稀土元素包括化学元素周期表中镧系元素 镧 ( ) 镨 ( ) 钕 ( ) 铈 ( ) 钷 ( ) 铕 ( ) 铽 ( ) 钐 ( ) 镝 ( ) 钆 ( ) 钬 ( ) 铒 ( ) 镥 ( ) 铥 ( ) 镱 ( ), 以及与镧系的 个元素密切相 关的 个元素 钇 ( ) 和钪 ( ), 共计 种元

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1 第 卷 / 第 期 / 年 月 河北师范大学学报 / 自然科学版 / / /... 稀土元素 络合物的合成及其抑菌性能 田莉瑛, 范琼瑛, 丁春燕, 赵宝华 (. 河北化工医药职业技术学院化学与环境工程系, 河北石家庄 ;. 河北师范大学生命科学学院, 河北石家庄 ) 摘要 : 利用稀土元素, 以 α- 萘甲酸 β- 萘甲酸 α- 萘乙酸 β- 萘乙酸作为络合物的第 配体, 以, - 邻菲口罗啉作为络合物的第 配体, 合成了 种稀土络合物 : (α- ), (α- ), (β- ), (β- ). 成品为固体白色干燥粉末, 热稳定性较好. 通过滤纸条扩散法对所合成稀土络合物进行了抑菌性能测定, 发现稀土络合物较单纯的稀土离子及配体对不同菌株均表现较强的抑制作用, 具广谱抗菌性能 ; 采用滤纸片扩散法, 对所合成的稀土络合物以及相应配体的抑菌能力进行测定并比较, (α- ) 稀土络合物的最小抑菌质量浓度 ( ) 和最小杀菌质量浓度 ( ) 分别是 : 为. μ/, 为 μ/. 根据稀土元素在紫外激发下发荧光的原理, 通过荧光倒置显微镜观察, 对稀土络合物的菌体作用位点进行了初步的定位 ; 利用电子扫描显微镜观察了络合物对菌体形态的影响, 结果表明稀土络合物对菌体生长的抑制, 可能是先破坏菌体的表面结构, 包括细胞膜和细胞壁, 进而进入细胞内部, 影响细菌细胞的生命活动. 关键词 : 稀土络合物 ; 抑菌性能 ; 最小抑菌浓度 ; 最小杀菌浓度 ; 扫描电镜中图分类号 :. 文献标识码 : 文章编号 : - ( ) - -,,, (.,,, ;.,,, ) : (α- ), α-, β-, α-, β- -, -.,. -,, - - ;, -.. μ /, μ /.,.,, -.. : ; ; ; ; 收稿日期 : - - ; 修回日期 : - - 基金项目 : 国家自然科学基金 ( ) 作者简介 : 田莉瑛 ( -), 女, 河北蠡县人, 高级工程师, 研究方向为稀土配合物杀菌机理. 通讯作者 : 赵宝华 ( -), 男, 教授, 博士生导师, 主要从事微生物学研究. -

2 稀土元素包括化学元素周期表中镧系元素 镧 ( ) 镨 ( ) 钕 ( ) 铈 ( ) 钷 ( ) 铕 ( ) 铽 ( ) 钐 ( ) 镝 ( ) 钆 ( ) 钬 ( ) 铒 ( ) 镥 ( ) 铥 ( ) 镱 ( ), 以及与镧系的 个元素密切相 关的 个元素 钇 ( ) 和钪 ( ), 共计 种元素, 简称稀土 ( 或 ). 我国的稀土资源丰富, 在各领域应用广泛. 近年来, 随着生命科学领域的研究不断深入, 发现稀土不但生 理生化性质独特, 而且具有显著的抗菌性及抗肿瘤等作用. 在探索抑菌机理的理论的基础上, 稀土元素这些 独特的性质得到了广泛的应用. 大量研究工作已经证实稀土有许多潜在的药理作用, 但稀土化合物的临床应用较少, 其原因并不是因为 稀土实际药用价值不大, 而是由于缺乏深入细致地基础研究, 没有解决稀土药用的基本矛盾, 特别是安全性 问题. 国内学者在过去近 中对稀土生物效应和稀土在医药方面的应用做了很多研究工作, 为将来开发稀土药物奠定了坚实的理论基础. 本文中, 笔者对稀土元素 络合物的合成及其抑菌性能进行了初步探 讨, 为将来开发稀土元素 络合物杀菌剂提供理论依据. 材料与方法. 菌种 埃希氏大肠杆菌 ( ) 金黄色葡萄球菌 ( ) 表皮杆菌 ( ) 绿脓杆菌 ( ) 枯草芽孢杆菌 ( ) 和酵母菌 ( ) 由笔者所在实验室保存.. 稀土络合物的合成及性质测定 纯度为. % 的,,,, 的氧化物溶于浓盐酸, 经过水浴 蒸发 浓缩 冷却结晶, 制成 成品. 实验采用滴定以及热分析方法对 (α- ) 进行性质分析.. 配合物的元素分析 采用 配合滴定测得各络合物中稀土元素的百分比., 和 元素的百分比采用 型元素分析仪测得.. 配合物热谱的测定 参照文献 [ - ], 在 - 型热重分析仪上测定, 记录各配合物的热分析图谱.. 稀土络合抑菌性能试验.. 抑菌谱的测定 参照文献 [ ], 在培养基上划线接种供试菌株, 将浸有待测溶液的滤纸条置于平板上, 过夜培养 ~, 得到活性较好的菌. 用接种环挑取菌液在培养基 ( 选取 观察结果... 抑菌性能测定方法 [ - ] 培养基 ) 上划线, 置于温箱培育 ~ 将稀土氯化物 种配体和配合物为溶质, 以 为溶剂, 分别配制成.,.,.,. / 的溶液, 灭菌待用. 用滤纸片扩散方法, 量取抑菌群的直径, 平行 次取平均值, 并做标准差分析... 和 的测定方法 采用倍比稀释法和涂板计数法来测定细菌 ( 埃希氏大肠杆菌 ) 的 和, 在一系列稀释好的配合物中 (,,,, ) 加入稀释的菌液. 用生理盐水将. / 的配合物 (α- ) 在试管中倍比稀释 ( 见表 ).. 稀土络合物抑菌机理研究.. 倒置荧光显微镜观察 取新鲜大肠杆菌菌液 于. 离心管中离心, 弃上清, 加. / (α- ) 的 溶液处理, 加双蒸水稀释至合适浓度, 镜检观察... 扫描电子显微镜的观察 取新鲜大肠杆菌菌液 于. 离心管中离心, 弃上清, 分别加. / (α- ) 的 溶液. / 的 溶液. / 的 溶液分别处理.,, 离心弃上清, 磷酸缓冲液洗 次, 加 / 戊二醛. 固定, 离心弃上清, 磷酸缓冲

3 液洗 次, 加 / 锇酸固定., 离心弃上清, 乙醇梯度脱水, 叔丁醇置换, 抽真空喷金, 上镜观察, 并 以未用稀土络合物处理的菌液作为对照. 采用相同方法对金黄色葡萄球菌 枯草芽孢杆菌 酵母菌进行电子 扫描显微镜观察. 表 (α- ) 的稀释度 孔号生理盐水 /μ 配合物 /μ 待测菌液 /μ 稀释度 / / / / / / / - - 对照 结果与讨论. 络合物的合成与性质分析.. 合成稀土络合物分子式及元素分析 合成稀土络合物的分子式如表 所示, 左列为稀土络合物的分子简式, 右列为稀土络合 物的分子式. (α- ) 元素分析 结果如表 所示, 可见, 各配合物的元素含量与 括弧内理论值一致, 其组成比例与列出的分子式一致. 表 稀土络合物及其分子式 稀土络合物 分子式 (α- ) (α- ) (β- ) (β- ) (α- ) (α- ) (β- ) (β- ) 表 稀土络合物元素组成分析 % 稀土络合物 元素 元素 元素 稀土元素 终产率 (α- ). (. ). (. ). (. ). (. ). 注 : 括号内为理论值... 稀土络合物热分析图谱稀土络合物热分析实验在热重分析仪上分析完成, 空气气氛, 温度为室温 ~, 升温速率为 /, 得到配合物 (α- ) 的热分解曲线及热分析数据, 结果见图, 可以看出 (α- ) 只有在温度较低时才开始失去溶剂分子, 表明该配合物具有很好的热稳定性.. 稀土络合物的抑菌性能.. 稀土氯化物 配体 配合物对不同菌株的抑制效果 依据文献 [ ] 对物质抑菌性能的判断标准 : 抑菌圈直径超过 为中等抑菌效果, 抑菌圈直径低于 为弱抑菌效果. 为强抑菌效果, 抑菌圈直径 ~ 由图 ( 物质浓度为. / ) 可见, 稀土氯化物和酸性配体抑菌圈直径基本上均未超过, 可视为无明显的抑菌效果 ; 第 配体 抑菌圈直径为 ~, 稀土络合物抑菌圈直径为 ~.. 第 配体 和稀土络合物都表现出良好的抑菌性能, 然而浓度相同时稀土络合物抑菌能力明显强于第 配体, 这与早期的研究结果一致 [ ].

4 稀土络合物 (α- ) 对典型的革兰氏阳性金黄色葡萄球菌和革兰氏阴性埃希氏大肠杆菌抑制效果最好 ; 对枯草芽孢杆菌 表皮杆菌抑制效果亦较明显, 根据有关文献报道, 稀土络合物对产芽孢的 菌株有特殊抑制机理, 有待进一步探索 ; 对真菌酵母菌抑制效果表现有所不同 ; 对于假单胞菌属的绿脓杆菌, 由于其致病力较低但抗药性强的特点, 稀土络合物则表现出抑制力差甚至无抑制作用... 稀土络合物 (α- ) 的 和 的测定由测定结果 ( 见表 ) 可知, 稀土络合物 (α- ) 的质量浓度越大, 抑菌效果越好 ; 短时间 内抑菌效果比较差, 抑菌效果最好, 随着时间的增长, 抑菌能力又呈下降趋势. 由实验可知, 实验菌 ( 埃希 氏大肠杆菌 ) 在配合物 (α- ) 为, μ / 时不能生长 ; 在.,. μ / 时被抑制 生长 ; 在. μ / 时与对照相近, 视为没有抑制作用. 为. μ /, 值为 μ /. 表 (α- ) 的, 的分析 时间 / 质量浓度 /(μ..... 对照 - ) 注 :+ 表示生长 ;- 表示不生长 ;+ 号越多表示生长状态越好.. 稀土络合物 (α- ).. 倒置荧光显微镜观察结果 的抑菌机理 由图 可以看出, 未经络合物处理的酵母菌在紫外激发下没有荧光现象, 而络合物处理后的酵母菌在紫 外激发下出现强荧光现象, 与电子扫描显微镜图片结合, 可以进一步推知, 稀土络合物吸附或覆盖在菌体表面, 甚至会与菌体细胞膜发生作用.. 未被络合物处理的酵母菌 ;. 络合物处理的酵母菌 ( 白光 );. 络合物处理的酵母菌 ( 紫外光 ). 图 荧光显微镜观察结果

5 .. 扫描电子显微镜观察结果 图 为稀土络合物 (α- ) 处理大肠杆菌扫描电镜图像. 由图, 可以看出, 埃希氏大 肠杆菌未经处理, 为典型短杆状两端钝圆形, 表面光滑, 菌体饱满, 无粘连现象. 由图 ~ 可以看出, 大肠杆菌的表面形态有着不同程度的破坏, 在处理. 后, 菌体形态出现轻微的破坏, 表面出现轻微褶皱, 变得粗 糙, 稀土离子和 处理的菌体破坏程度略低 ; 药物处理 后, 菌体形态在很大程度上遭到破坏, 表面凹 凸不平, 粗糙, 内容物泄漏, 形状扭曲变形, 具体相互粘连, 而络合物处理的菌出破坏程度最大. 由此可见, 随 着时间的增加, 药物对菌体的破坏程度加深, 与时间成正比.,. 未处理 ;. 离子处理 (. );. 离子处理 ( );. 处理 (. );. 处理 ( );. 络合物处理 (. );. 络合物处理 ( ). 图 稀土络合物 (α- ) 处理大肠杆菌的扫描电镜观察结果 图 为稀土络合物 (α- ) 处理金黄色葡萄球菌扫描电镜图像, 可以看出稀土离子对菌体形态影响不大, 而邻菲口罗啉和络合物处理后的菌体出现粘连和内容物泄漏现象.. 未处理 ;. 离子处理 ;. 处理 ;. 络合物处理. 图 稀土络合物 (α- ) 处理金黄色葡萄球菌的扫描电镜观察结果 图 为稀土络合物 (α- ) 处理枯草芽孢杆菌扫描电镜图像, 可见稀土离子和络合物 处理的菌体表面有物质吸附现象, 而邻菲口罗啉处理的菌体表面则极少有物质吸附. 图 为稀土络合物 (α- ) 处理酵母菌扫描电镜图像.

6 . 未处理 ;. 离子处理 ;. 处理 ;. 络合物处理. 图 稀土络合物 (α- ) 处理枯草芽孢杆菌的扫描电镜观察结果. 未处理 ;. 离子处理 ;. 处理 ;. 络合物处理. 图 稀土络合物 (α- ) 处理酵母菌的扫描电镜观察结果 综上可以推测 : 稀土络合物对菌体生长的抑制, 首先是破坏菌体的表面结构, 包括细胞膜 细胞壁, 进而进入细胞内部, 影响细菌细胞的生命活动, 这将有待于进一步证明. 讨论 采用定性抑菌实验初步证明了笔者所制备的稀土络合物具有良好的抗菌作用, 并且排除了溶剂 对实验的干扰, 从结果看, 同一浓度络合物对不同的菌株表现出不同的抑制能力, 这将有待进一步定量测定 ; 通过大量重复性实验对稀土络合物的抑菌能力进行全方位比较, 得出最具广谱抗性的络合物 (α- ) ; 同时发现, 同一种稀土离子的配合物, 由于配体的改变, 其抑菌效果也会随之改变, 这有 待进一步证明. 通过倍比稀释法测定的, 为定量抑菌实验提供了依据, 是定量抑菌实验浓度梯度设计的前提. 笔者通过荧光倒置显微镜和电子扫描显微镜探索了稀土络合物与菌体作用的表现, 可推知稀土元素可以通 过破坏菌体形态, 而与细菌细胞膜等发生作用, 影响菌体蛋白的活性, 破坏菌体的生长, 从而达到抑菌杀菌的结果. 笔者所选取的菌株包括革兰氏阴性菌 ( 大肠杆菌 ) 革兰氏阳性菌 ( 金黄色葡萄球菌 ) 以及长芽孢的菌 ( 芽 孢杆菌 ) 和真菌 ( 酵母菌 ), 其细胞壁和细胞膜等结构各不相同, 革兰氏阴性菌细胞壁内膜由磷脂链 蛋白构成, 外膜由脂多糖 ( ) 肽聚糖和周质构成, 而革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌细胞壁主要成分为肽聚糖和 磷壁酸, 胞壁较厚. 比较药物处理的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌, 菌体形态改变形式不同, 大肠杆菌表现为菌 体表面凹凸不平, 而金黄色葡萄球菌只是互相粘连. 由此可以推测, 稀土元素可能与细胞壁成分肽聚糖发生作用, 或改变其构象, 或影响其活性, 但革兰氏阳性菌细胞壁比较厚, 形态结构比革兰氏阴性菌稳定. 比较用稀土离子 稀土络合物处理后的枯草芽孢杆菌和酵母菌, 由于其体积较大, 可以看到稀土离子和络合物处理的菌体表面有物质吸附, 而 处理的菌体表面则无物质吸附. 可以进一步推知, 对 菌体的破坏途径和稀土元素对菌体的破坏作用不同, 稀土络合物中含有配体邻菲口罗啉, 而邻菲口罗啉与细胞

7 中的生物大分子, 如, 等都有很强的亲合性, 核酸是传递信息的物质基础, 所以配合物的生物活性 明显优于稀土离子, 更易进入细胞, 导致细胞死亡. 稀土络合物表现出较单纯配体更好的抑菌作用, 这可能是 和稀土盐离子作用的累加, 即络合物中各基团分别作用于菌体, 从各个途径阻碍菌株的代谢, 从而更大程度地破坏菌体的生命代谢途径. 参考文献 : [ ],,. (Ⅲ), (Ⅲ) (Ⅲ) [ ].,, : -. [ ],,,. - β- : [ ].,, : -. [ ] 栗建林, 张丽帼, 刘建中, 等. 混合轻稀土抑制小鼠肺腺癌及机理的研究 [ ]. 卫生毒理学杂志,, ():. [ ] 程驿, 沈赞聪, 张强, 等. 稀土离子促进胰岛素经大鼠吸收及降血糖的效应 [ ]. 科学通报,, ( ): -. [ ] 申治国, 雷衡毅, 杜柳涛, 等. 铈对培养肝细胞的影响 [ ]. 中山大学学报 : 自然科学版,, ():-. [ ] 吴静, 张冬艳, 张通. 水杨酸 - 邻菲口罗啉三元配合物的合成 表征及抑菌作用 [ ]. 内蒙古工业大学学报,, ( ):-. [ ] 王学智. 稀土氯化物与 - 羟基喹啉配合物的合成 表征及抑菌效应研究 [ ]. 合成纤维,, : -. ( 责任编辑柴键 ) ( 上接第 页 ) [ ],,. [ ].,, :-. [ ] 曾恒兴, 周文运. 单分子层油酸包裹 的研究应用 [ ]. 科学学报,, ( ): -. [ ],,. - - [ ]. ( ),, ( ): -. [ ] 陈汝芬, 张云, 赵建荣, 等. 可控粒径纳米 的制备及其磁性研究 [ ]. 无机化学学报,, (): -. [ ] 冯子成, 刘华亭, 陈汝芬. 草酸作用下不同粒径纳米 的光催化氧化合成及其磁性能 [ ]. 河北师范大学学报 : 自然科学版,, ():-. [ ] 任鱼欢. 醇 - 水共热制备 磁流体 [ ]. 苏州科技学院学报,, (): -. [ ],,. ( ) [ ]. ( ),, : -. [ ],,. γ- - [ ].,, : -. [ ],,,. [ ].,, : -. [ ] 秦润华, 姜炜, 刘宏英, 等. 纳米粒子的制备与超顺磁性 [ ]. 功能材料,, ():-. ( 责任编辑邱丽 )

7 北京大学学报 医学版 # +94* 4 ' % 论著!! "# $ #% %"&!%'!! $ "( )& * $ +,-.)/ ) 01 " * ). " 2")3 )01 ( /" 433% /1 " 0 "51 " -.)/$ 6',)") 4.))%) 0

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