积花椒精油释药量随时间变化的曲线见图3.从图3中可以看出,花椒精油在10 min时达到62.5%,而介孔二氧化硅负载花椒精油在60 min才达到56.9%.说明介孔二氧化硅负载花椒精油比单一的花椒精油释放更缓慢,因此通过介孔二氧化硅负载花椒精油具有更好的缓释性能,可以延长花椒精油的释放时间.

图3 介孔二氧化硅负载花椒精油的缓释性能

2.4 介孔二氧化硅负载花椒精油的抗菌性能

图4(a)和(b)中1是蒸馏水,2是花椒精油,3是介孔二氧化硅,4是介孔二氧化硅负载花椒精油对金黄色葡萄球菌(a)和大肠杆菌(b) 24 h后的抗菌效果图片.从图中可以看出,图4(a)和(b)中4的菌圈最大,抗菌效果最好,这说明通过介孔二氧化硅负载花椒精油后具有更好的抗菌性能,这是由于花椒精油被介孔二氧化硅吸附在孔道后在24 h中能够进行缓慢释放,而单一的花椒精油在24 h中容易挥发失去抗菌活性.因此,经过二氧化硅负载花椒精油后提高了花椒精油的抗菌持久性,具有更好的抗菌性能.

图4 介孔二氧化硅负载花椒精油对金黄色葡萄球菌(a)和大肠杆菌(b)的抗菌性能

3 结论

花椒精油具有较好的抗菌性能,然而它的水溶性较差且容易挥发,对酸性环境比较敏感,口服到胃部容易失去抗菌活性.制备了一种介孔二氧化硅材料,通过透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM)观察介孔二氧化硅具有多孔结构,对比单一的花椒精油,介孔二氧化硅负载花椒精油后具有更好的缓释性能和抗菌性能,对于开发新型的抗菌物质提供了一种新思路和新方法.