林 濤, 王 俊, 殷學(xué)風(fēng), 魏瀟瑤

(陜西科技大學(xué) 輕工科學(xué)與工程學(xué)院 陜西省造紙技術(shù)及特種紙品開發(fā)重點實驗室 輕化工程國家級實驗教學(xué)示范中心, 陜西 西安 710021)

0 引言

膨潤土是國內(nèi)外開發(fā)最早、應(yīng)用范圍最廣泛的非金屬礦之一,是以蒙脫石為主要礦物成分的非金屬礦產(chǎn).蒙脫石結(jié)構(gòu)是由兩個硅氧四面體夾一層鋁氧八面體組成的2∶1型晶體結(jié)構(gòu),由于蒙脫石晶格四面體中的Si4+易被Al3+置換,八面體中的Al3+易被Mg2+、Zn2+等較低價陽離子置換,這樣使晶格中離子不平衡,促使晶格之間吸附陽離子,故膨潤土具有較好的離子交換性[1,2].由于離子的吸附,晶層間距離增大,更易吸收水分,使得膨潤土具有很強的吸濕性,能吸附相當(dāng)于自身體積8～20倍的水量而膨脹至三十余倍[3].由于陽離子交換量(CEC)較高,膨潤土一般可被陽離子表面活性劑、陰離子表面活性劑、非離子表面活性劑及其混合物插層[4-6].因此,這種礦產(chǎn)因其眾多的特性而受到廣泛關(guān)注.

隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展以及研究方法和手段的不斷完善,對膨潤土的成分、性質(zhì)、性能的深入了解和社會發(fā)展對礦物原料需求的增加,膨潤土的應(yīng)用越來越廣[7].本文綜述了膨潤土在傳統(tǒng)領(lǐng)域上的應(yīng)用和近幾年國內(nèi)外將改性膨潤土應(yīng)用在抗菌材料中的進展,膨潤土抗菌材料充分利用了中國豐富的膨潤土資源,拓展了膨潤土的利用價值,創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟效益.

1 膨潤土在傳統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用

膨潤土在傳統(tǒng)領(lǐng)域上應(yīng)用廣泛,目前來看其主要應(yīng)用領(lǐng)域有鑄造砂、鉆井泥漿、鐵礦球團、土木建筑工程、廢水處理及動物和家禽飼料等[8].

在鑄造砂方面,預(yù)拌砂漿主要用于抹面和砌筑等用量大的工程.為了改善砂漿的可操作性和保水能力,保水增稠劑、防水劑等是砂漿中不可或缺的功能型外加劑[9].而膨潤土因為具有優(yōu)異的吸水膨脹性、觸變增稠性和離子交換性等特性,在預(yù)拌砂漿領(lǐng)域可以作為保水增稠劑、防水劑和觸變潤滑劑.因此膨潤土在砂漿領(lǐng)域多有應(yīng)用.Hu Yang等[10]研究了膨潤土對水泥砂漿空隙結(jié)構(gòu)和滲透性的影響,實驗將不同含量膨潤土加入到砂漿中,測定了膨潤土水泥砂漿的抗壓強度、抗折強度和抗?jié)B壓力,并與普通水泥砂漿試件進行了對比.試驗結(jié)果表明,添加8%膨潤土可使抗壓強度、抗折強度和抗?jié)B壓力分別提高61.48%、42.09%和76.47%.其中抗?jié)B壓力的提高主要是因為膨潤土對水泥砂漿孔隙結(jié)構(gòu)的細化.

在鉆井泥漿方面,膨潤土粉是配制水基鉆井液的重要基礎(chǔ)材料,膨潤土與水以一定比例混合后經(jīng)過化學(xué)處理,就可以成為符合要求的鉆井液[11-13].鉆井液通常就是泥漿,在鉆探油井中,通常將膨潤土添加到泥漿中以控制其粘度,降低過濾損失[14].如Luciana Avelino Ratkievicius等[15]用十六烷基三甲基溴化銨(CTMAB)改性過的膨潤土用作植物油基鉆井液的增粘劑.這種改性改善了膨潤土和流體的有機相之間的相互作用,使膨潤土更好的分散到鉆井液的連續(xù)相中,提高了鉆井操作的效率.

在鐵礦球團方面,球團礦是高爐的重要爐料,為了增加球團礦的強度,需要在球團礦中添加某種粘結(jié)劑.膨潤土作為最常見的粘結(jié)劑,具有熱穩(wěn)定性好、粘度高、廉價易得的特點[16,17].單獨使用膨潤土作為粘結(jié)劑會導(dǎo)致鐵礦球團品味降低、還原性下降.針對這個問題,馮惠敏等[18]以腐殖酸和鈣基膨潤土為原料采用半干法制備了腐殖酸改性膨潤土復(fù)合粘結(jié)劑,改善了膨潤土添加量大和腐殖酸持水能力差的缺點.

在土木建筑工程方面,膨潤土具有觸變特性和屈服應(yīng)力，使土壤顆粒保持懸浮狀態(tài),可用于水利工程的水平防滲,也可用于各類樓房的地下室、水下工程地下垂直以及水平墻面的內(nèi)外側(cè),具有很好的防滲效果[19,20].例如建筑工程中常用到自密實混凝土.自密實混凝土有很好的強度和彈性模量,但是作為一種脆性材料,它本身具有高強度性能的同時卻擁有較差的適應(yīng)變形能力.當(dāng)應(yīng)用于防滲墻時,自密實混凝土不能隨著周圍土體的變形產(chǎn)生變形,這會導(dǎo)致混凝土材料的破壞[21,22].為了改善混凝土的力學(xué)性能和耐久性,Bilal Masood等[23]將來自建筑廢料的再生混凝土與膨潤土混合,使再生混凝土有了更好的施工性能.Adeyemi Oluwaseun Adeboje等[24]評價了改性膨潤土-橡膠粉混凝土的力學(xué)性能,改性膨潤土-橡膠粉混凝土顯示出與普通混凝土相當(dāng)?shù)臋C械和微觀結(jié)構(gòu)性能,可適用于車道、地板和人行道的施工.

水是人類生活必不可少的物質(zhì),隨著工業(yè)的發(fā)展,自然界的水含有越來越多的重金屬、有害非金屬、氟化物等無機污染物[25,26].為了治理水污染,去除水中不可降解的污染物是首要解決的問題之一.膨潤土具有優(yōu)良的離子交換性和吸附性以及高孔隙率,膨潤土經(jīng)過改性后,其對重金屬的吸附能力都有所增加[27],將其應(yīng)用在水清潔工程中可以有效的去除水中的無機污染物.例如將膨潤土與黏土結(jié)合,開發(fā)出陶瓷過濾器,可以降低水中的鎘水平[28].此外,將膨潤土用Fe3+和十六烷基三甲基胺(HDTMA)改性后,改性膨潤土對農(nóng)藥的吸附性也有一定程度的提高[29].另外，二維MMT納米片由于其優(yōu)異的穩(wěn)定性、親水性、低成本、機械強度強和獨特的電荷性質(zhì)，常被用作構(gòu)建復(fù)合聚合物膜的填充材料達到過濾水的作用[30].

在家禽飼料方面,膨潤土是一種可供飼用的非金屬礦物[31].膨潤土含有常量元素和大量的微量元素,大多數(shù)元素是禽畜生長必需的營養(yǎng)元素,可提高動物增重和飼料轉(zhuǎn)化率[32].膨潤土已廣泛應(yīng)用于改善禽畜的生產(chǎn)性能,吸附有毒有害物質(zhì),改善飼料球團的粘結(jié)質(zhì)量,也有用作瘤胃緩沖劑來緩解酸中毒和牛奶脂肪抑制[33,34].例如可用膨潤土作為霉菌毒素吸附劑處理霉變飼料[35,36].

上述膨潤土的大部分應(yīng)用是基于其在一定的pH范圍內(nèi)具有的優(yōu)良的膨脹性和觸變性,一旦pH過高或過低這些指標將會衰減或消失,所以控制好膨潤土pH環(huán)境是非常有必要的.

2 膨潤土在抗菌材料中的應(yīng)用

2.1 膨潤土在涂料方面的應(yīng)用

威脅健康的疾病很多是由細菌引起的,控制和消滅有害細菌的生長與繁殖,保護人類的健康已經(jīng)成為熱門話題,研制抗菌材料也已經(jīng)成為科研領(lǐng)域的熱門課題.雖然天然的膨潤土并沒有抑菌和殺菌的作用,但是將其他具有抑菌和殺菌作用的陽離子交換到膨潤土層間,就具有抗菌的功效.當(dāng)膨潤土作為抗菌材料的載體時,能起到固定、穩(wěn)定和分散的作用,從而有效提高抗菌材料的抗菌性[37-40].膨潤土用在涂料中比較廣泛,當(dāng)前世界涂料的發(fā)展方向和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)朝著環(huán)保方向發(fā)展,抗菌、有益于空氣凈化及污染小的抗菌涂料的開發(fā)也越來越受到重視.

鎂合金是航空器、航天器和火箭導(dǎo)彈制造工業(yè)中使用的最輕金屬結(jié)構(gòu)材料.為了解決鎂合金對外界環(huán)境的耐候性,以鎂(Mg)合金AZ31為骨架材料,Yu Hong Zou等[41]采用鋅離子插層鈉基蒙脫土(Na-MMT)水熱法制備負載鋅的蒙脫土(Zn-MMT)涂層,如圖1所示.涂層顯著改善了鎂合金的耐腐蝕性、生物相容性和抗菌性,如圖2所示,從測定的抑菌區(qū)來看,Zn-MMT涂層對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑制作用高于Na-MMT,且Zn-MMT涂層涂層對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的良好抑制作用可能是由于Zn2+從涂層中緩慢而持續(xù)地釋放到培養(yǎng)基中(可達144 h),導(dǎo)致大腸桿菌和金黃色葡萄球菌菌膜嚴重破損，細菌細胞釋放細胞質(zhì)物質(zhì).

圖1 Zn-MMT和Na-MMT包覆鎂合金的制備原理圖[41]

(a)AZ31對大腸桿菌的抑制區(qū) (b)鈉-蒙脫土對大腸桿菌的抑制區(qū) (c) 鋅-蒙脫土對大腸桿菌的抑制區(qū) (d)AZ31對金黃色葡萄球菌的抑制區(qū) (e)鈉-蒙脫土對金黃色葡萄球菌的抑制區(qū) (f)鋅-蒙脫土對金黃色葡萄球菌的抑制區(qū)圖2 各樣品對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑制區(qū)[41]

Ali Olad等[42]將納米TiO2/Ag+交換蒙脫土復(fù)合材料作為添加劑用于工業(yè)級聚丙烯酸乳液涂料,并且以不同比例的TiO2與Ag+交換蒙脫土作為自潔劑和抑菌劑制備出自清潔的抗菌涂層.實驗利用紅外光譜、紫外可見光譜、X射線衍射譜和FESEM表征了納米復(fù)合材料和涂層的組成和結(jié)構(gòu).證明了采用TiO2/Ag+交換蒙脫土為添加劑制備的聚丙烯酸涂料,具有較好的紫外光和可見光吸收性、親水性、有機污染物的光降解性、水穩(wěn)定性和抗菌性能.Fatima Zahra Semlali Aouragh Hassani等[43]以棕櫚纖維為第一層,以改性粘土(MMT-TBZ)為生物復(fù)合膜為第二層,研制了一種雙層無毒環(huán)保的棕櫚纖維包衣托盤,如圖3所示.噻苯達唑(TBZ),一個屬于苯并咪唑衍生物的抗菌藥物,具有抗增殖活性,是一種用于治療動物和人的真菌和蠕蟲感染的驅(qū)蟲劑和抗真菌藥[44-46].在蒙脫土層間插入的殺菌劑噻苯唑?qū)Υ竽c桿菌、金黃色葡萄球菌、銅綠假單胞菌有一定的抑菌作用.從圖4可以清楚地看到,與未涂覆的纖維(圖4(a))相比,涂覆托盤(圖4(b))與生物復(fù)合材料外表皮呈三明治式結(jié)構(gòu).試驗抑菌圈測試法結(jié)果也顯示相比未涂層托盤,涂層賦予了托盤良好的抗菌性,未包覆的棕櫚纖維沒有抗菌作用.為此涂覆托盤可作為智能包裝行業(yè)中潛在的材料.

圖3 涂覆托盤的工藝設(shè)計[43]

(a)無涂層棕櫚纖維

(b)有涂層棕櫚纖維圖4 兩種纖維的SEM圖像[43]

2.2 膨潤土在抗菌劑方面的應(yīng)用

納米技術(shù)出現(xiàn),使銀在納米狀態(tài)下的殺菌能力產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍,極少的納米銀可產(chǎn)生強大的殺菌作用,廣譜殺菌且無任何的耐藥性,且能夠促進傷口的愈合、細胞的生長及受損細胞的修復(fù),無任何毒性反應(yīng),對皮膚也未發(fā)現(xiàn)任何刺激反應(yīng),是最新一代的天然抗菌劑[47].Setareh Ghiassi等[48]采用快速、環(huán)保、生物的方法以植物提取液為還原劑,在蒙脫石的層狀空間中合成Ag-NPs(蒙脫石用于防止納米粒子聚集),成功制得了納米銀蒙脫土復(fù)合材料.如圖5(a)所示,是其實驗圖解.

從圖5(b)可以看出,復(fù)合材料成球形,并且由于粘土的結(jié)構(gòu)和銀離子對這些層的影響,銀納米顆粒的直徑很小.試驗中用分離純化的Ag/MMT納米復(fù)合材料和卡那霉素、萬古霉素對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌進行了抗菌試驗(最小殺菌濃度(MBC)法),結(jié)果顯示Ag/MMT納米復(fù)合材料對大腸桿菌(革蘭氏陰性)和金黃色葡萄球菌(革蘭氏陽性)的抗菌性能更好.

(a)納米銀蒙脫土復(fù)合材料實驗示意圖

(b)Ag/MMT納米復(fù)合材料的SEM圖像圖5 Ag/MMT納米復(fù)合材料[48]

同樣地,朱岳[49]制備了膨潤土載納米銀抗菌劑,如圖6所示.利用稀酸改性膨潤土(使膨潤土片層間距離增大,利于Ag+進入片層間),將硝酸銀溶液與酸改性膨潤土進行離子交換反應(yīng),膨潤土做模板,十二烷基苯磺酸鈉做分散劑和穩(wěn)定劑,紫外光照射協(xié)同作用,通過光還原法成功制備得到了膨潤土載納米銀抗菌劑.制得的膨潤土載納米銀抗菌劑對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌有很好的抗菌性能.對大腸桿菌的最小抑菌濃度(MIC)為25μg/mL,對金黃色葡萄球菌的最小抑菌濃度(MIC)為50μg/mL.其原因主要是納米銀的抗菌性能優(yōu)異,粒徑更小的納米銀活性更高,且能更好的與細菌接觸或者吸附,甚至穿透細胞壁直接進入細胞內(nèi)部，與細菌內(nèi)細胞酶結(jié)合，使細菌窒息而死.

(a)膨潤土原樣 (b)膨潤土載納米銀圖6 膨潤土原樣和膨潤土載納米銀的HRTEM像[49]

此外,Sh.Sohrabnezhad等[50]研究了蒙脫石(MMT)中鹵化銀(AgX,X=Cl,Br,I)的制備方法.AgNO3被用作銀的前體.利用x射線衍射(XRD)對納米復(fù)合材料(NCs)進行了表征.采用擴散法研究了NCs對革蘭氏陽性菌、金黃色葡萄球菌、黃體微球菌和革蘭氏陰性菌、大腸桿菌、銅綠假單胞菌的抗菌活性,并把鹵化銀對這些細菌的抗菌能力做出了排序.對金黃色葡萄球菌、黃體微球菌和大腸桿菌的抑菌作用依次為:AgCl-MMT>AgBr-MMT>AgI-MMT,對銅綠假單胞菌無抗菌活性,氯化銀對這些細菌的抗菌作用最強.El Refaie Kenawy等[51]以蒙脫土為原料,經(jīng)季銨鹽對N,N-二甲基氨基苯甲醛的反應(yīng),制備了具有席夫堿形態(tài)的改性功能蒙脫土復(fù)合材料,席夫堿是由伯胺與羰基縮合而成，一些席夫堿以及配合物具有抑菌和殺菌的效果.通過傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)、熱重分析(TGA)和x射線衍射(XRD)對新制備的復(fù)合材料進行了結(jié)構(gòu)表征.采用“cut plug”法對革蘭氏陰性菌如大腸桿菌、沙雷桿菌、陰溝腸桿菌、痢疾志賀氏菌、腸沙門氏菌、普通變形桿菌和枯草芽孢桿菌、金黃色葡萄球菌等革蘭氏陽性菌進行抗菌實驗,復(fù)合材料在相對較低的濃度下表現(xiàn)出較高的抗菌活性(2.5～20 mg/mL),與非取代粘土相比，所有改性復(fù)合材料對所有篩選菌株都表現(xiàn)出較高的生物殺滅活性,可以作為水處理的抗菌劑.

2.3 膨潤土在包裝材料方面的應(yīng)用

全球可降解塑料正處于快速發(fā)展階段,在降解塑料的應(yīng)用市場方面,生物降解塑料主要用于包裝領(lǐng)域.應(yīng)用膨潤土復(fù)合材料可以降低生物降解材料的成本以及減少不可再生資源的使用.

膨潤土的總負電荷可以通過陽離子交換過程得到補償.采用離子交換法將膨潤土粉與硝酸銀溶液混合,可以制備銀-膨潤土復(fù)合材料,且復(fù)合材料對金黃色葡萄球菌的抑菌率極高[52].Clegg等[53]將銀/鈉膨潤土加入用于包裝的淀粉-塑漿-粘土涂層,制備了淀粉基抗微生物涂料,并將其應(yīng)用于食品包裝中,并評估了抗菌性能、屏障和分散性能.在涂層中加入0.03 wt%的銀/鈉膨潤土,與大腸桿菌初始2.1×105CFU/物相比,可減少4.4log.

聚乙烯醇(PVA)是一種人工半晶態(tài)水溶性成膜聚合物,具有廣泛的應(yīng)用前景.PVA的生物降解率低,機械性能和防潮性能差.因此,人們對聚乙烯醇的材料工程進行了大量的研究,以提高聚乙烯醇的性能.實現(xiàn)這一目標的有效方法之一是將層狀硅酸鹽摻入聚合物基體[54,55].如圖7(a)所示,Shiji Mathew等[56]以水煮大米淀粉為調(diào)合劑,對聚乙烯醇的理化性質(zhì)進行改性,利用陽光直射在聚合物基質(zhì)中快速原位生成AgNPs,開發(fā)的蒙脫土(MMT)/聚乙烯醇(PVA)/水煮大米淀粉混合材料顯示出對食源性致病菌沙門氏菌、傷寒沙門氏菌和金黃色葡萄球菌有良好的抗菌活性(如圖7(b)所示),表明了材料具有作為食品包裝膜的潛力,以確保食品安全和延長貨架期.

Mojtaba Koosha等[57]探討了殼聚糖/PVA膜含黑胡蘿卜花青素作為天然pH指示劑和膨潤土作為納米填料在智能包裝中的應(yīng)用潛力.試驗中將黑胡蘿卜花青素引入殼聚糖/PVA/膨潤土納米復(fù)合材料中制備pH敏感膜.pH值變化后,在含花青素的膜中檢測到可見的顏色變化,如圖8所示.由于采用插層方法,在膨潤土的存在下,膜的抗拉強度下降.同時,含花青素薄膜的拉伸強度高于無花青素薄膜.此外,添加膨潤土和花青素可以有效抑制不良細菌的生長.這種薄膜具有應(yīng)用于智能活性食品包裝的潛力.

(a)納米復(fù)合共混膜的數(shù)字圖像

(b)納米復(fù)合膜對沙門氏菌和金黃色葡萄球菌的Log CFU/mL(P表示純PVA,PS表示PVA/大米淀粉混合物,PM表示MMT/PVA,PSM表示MMT/PVA/大米淀粉，PASM表示MMT/大米淀粉/PVA/AgNP大米淀粉)圖7 納米復(fù)合共混膜[56]

膨潤土作為填料在聚合物基質(zhì)中使用,經(jīng)過季銨鹽改性的膨潤土不僅可以增強聚合物基質(zhì)的力學(xué)性能,也可以增強其抗菌性能.Gülay Baysal等[58]以蒙脫土(MMT)為原料,經(jīng)十六烷基三甲基溴化磷(HD)和十六烷基三甲基溴化銨(CT)改性,制備了食品包裝用抗菌納米復(fù)合膜并測定復(fù)合膜對金黃色葡萄球菌(S.aureus)和大腸桿菌(E.coli)的抑菌活性.如圖9所示,經(jīng)兩種季銨鹽分別改性后的淀粉(CS)/蒙脫土膜的抗菌性能良好,與季銨鹽復(fù)合的淀粉薄膜具有作為納米結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用于食品包裝的潛力.

圖8 智能薄膜浸在酸性溶液(pH3)和堿性溶液(pH13)中的顏色變化[57]

另外,Afsaneh Nouria等[59]采用簡便、環(huán)保的方法制備了蒙脫石-銅氧化物(MMT-CuO)納米復(fù)合材料,并將其引入殼聚糖(Cs)基體中,以提高其光學(xué)、機械和抗菌性能.用XRD和SEM等測試對材料進行了表征.實驗中只有3%的MMT-CuOnanocomposite的摻入增加了殼聚糖膜對革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌的抗菌活性,而MMT-CuO納米復(fù)合材料的抗菌活性對兩種革蘭氏陰性菌(大腸桿菌和銅綠假單胞菌)的致死率超過99%.故殼聚糖- MMT-CuO納米復(fù)合膜有望成為一種新型的活性食品包裝材料.同樣,Bourakadi K E等[60]以殼聚糖/聚乙烯醇(CS/PVA)和改性硫代苯并咪唑-膨潤土(MMT)為基材,采用鑄造法制備了一種新型的生物復(fù)合膜.

(a)、(b)分別是CS/HD-MT對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抗菌活性 (c)、(d)分別是CS/CT-MT對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抗菌活性圖9 CS/HD-MT和CS/CT-MT對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抗菌活性[58]

如表1所示,相比于純膜(CS/PVA)而言,復(fù)合膜對試驗所用的所有細菌(銅綠葡萄球菌、金黃色葡萄球菌和大腸桿菌)均具有較好的抗菌活性,在活性包裝應(yīng)用方面具有一定的潛力.范方方等[61]以膨潤土為載體,殼聚糖為殺菌劑制備了膨潤土/殼聚糖/PVA保鮮膜.通過對貯藏期間芒果的腐爛指數(shù)、呼吸強度等指標的測定,研究了保鮮膜對芒果的保鮮效果,并與市面上的保鮮膜保鮮效果進行了對比.結(jié)果表明,與市售保鮮膜相比,其自制保鮮膜保鮮效果更佳.因此,將殼聚糖加入保鮮膜中,制備出抗菌性較好的薄膜,可以減少芒果在運輸和貯藏過程中的腐爛率.

表1 CS/PVA純膜和CS/PVA-MMTCn膜的抗菌活性(MIC/(μg/mL))

2.4 膨潤土在緩釋劑方面的應(yīng)用

為了減少藥物的突釋現(xiàn)象,降低不良反應(yīng),可將藥物制成緩釋制劑(CRF)[62].CRF是通過緩釋衣膜定時、定量、勻速地向外釋放藥物的一種劑型，使血藥濃度恒定,體內(nèi)釋藥不受pH影響.CRF的原則是隨著時間的推移逐步輸送活性物質(zhì),目的是限制可立即用于運輸和降解過程的數(shù)量[63].CRF作為一種特殊釋藥系統(tǒng)一直在藥劑專業(yè)范圍內(nèi)被廣泛關(guān)注.目前其理論與技術(shù)發(fā)展日益成熟,有關(guān)研究論文大量出現(xiàn).

MMT是一種安全無毒的黏土類礦物質(zhì),陽離子藥物可以以離子交換的形式插入MMT的層間,從而使藥物緩慢釋放出來,目前國外已做了一些初步探索.四環(huán)素鹽酸鹽(TCH)通常用于對抗細菌感染,為了有效的治療,應(yīng)在靶向部位提供最佳劑量,同時藥物活性應(yīng)持續(xù)較長一段時間.但在全身性給藥中,藥物在沒有適當(dāng)控制釋藥速率的情況下會立即釋放,因此也出現(xiàn)了許多副作用.為了解決這些副作用,對藥物的局部和可控的給藥方式變得越來越重要.

如圖10所示,Koushik Dutta等[64]采用陽離子交換法將不同劑量的TCH藥物(分別為MMT的0.5倍、1倍、2倍和3倍CEC)加入到MMT粘土的層間中,制備了MMT-TCH插層納米復(fù)合材料.藥物分子被插入蒙脫石粘土,以保護其在體內(nèi)循環(huán)時免受酶的降解.此外,在納米粘土的輔助下,藥物可以很容易地到達目標部位,實現(xiàn)了TCH藥物的連續(xù)緩釋.如圖11和圖12所示，通過抑菌圈法分析,這些粘土基制劑對革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌均具有抗菌活性,在抗菌治療的可控給藥策略方面具有巨大的潛力.同樣的,也有將其他藥物插層進MMT中，如馬來酸(TM)和布洛芬(IBU)[65,66].

圖10 MMT-TCH夾層復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)排列示意圖[64]

圖11 黏土、TCH藥物和MMT-TCH插層納米復(fù)合材料對金黃色葡萄球菌的抗菌活性[64]

圖12 黏土、TCH藥物和MMT-TCH插層納米復(fù)合材料對大腸桿菌的抗菌活性[64]

由水構(gòu)成的水凝膠具有生物相容性、無毒和生物可降解性,在癌癥中有多種應(yīng)用.Ghorbanali Sharifzadeh等[67]以N,N-亞甲基雙丙烯酰胺,N,N,N,N-四甲基乙烯二胺和過硫酸銨分別作為交聯(lián)劑、促進劑和引發(fā)劑,在鋁模中開發(fā)了以聚丙烯酰胺-羧甲基纖維素鈉-蒙脫土納米顆粒為基礎(chǔ)的納米復(fù)合水凝膠環(huán)，用于藥物控釋.試驗中無論是否添加不同濃度的蒙脫石(不同濃度MMT的純環(huán)和納米復(fù)合環(huán)縮寫為blank、MMT-7、MMT-8、MMT-9和MMT-1),所得的水凝膠環(huán)對人皮膚成纖維細胞的細胞毒性都很低.此外,進一步研究了空白水凝膠環(huán)和納米復(fù)合水凝膠環(huán)對大腸桿菌的抗菌活性.在48 h內(nèi),MMT-7和MMT-8表現(xiàn)出最大的抗菌活性.這可能是由于MMT-7和MMT-8在孵育板中膨脹后,充分發(fā)揮了表面與細菌的相互作用.然而，濃度較高的MMT-9和MMT-1水凝膠環(huán)對大腸桿菌沒有明顯的抗菌活性,這可能是由于MMT-9和MMT-1的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)較高所致.所以在水凝膠環(huán)中加入蒙脫石可能有應(yīng)用于藥物傳遞的前景.

3 總結(jié)與展望

綜上所述,膨潤土因其獨特的性能在許多領(lǐng)域都有應(yīng)用.從傳統(tǒng)領(lǐng)域來看，其主要應(yīng)用在鑄造砂、鉆井泥漿、鐵礦球團、土木建筑工程、廢水處理及動物和家禽飼料等方面.在抗菌領(lǐng)域上,膨潤土經(jīng)過各種改性處理后與其他材料復(fù)合在一起,具有很好的抗菌、保鮮性能,同時兼?zhèn)涓男耘驖櫷羶?yōu)異性能,是多功能的復(fù)合抗菌材料.

可以預(yù)計,隨著研究的不斷深入,膨潤土廣泛應(yīng)用于抗菌領(lǐng)域是完全可行的.在將來，可能會出現(xiàn)越來越多的膨潤土抗菌復(fù)合材料,進而提升人民的生活質(zhì)量.今后的研究應(yīng)當(dāng)繼續(xù)著力于新型膨潤土材料的開發(fā),在充分發(fā)揮膨潤土自身優(yōu)點的同時,借助其他功能性物質(zhì)賦予膨潤土新的結(jié)構(gòu)和功能.這不但能夠為膨潤土的開發(fā)提供動力,而且能夠推動膨潤土材料的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用推廣,使之服務(wù)于國民生產(chǎn)生活.