李小芳，馮小強，楊 聲，李陽春

(天水師范學院生命科學與化學學院，甘肅 天水 741001)

硫脲殼聚糖-Cu配合物的制備、表征及其抑菌活性

李小芳，馮小強，楊 聲，李陽春

(天水師范學院生命科學與化學學院，甘肅 天水 741001)

利用IR、UV、TG-DTA和XRD手段，對合成的硫脲殼聚糖-Cu配合物進行表征，研究殼聚糖、硫脲殼聚糖及硫脲殼聚糖-Cu配合物對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌的抑菌性能。結(jié)果表明：硫脲殼聚糖-Cu配合物的抑菌性能優(yōu)于單一的殼聚糖和硫脲殼聚糖。

殼聚糖；硫脲殼聚糖-Cu配合物；抑菌性能

殼聚糖(CS)具有無毒、生物相溶、可降解、抑菌等特性，在醫(yī)學、食品營養(yǎng)學、環(huán)境保護、輕工業(yè)等領(lǐng)域有著極為廣泛的應(yīng)用。與一般抑菌劑相比，它具有抑菌活性高、廣譜、殺滅率高和無毒等優(yōu)點[1-4]。對殼聚糖分子鏈上的氨基和羥基進行改性，來達到增強抑菌性能的目的。硫脲殼聚糖(TUCS)，由于其分子鏈結(jié)構(gòu)中含有大量帶孤對電子的活性基團，可與多種金屬離子配位形成金屬配合物，在廢水處理、負載金屬催化劑等應(yīng)用領(lǐng)域有誘人前景。金屬離子也具有抗炎、殺菌、抗癌、抗凝血等藥理作用和發(fā)光性質(zhì)[5]。將這兩種具有生物活性的物質(zhì)通過共價鍵鍵聯(lián)得到一種新型的目標化合物，期望該化合物能發(fā)揮兩者的獨特性能或協(xié)同效應(yīng)。

本實驗選擇金屬離子Cu2+與TUCS配位，采用FTIR、UV、DG-DTA和XRD分析手段，研究配合物的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，并對CS、TUCS及TUCS-Cu配合物對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌的抑菌性能進行比較研究，旨在為CS及其衍生物的臨床應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

殼聚糖(Mw為50kD，脫乙酰度90%，用體積分數(shù)1.0%HAc溶解) 浙江玉環(huán)殼聚糖有限公司；大腸桿菌(E.coli，ATCC 35218)、金黃色葡萄球菌(S.aureus，ATCC 26113)均由天水市中醫(yī)醫(yī)院化驗科提供。

硫脲、氯化銅(分析純) 天津化學試劑公司；乙酸、乙醇、丙酮等其他試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

UV-9200型紫外可見分光光度計 北京瑞利分析儀器公司；Spectrum One 3.0傅里葉變換紅外光譜儀、TGDTA分析儀(Pyris Diamond Analyzer) 美國Perkin Elmere公司。

1.3 方法

1.3.1 TUCS的制備

將3.3504g(0.1mol)的硫脲和3.0530g(0.2mol)CS及30mL的無水乙醇加入到三頸燒瓶中，溫度控制在65℃，回流攪拌12h，產(chǎn)物冷卻至室溫，過濾、反復(fù)用乙醇洗滌，將過濾物溶解于100mL的體積分數(shù)1%乙酸溶液，加入10g/100mL氫氧化鈉溶液進行過濾，收集沉淀，用水洗凈、干燥，得到TUCS[6]。

1.3.2 TUCS-Cu配合物的制備

在裝有0.5g TUCS的錐形瓶中加入40mL體積分數(shù)0.5%的乙酸溶液，在水浴振蕩器中振蕩1h，待TUCS充分溶解后，加入一定量的CuCl2溶液，用10%的HCl調(diào)節(jié)pH 4.5，控溫反應(yīng)4h后，加入200mL丙酮溶液析出產(chǎn)物，充分洗滌并過濾，再用無水乙醇充分洗滌、過濾，真空干燥，得到藍綠色產(chǎn)物[7]。

1.3.3 TUCS-Cu配合物表征

采用KBr壓片法，掃描波數(shù)范圍為400～4000cm-1，測定CS、TUCS及TUCS-Cu的紅外光譜；用體積分數(shù)1%乙酸溶解配制1mg/mL的硫脲、CS、TUCS和TUCS-Cu溶液， 于200～500nm波長范圍內(nèi)測定紫外吸收光譜；以α-Al2O3為參比，升溫速率10℃/min，對CS、TUCS、TUCS-Cu進行熱力學分析；采用XRD-6000 粉末衍射儀，X射線，Cu靶，掃描范圍：0～40°(2θ)，電壓40kV，電流30mA。

1.3.4 TUCS-Cu配合物對E.coli和S.aureus抑菌活性

將受試菌種接種于固體瓊脂培養(yǎng)基，37℃活化E.coli 24h，S.aureus 活化48h。將活化后的受試菌種用接種環(huán)挑取菌苔于生理鹽水中，制成菌懸液備用。取直徑6mm已滅菌的圓濾紙片浸泡在濃度均分別為10、5、2.5mg/mL的TUCS-Cu、TUCS和CS溶液中。取0.1mL菌懸液涂布在培養(yǎng)基平板上，然后用無菌鑷子夾取浸泡過的圓濾紙片貼于培養(yǎng)皿中，每皿貼5片。以1.0%的HAc溶液作為空白對照。37℃恒溫培養(yǎng)24～48h，測定抑菌圈直徑。

2 結(jié)果與分析

2.1 TUCS-Cu配合物表征

2.1.1 紅外光譜

CS、TUCS和TUCS-Cu的紅外光譜如圖1所示。CS中位于3446cm-1左右的N-H，O-H締合峰形，改性后發(fā)生位移且峰形變窄；CS原位于1664cm-1處較強的酰胺吸收峰和1599cm-1左右的-NH2面內(nèi)彎曲振動吸收峰[8]，在TUCS中分別位移至1638cm-1和1616cm-1處，峰形變窄；且TUCS在1493cm-1處出現(xiàn)弱的新峰，表明在CS結(jié)構(gòu)中的-NH2引入硫脲基團[9]。與TUCS相比，TUCS-Cu的紅外光譜在848、916、950、990cm-1出現(xiàn)新的吸收峰，歸屬為S-Cu伸縮振動峰。

圖1 CS、TUCS和TUCS-Cu的紅外光譜Fig.1 IR spectra of chitosan, thiourea chitosan and thiourea chitosan copper

2.1.2 紫外光譜

圖2 CS、硫脲、TUCS、TUCS-Cu的紫外光譜Fig.2 UV spectra of chitosan, thiourea, thiourea chitosan and thiourea chitosan Cu (II)

CS、硫脲、TUCS、TUCS-Cu的紫外光譜如圖2所示。CS、硫脲分別在224.50、253nm有吸收峰，合成的TUCS在235nm有一吸收峰，與CS、硫脲相比吸收峰位置發(fā)生了變化，表明合成了TUCS。TUCS與金屬銅離子發(fā)生配位后，在234nm有一強吸收峰，這是由于TUCS-Cu中氮、氧的孤對電子發(fā)生n→σ*躍遷和π→π*躍遷，導(dǎo)致電子光譜發(fā)生的變化所致。

2.1.3 差熱-熱重分析

CS、TUCS和TUCS-Cu的TG-DTA數(shù)據(jù)如表1所示。CS的降解分為兩個階段[10]：第一個階段在80℃開始，失重率7.6%，主要是失去水分子；第二個階段失重在250℃開始，到600℃失重達最大， 在284℃有一強的放熱峰，TG曲線上表現(xiàn)為一個顯著的失重變化。TUCS熱分析表明，隨著失重的進行，差熱曲線出現(xiàn)多個放熱峰，是TUCS分解、氧化、燃燒的結(jié)果。在98.2～150℃之間有明顯失重并伴有2個低矮的放熱峰，失重率達10.9%，當溫度升至250℃左右有一強的放熱峰，峰形尖而高，與之相應(yīng)的熱重線又有明顯的失重拐點。這是由于TUCS減弱了殼聚糖分子的規(guī)整度和氫鍵網(wǎng)絡(luò)，從而降低了殼聚糖的結(jié)晶程度，導(dǎo)致分解溫度降低；對于TUCS-Cu，當溫度升至270℃左右有一強的放熱峰，峰形尖而高，與之相應(yīng)的熱重線又有明顯的失重拐點?？赡苁怯捎赥UCS與Cu2+配位后，其分子內(nèi)的氫鍵結(jié)合被破壞，結(jié)晶度發(fā)生改變，熱穩(wěn)定性減小。這種結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性變化表明，TUCS與金屬離子配合后，分子中不同金屬離子與含有孤對電子的活性基團-NH2、-OH的配合作用，不僅改變了聚合物的部分化學鍵性質(zhì)及其原子之間的相互作用， 必然要改變它們的穩(wěn)定的空間構(gòu)象[11]，進而此次級轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)變溫度略有降低，它們的不穩(wěn)定性是由于缺少自由的氨基，在制備衍生物時氨基被取代，而CS因其有自由的氨基而更穩(wěn)定[12]。

表1 CS、TUCS和TUCS-Cu的TG-DTA數(shù)據(jù)Table 1 TG-DTA data of CS, TUCS and TUCS-Cu

2.1.4 X射線衍射

圖3 CS(a)、TUCS(b)和TUCS-Cu (c)的X射線衍射譜圖Fig.3 XRD of chitosans, thiourea chitosan and thiourea chitosan Cu (II) complex

圖3為CS、TUCS和TUCS-Cu的X射線衍射譜圖。CS在2θ為10.4°和19.8°處出現(xiàn)2個特征衍射峰[13]，呈現(xiàn)“L-2 polymorph”晶型衍射圖。TUCS在這兩處的衍射峰強度顯著減弱，是由于TUCS減弱了CS分子的規(guī)整度和氫鍵網(wǎng)絡(luò)，從而降低了CS的結(jié)晶程度。TUCS-Cu在10.4°和19.8°處的衍射峰幾乎消失，在16°出現(xiàn)新的衍射峰，表明有規(guī)則的結(jié)晶相形成[14]。

2.2 抑菌實驗

抑菌圈直徑越大，說明該抑菌劑對此種供試菌的抑制效果越好，反之則抑制效果越差。不同質(zhì)量濃度CS、TUCS和TUCS-Cu對E.coli和S.aureus對應(yīng)的抑菌圈直徑見表2、3。以1.0%HAc溶液作為空白對照，對E.coli和S.aureus的抑菌圈均為0.65cm。

表2 CS、TUCS和TUCS-Cu對大腸桿菌的抑菌作用Table 2 Inhibition zone diameters of CS, TUCS and TUCS-Cu complex against E. coli

表3 CS、TUCS和TUCS-Cu配合物對金黃色葡萄球菌的抑菌作用Table 3 Inhibition zone diameters of CS, TUCS and TUCS-Cu complex against S. aureus

由表2、3可知，CS、TUCS和TUCS-Cu作用E.coli和S.aureus后，均具有明顯的抑菌圈，且隨著樣品質(zhì)量濃度的增加，與對照組相比抑菌圈的直徑逐漸增加；TUCS-Cu的抑菌圈直徑比單一的CS、TUCS顯著增大，說明TUCS-Cu對E.coli和S.aureus的生長有較好的抑制作用。

金屬銅離子可稱為“超級酸”。TUCS和金屬銅離子配位后，雖然一定程度上破壞了結(jié)構(gòu)中的-NH2的陽離子化，使消毒因子-NH3+減少，但分子表面正電荷密度增加，從而增強了聚陽離子吸附到帶負電荷的細菌表面的能力[15]，并且Cu2+具有較多的核外電子和較小的離子半徑，與TUCS結(jié)合作用很強，具有高電子密度的銅配合物更容易和細菌表面作用進而顯示更強的抑菌效果。且Cu2+也具很強的抑菌性能，故TUCS-Cu配合物的抑菌性能較CS、TUCS遠遠增強。

3 結(jié) 論

利用IR、UV、TG-DTA和XRD手段，對合成的TUCS-Cu(II)配合物進行了表征。抑菌實驗結(jié)果表明，TUCS-Cu配合物對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌性能優(yōu)于單一的CS、TUCS。

參考文獻：

由上述中考題型不難看出，中考“名著閱讀”依然偏愛“重點情節(jié)”。那么怎樣組織有效復(fù)習讓學生更好把握重點情節(jié)呢？筆者認為，橫讀局部，以人物為線，整合重點情節(jié)。

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Preparation, Characterization and Antibacterial Activity of Thiourea-chitosan -copper (II) Complex

LI Xiao-fang，F(xiàn)ENG Xiao-qiang，YANG Sheng，LI Yang-chun
(College of Life Science and Chemistry, Tianshui Normal University, Tianshui 741001, China)

Thiourea-chitosan-copper (II) complex was prepared, characterized by FT-IR, UV-visible spectroscopy, XRD and TG-DTA. The antibacterial activities of chitosan, thiourea-chitosan and thiourea-chitosan-copper (II) complex against E. coli and S. aureus were investigated. Results showed that the antibacterial activity of thiourea-chitosan-copper (II) complex was obviously enhanced when compared with chitosan.

chitosan；thiourea-chitosan-Cu (II) complex；antibacterial activity

O627.81

A

1002-6630(2011)07-0057-04

2010-06-03

甘肅天水師范學院物理無機化學重點學科基金項目(ZD0840)；天水師院中青年教師科研資助項目(TSA1003)

李小芳(1983—)，女，助教，碩士，主要從事天然高分子活性研究。E-mail：lix_f06@lzu.cn