陳 凡，劉向宇，姜興茂，呂 中

武漢工程大學(xué)環(huán)境生態(tài)與生物工程學(xué)院，湖北 武漢 430205

抗生素的大量使用使越來越多的細(xì)菌對(duì)抗生素產(chǎn)生耐藥性［1］。細(xì)菌耐藥不僅使治療藥物劑量加大、治療時(shí)間延長(zhǎng)，而且會(huì)出現(xiàn)治療失?。?-3］。耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（methicillin-resistant Staphylococcus aureus，MRSA）是最常見的臨床耐藥菌之一，從1961年被發(fā)現(xiàn)至今感染遍及全球［4］。MRSA 能引起皮膚和軟組織感染、腦炎等，嚴(yán)重威脅人類健康。傳統(tǒng)治療金黃色葡萄球菌感染的抗生素大多為β-內(nèi)酰胺類，但對(duì)MRSA 的抗菌作用大大降低，尋求新的抗MRSA 藥物迫在眉睫［5-7］。

無機(jī)納米材料由于其尺寸小、比表面積大、廣譜抗菌性及不易產(chǎn)生耐藥性等優(yōu)點(diǎn)為治療耐藥菌感染提供了新的策略［8］。碲穩(wěn)定性高，是人體中第四大微量元素，生物安全性好，其化合物很早被用于治療感染疾病，如麻風(fēng)病、結(jié)核病等［9-10］。無機(jī)納米二氧化碲（TeO2）具有輕質(zhì)、高強(qiáng)度及高比表面積的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于諸多新興領(lǐng)域，如用于制備半導(dǎo)體、熱電轉(zhuǎn)換元件、紅外探測(cè)器等［11-13］。同時(shí)，TeO2也被用于抗菌方面，如Zhong 等報(bào)道了2種不同類型的納米TeO2顆粒溶液對(duì)臨床分離的革蘭氏陽性和陰性病原菌株均能抑制生長(zhǎng)［14］，但是研究較少。目前，TeO2納米顆粒的制備多采用水熱法、溶劑熱法、氣相沉積法、電化學(xué)法等［15-17］。然而，這些方法操作繁瑣、能耗高、產(chǎn)能低，滿足不了大量高效制備TeO2納米顆粒的要求。氣溶膠法是一種常在實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)生產(chǎn)中生產(chǎn)納米材料的方法，其制造的納米材料廣泛用于氣體吸附、催化劑、藥物傳遞和控制釋放、抗菌涂料、自清潔材料、空氣凈化和水處理等領(lǐng)域［18］。使用氣溶膠法制備納米材料具有工藝流程短、反應(yīng)時(shí)間短、成本較低、不對(duì)環(huán)境造成污染、副產(chǎn)物少等優(yōu)點(diǎn)?；诖?，本研究通過控制不同的反應(yīng)溫度，使用氣溶膠法一步合成不同尺寸的TeO2納米顆粒，并測(cè)定其對(duì)MRSA 的抗菌作用，豐富具有抗耐藥菌活性的無機(jī)合成納米材料種類。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

MRSA 臨床菌株由武漢市第三人民醫(yī)院提供并鑒定；碲酸（H2TeO4），亞碲酸鈉（Na2TeO3）（阿拉丁試劑有限公司）；商用TeO2（西格瑪奧德里奇貿(mào)易有限公司）；Mueller-Hinton（MH）培養(yǎng)基（AOBOX有限責(zé)任公司）；瓊脂糖，氯化鈉、氯化鉀、磷酸二氫鈉和磷酸氫二鉀均（國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）。

D8 ADVANCE 型X-射 線 衍 射 儀（X-ray diffraction，XRD，德國(guó)Bruker 公司）；S-4800 型掃描電子顯微鏡（scanning electron microscope，SEM，日本日立公司）；722 N 紫外可見分光光度計(jì)（上海儀電分析儀器有限公司）。OTL-1200 型高溫管式爐（南京博蘊(yùn)通儀器科技有限公司）。

1.2 TeO2納米顆粒的制備

按圖1 搭建裝置進(jìn)行合成［19］。將碲酸粉末溶解于去離子水中，配成質(zhì)量濃度為100 mg/mL 的溶液，在純度為99.999%、壓力為200 kPa，氮?dú)獗Ｗo(hù)下，通過單噴嘴噴霧器霧化成氣溶膠液滴（流速為6.5 L/min，生成粒子濃度范圍為107個(gè)/厘米3），液滴通過導(dǎo)管進(jìn)入微波發(fā)生器（功率為800 kW）進(jìn)行干燥，隨后附于氮?dú)馍线M(jìn)入高溫管式爐中（電阻加熱型，選擇溫度分別為400、500、600、700、800、900 ℃）反應(yīng)1 s，經(jīng)過熱分解及燒結(jié)、熔融等過程后生成TeO2納米顆粒，最后由單層板過濾器進(jìn)行收集。

圖1 氣溶膠法合成裝置Fig.1 Schematic diagram of synthesis of tellurium dioxide nanoparticles by an aerosol method

1.3 樣品表征

采用XRD 對(duì)所合成的樣品組成進(jìn)行分析，掃描角度為10°～80°；采用SEM 對(duì)樣品的形貌及大小進(jìn)行分析。

1.4 TeO2納米顆粒的抗菌活性

1.4.1 最低抑菌濃度（minimum inhibitory concentration，MIC）測(cè)定 在無菌試管中加入1 mL 濃度為106CFU/mL（colony forming unit，CFU，菌落形成單位）的MRSA 菌液，分別加入1 mL 不同質(zhì)量濃度（2～512 μg/mL）的TeO2溶液（用MH 培養(yǎng)基配制），混合均勻后放于37 ℃，200 r/min 恒溫?fù)u床震蕩培養(yǎng)24 h。觀察試管中溶液的渾濁度，以溶液澄清透明試管對(duì)應(yīng)的TeO2濃度為MIC。實(shí)驗(yàn)重復(fù)3 次。

1.4.2 抗菌活性比較 選取了1 mL 質(zhì)量濃度為32 μg/mL 的商用TeO2、碲酸、亞碲酸鈉、MIC 最小的合成TeO2、納米銀（文獻(xiàn)方法合成［20］）以及16 μg/mL的納米銀（用MH 培養(yǎng)基配制），再分別與1 mL 106CFU/mL 的MRSA 溶液混合，在37 ℃，200 r/min恒溫?fù)u床震蕩培養(yǎng)3 h，稀釋涂板計(jì)數(shù)。實(shí)驗(yàn)重復(fù)3 次，取平均值。以不添加藥物的試管為對(duì)照組。

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品表征

圖2 是不同溫度下氣溶膠法制備的樣品的XRD 圖譜。由圖2 可知，在不同溫度條件下的TeO2納米顆粒，在26.2°、29.9°、37.3°、48.5°和55.2°出現(xiàn)的衍射峰均與副黃碲礦型TeO2標(biāo)準(zhǔn)卡片圖譜（JCPDS 84-1777）的110、102、200、212 及114 晶面對(duì)應(yīng)；同時(shí)，不同溫度條件下合成的樣品圖譜未出現(xiàn)其他雜峰，表明合成了結(jié)晶度較高的TeO2。這是因?yàn)椴捎脷馊苣z法合成TeO2納米顆粒時(shí)，前驅(qū)體為H2TeO4溶液，合成過程中未使用其他化學(xué)試劑，并且400 °C 就能有效分解H2TeO4，生成純凈的TeO2。

圖2 不同溫度合成的TeO2納米顆粒的XRD 圖Fig.2 XRD patterns of TeO2 nanoparticles synthesized at different temperatures

采用SEM 觀察不同溫度合成的TeO2的形貌。由圖3 可知，在溫度為400 ℃時(shí)，生成的TeO2納米顆粒粒徑較大且分布不均，大部分顆粒粒徑在600 nm 左右；隨著溫度從400 ℃升高到900 ℃，粒徑分布逐漸均一，并且納米顆粒的平均粒徑逐漸減小，從600 nm 降到30 nm。此外，隨著溫度由700 ℃升高到900 ℃時(shí)，TeO2粒徑顯著降低，從250 nm 減小到100 nm；溫度在升高時(shí)，粒徑減小幅度降低。這是由于H2TeO4溶液變?yōu)闅馊苣z后，在管式爐中停留時(shí)間保持一致，不同的爐溫使得氣溶膠液滴在蒸發(fā)、沉淀、熱分解及燒結(jié)、熔融等各個(gè)階段的停留時(shí)間不同［21］，液滴之間發(fā)生碰撞凝聚不同，最終導(dǎo)致TeO2納米顆粒的粒徑分布的不同。在溫度較低時(shí)，TeO2處于液滴狀態(tài)時(shí)間長(zhǎng)，液滴之間碰撞合并為更大液滴的概率增大，進(jìn)而成核速度慢，成核數(shù)量少，使得生成的TeO2尺寸較大且分布不均；而隨著溫度的升高，液滴蒸發(fā)更快，合并概率小，生成的TeO2顆粒平均粒徑更小且分布均勻。因此，通過控制不同的管式爐溫度，可以有效控制合成的TeO2的粒徑分布。

圖3 不同溫度合成的TeO2納米顆粒的SEM 圖：（a）400 ℃，（b）500 ℃，（c）600 ℃，（d）700 ℃，（e）800 ℃，（f）900 ℃Fig.3 SEM images of TeO2 nanoparticles synthesized at different temperatures：（a）400 ℃，（b）500 ℃，（c）600°C，（d）700°C，（e）800 ℃，（f）900 ℃

2.2 TeO2納米顆粒的抗菌活性

2.2.1 TeO2納米顆粒對(duì)MRSA 的MIC 值 表1 是不同粒徑TeO2納米顆粒的MIC 值。由表1 可知，不同溫度下合成的TeO2納米顆粒的抗菌活性存在差異，其MIC 從512 μg/mL 到8 μg/mL 不等。相對(duì)于商用TeO2（粒徑為1～5 μm），通過氣溶膠法合成的所有TeO2納米顆粒的MIC 都更小，即具有更強(qiáng)的抗菌活性。其中，合成溫度為400 ℃時(shí)合成的TeO2納米顆粒的MIC 最大，并且隨著溫度的升高所合成的TeO2的MIC 逐漸減小，在900 ℃時(shí)到達(dá)最小，為8 μg/mL。且合成溫度從700 ℃升高到800 ℃時(shí)，MIC 從128 μg/mL 降低到16 μg/mL，降低程度顯著增大，這種變化趨勢(shì)與TeO2粒徑的變化趨勢(shì)相一致?？咕钚噪S顆粒粒徑減小而增大的可能原因是更小的TeO2納米顆粒，更容易進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞，從內(nèi)部發(fā)揮抗菌作用。相同作用也見于不同粒徑的納米銀［22］、銅［23］等。

表1 不同溫度合成的抗MRSA TeO2納米顆粒的MICTab.1 MIC of TeO2 nanoparticles synthesized at different temperatures against MRSA

2.2.2 抗菌活性比較測(cè)試 為進(jìn)一步評(píng)估所合成的TeO2抗MRSA 的活性，比較了相同質(zhì)量濃度下（32 μg/mL）900 ℃所合成的TeO2（T6）與合成前體H2TeO4、含 碲 化 合 物Na2TeO3、商 用TeO2以 及 納 米銀（32 和16 μg/mL）的抗MRSA活性，結(jié)果見圖4。由圖4 可知，與空白對(duì)照相比，TeO2合成前體H2TeO4和商用TeO2幾乎未表現(xiàn)出抗MRSA 活性；含碲化合物Na2TeO3表現(xiàn)出了一定的抗菌活性，細(xì)菌數(shù)量從8.32 log CFU/mL（lg CFU/mL 定義為每毫升樣品中細(xì)菌菌落數(shù)的對(duì)數(shù)值）降到7.48 lg CFU/mL。T6具有較強(qiáng)的抗菌活性，使細(xì)菌數(shù)量從8.32 lg CFU/mL 降到5.16 lg CFU/mL，低于同質(zhì)量濃度的納米銀，而與濃度低一倍的納米銀相當(dāng)。目前已報(bào)道的無機(jī)納米抗菌劑中，納米銀的抗菌活性遠(yuǎn)高于其他抗菌劑，因此本文在900 ℃所合成的TeO2具有較高的抗菌活性。

圖4 TeO2納米顆粒與其他抗菌劑對(duì)MRSA 的抗菌活性Fig.4 Antibacterial activities against MRSA of TeO2 nanoparticles and other antibacterial agents

3 結(jié) 論

采用氣溶膠法合成TeO2納米顆粒，通過控制管式爐溫度，可獲得不同粒徑的TeO2納米顆粒。溫度升高，粒徑減??；400 ℃時(shí)平均粒徑為600 nm，在900 ℃時(shí)平均粒徑最小，為30 nm。TeO2納米顆粒對(duì)MRSA 的抗菌活性受到其粒徑的影響，隨著粒徑的減小，其抗菌活性逐漸增強(qiáng)。在相同質(zhì)量濃度下，30 nm 粒徑的TeO2納米顆粒抗MRSA 活性遠(yuǎn)高于前體H2TeO4、商用TeO2及Na2TeO3，與濃度低1 倍的納米銀相當(dāng)，表明所合成的TeO2納米顆粒具有較高的抗耐藥菌活性。并且相對(duì)于價(jià)格高昂的納米銀，氣溶膠法合成的TeO2納米顆粒粒徑可控，成本低廉，方法簡(jiǎn)便，將是一種有前景的抗耐藥菌藥物。