2011科技周论文氧化型纳米材料对大肠杆菌的抑菌性研究

氧化型纳米材料对大肠杆菌的抑菌性研究
王晓娟、纪文娟，路丽君，朱越
淮阴师范学院生命科学学院，223300
摘要：研究两种形貌的氧化型纳米材料ZnSnO3 Y1（六面体）和Y2（削角六面体）的抗菌能力。

采用保温混合培养后，涂布平板计数cfu值法计算抑菌率。

结果表明，纳米材料Y1和纳米材料Y2对于大肠杆菌均有明显的抑菌效果。

削角六面体的纳米材料Y2的抑菌效果优于六面体纳米材料Y1。

两者抑菌率达50%时的浓度分别为Y1（IC50）=10.89mg/mL，Y2（IC50）= 3.34799 mg/mL。

关键词：纳米材料，大肠杆菌，抑菌性
Abstract：The research is to study antibacterial ability of two morphologies of oxide nano-materials ZnSnO3．After the mixed culture with insulation，I coated plate to count cfu values，in order to calculate inhibition rate．The results showed that nano-materials，nano-materials Y1 and Y2 are significant for the inhibitory effect of E. coli．The antibacterial activity of chamfered hexahedral nano-materials Y2 is better than hexahedral nano-materials Y1．Y1（IC50）=10.89mg/mL，Y2（IC50）= 3.34799 mg/mL。

Key words：nano-materials，Escherichia coli，antimicrobial activity
纳米材料，通常是指晶粒尺寸为纳米级即尺寸为10-9 m的超细材料，其尺寸介于原子(分子)和块状材料之间，通常的在1-100 nm范围内的微小固体粉末都可称为纳米材料(nanomaterial)[1]。

目前，纳米材料已经被应用到各个领域，比如陶瓷领域，微电子领域，化工领域，但在生物科学领域，应用还不广泛。

目前关于纳米材料的抑菌性研究主要集中在纳米银的抑菌效果研究方面，在其他氧化型纳米材料的抑菌
为研究材料，以大肠杆菌为试验菌株，旨在性研究甚少有报道[4,5]。

本研究以氧化型纳米材料ZnSnO
3
纳米材料的抑菌效果，为氧化型纳米材料的开发寻找新的途径。

研究不同形貌的两种ZnSnO
3
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 实验菌种
大肠杆菌（Escherichia coli，E.coli），购自中国菌种保藏中心，编号为ATCC8099。

1.1.2纳米材料
纳米材料由淮阴师范学院化学化工学院殷竞州博士提供，其中编号Y1为六面体ZnSnO3 ，编号Y2为削角六面体ZnSnO3[6]，见图1和与2。

a b
图１六面体ZnSnO3的SEM照片
a b
图２削角六面体ZnSnO3的SEM照片
1.1.3 培养基
LB培养基：胰蛋白胨（Tryptone）10g/L，酵母提取物(Yeast extract) 5g/L，氯化钠(NaCl) 10g/L，琼脂15 g/L，pH 7.4。

1.1.4 试剂
氯化钠（分析纯，南京化学试剂有限公司），无水乙醇（分析纯，国药集团化学试剂有限公司），胰蛋白胨（上海东海制药厂），酵母浸膏（国药集团化学试剂有限公司），琼脂粉(国药集团化学试剂有限公司)。

1.1.5 仪器
紫外可见分光光度计（北京普析通用仪器有限责任公司），GNP-9160型隔水式恒温培养箱（上海精宏实验设备有限公司），SW-CJ-1FD型单人单面净化工作台（苏州净化设备有限公司），DHG-9240A 型电热恒温鼓风干燥箱（上海精宏实验设备有限公司），MC-30S Autoclave（Japan），电子天平（北京赛
多利斯仪器系统有限公司）。

1.2 方法
1.2.1 菌种的活化
将大肠杆菌从4℃的冰箱中取出后，在超净工作台中接种于新鲜的斜面LB培养基上，将接种好大肠杆菌的试管置于恒温培养箱中37℃培养24h[7]。

1.2.2 大肠杆菌菌液制备
挑取活化好的大肠杆菌制成菌悬液，用十倍稀释法对菌悬液进行稀释[8]，即取一系列灭菌过的10支试管依次标号为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10。

在1号管中加入10mL无菌水，挑取菌种加入到10mL无菌水中，混匀后用移液枪吸取1mL加入到2号管中，再在2号管中加入9mL无菌水，混匀，其余管以此类推。

吸取1mL涂布平板，每个菌悬液浓度涂布3个平板，置于恒温培养箱中37℃培养24h。

24h后，对于每个平板的菌落进行计数并记录。

同时，对于每个平板所涂布的菌悬液用分光光度计进行吸光值的测定并记录[9]。

1.2.3 纳米材料溶液的配制
采用二倍稀释法，取灭菌过的5mL离心管7支，依次编号为1、2、3、4、5、6、7。

称取100mg 纳米材料放入1号离心管中，加入1mL无菌水混匀，吸取0.5mL加入2号离心管中，再在2号管中加入0.5mL无菌水，混匀，其余各管以此类推。

最后一管吸取0.5mL弃去[9]。

1.2.4 纳米材料的抑菌效果研究
吸取合适吸光值的菌悬液0.1mL加入到每管配制好的纳米材料溶液中，并且在每管中加入少量液体培养基，混匀后放置于恒温培养箱中37℃培养6h[10]。

从恒温培养箱中取出后再次混匀，吸取0.1mL 涂板，每个编号的纳米材料溶液管涂布3个平板。

将涂布好的平板编号，并倒置于恒温培养箱中37℃培养24h。

24h后对菌落进行计数并记录。

1.3 数据处理
采用DPS软件分析处理数据[11]。

2 结果
2.1 纳米材料Y1对于大肠杆菌的抑菌效果
表1 纳米材料Y1对于大肠杆菌的抑菌效果
材料浓度mg/mL 100 50 25 12.5 6.25 3.125 1.0625 对照组抑菌率% 89.59 80.29 66.13 55.63 41.21 27.23 1.23 0 由表1可知，随着纳米材料Y1浓度的提高，纳米材料Y1对于大肠杆菌的抑菌率增强，其中，最
低杀菌浓度（MBC）在100mg/mL左右，最低抑菌浓度（MIC）在1.0625mg/mL左右[12]。

2.2 纳米材料Y2对于大肠杆菌的抑菌效果
表2 纳米材料Y2对于大肠杆菌的抑菌效果
材料浓度mg/mL 100 50 25 12.5 6.25 3.125 1.0625 对照组抑菌率% 94.08 90.53 85.51 73.31 64.24 50.91 32.17 0 由表2可知，随着纳米材料Y2浓度的提高，纳米材料Y2对于大肠杆菌的抑菌率增强，其中，最低杀菌浓度（MBC）在50mg/mL左右，最低抑菌浓度（MIC）远远低于1.0625mg/mL。

2.3 纳米材料Y1和Y2抑制大肠杆菌的IC50值
以纳米材料浓度的对数为横坐标，抑菌率的百分比为纵坐标，采用DPS软件中生物测定的数值型数据机值分析可得，Y1材料的浓度对数与抑菌率的相关系数r=0.984376，其p<0.01，IC50=10.89mg/mL；Y2材料的浓度对数与抑菌率的相关系数r= 0.996242，p<0.01，IC50= 3.34799 mg/mL。

2.4 纳米材料Y1对大肠杆菌的抑菌效果照片
图3 纳米材料Y1对大肠杆菌的抑菌效果照片
2.5 纳米材料Y2对大肠杆菌的抑菌效果照片
图4 纳米材料Y2对大肠杆菌的抑菌效果照片
3 结果
3.1 纳米材料Y1对大肠杆菌的抑菌效果分析
由表1数据可知，纳米材料Y1对于大肠杆菌有明显的抑菌效果，其中，最低抑菌浓度（MIC）在1.0625mg/mL左右，最低杀菌浓度（MBC）在100mg/mL左右。

3.2 纳米材料Y2对大肠杆菌的抑菌效果分析
由表2数据可知，纳米材料Y1对于大肠杆菌有明显的抑菌效果，其中，最低抑菌浓度（MIC）在1mg/mL以下，最低杀菌浓度（MBC）在50mg/mL左右。

3.3 纳米材料Y1和Y2对大肠杆菌的抑菌效果比较
虽然纳米材料Y1和Y2对于大肠杆菌都有明显的抑菌效果，但是纳米材料Y2的抑菌效果明显优于纳米材料Y1，在浓度同为1.0625mg/mL的纳米材料溶液的作用下，纳米材料Y1对大肠杆菌的抑菌率只有1.23%，几乎没有抑菌效果，而纳米材料Y2对大肠杆菌的抑菌率是32.17%，相比之下，纳米材料Y2的最低抑菌浓度明显低于纳米材料Y1。

同样，在浓度为50mg/mL的情况下，纳米材料Y2对于大肠杆菌的抑菌率已经达到90.53%，而同样浓度的纳米材料Y1对于大肠杆菌的抑菌率只有80.29%，并且在浓度已经达到100mg/mL的情况下，纳米材料Y1对于大肠杆菌的抑菌率也只有80.59%，稍稍低于纳米材料Y2在浓度为50mg/mL的情况下对于大肠杆菌的抑菌率90.53%[13]。

两种纳米材料抑菌效果的不同是由纳米材料的特点决定的，当微粒的直径降低到纳米尺度时，其表面粒子数、表面积和表面能均会大幅增加。

由于表面粒子的空位效应，周围缺少相邻的粒子，出现表面粒子配位不足；同时高的表面能也使得表面原子具有很高的活性，极不稳定，易于通过与外界原子结合而获得稳定。

而在本次实验中，纳米材料削角六面体ZnSnO3对于大肠杆菌的抑菌效果优于纳米材料六面体ZnSnO3 ，这是因为纳米材料削角六面体ZnSnO3 的表面粒子数、表面积和表面能都高于纳米
材料六面体ZnSnO3 。

综上所述，纳米材料六面体ZnSnO3 和纳米材料削角六面体ZnSnO3 对于大肠杆菌都有明显的抑菌效果，同时，纳米材料削角六面体ZnSnO3对于大肠杆菌的抑菌效果优于纳米材料六面体ZnSnO3 。

参考文献
[1] 张立德,牟季美.纳米材料和纳米结构[M.北京:科学出版社,2001
[2] 张志琨,崔作林.纳米技术与纳米材料[M].北京:国防工业出版社,2000
[3] Eychmuller A. Stucture and photophysics of semiconductor nanocrystals[J]. J Phys Chem B,2000,104: 6514-6528
[4] 薛天峰,胡季帆,秦宏伟,等.掺铝ZnO纳米粉的制备与气敏特性研究[J].金属功能材料,2003,10(4):20-23
[5] 张文钲,王广文.纳米银抗菌材料研发现状[J].化工新型材料,2003,(2):55-58
[6] 李彦峰,汪斌华.纳米无机抗菌材料抗菌性能研究[J].化工新型材料,2002,(30):11-14
[7] 董晓旭.抗菌高分子材料抗菌性检验方法的研究[J].工程塑料应用.2000.28(2):27
[8] 罗仓学,吕嘉枥,陈雪峰.壳聚糖对大肠杆菌抑制效果的研究[J].西北轻工业学院学报, 2000,18(2):98-99
[9] Tao Wenqin, Lei Xiaoyan, Mai Xufeng, etal. In vitro antibacterial activities extracts from four plants used as tradi tional chinese medicine guanzhong [J]. Journal of Wuhan Botanical Research, 2009,27(4):412-416.
[10] 奚正英.纳米材料抗菌性能的研究[D].天津,天津大学,2005.1
[11] 熊德鑫,梁明等.纳米材料对常见需氧致病菌最低抑菌浓度的测定[J].中华临床新医学,2002,(2):881～882
[12] 林爱红,秦彦珉,饶健等.纳米抗菌剂抑菌杀菌性能研究[J].实用预防医学.2003,10(2):168～170
[13] 隆泉,郑保忠,周应揆等.新型纳米无机抗菌剂的抗菌性能研究[J].功能材料,2006,(2):274～276。