MOF-5三元复合抗菌材料对革兰氏阴性大肠杆菌生长抑制作用机理研究（三）
2.2 溶胀行为分析
MCCBA-Cu2O-(MOF-5)三元复合材料在去离子水中的溶胀动力学曲线如图4所示。从图4可以看出，MCCBA-Cu2O-(MOF-5)三元复合材料与MCCBA的溶胀动力学曲线趋势基本相同，主要表现为：溶胀初期(8h前)，MCCBA和复合材料表面亲水及毛细管效应导致水凝胶材料快速吸水；在溶胀中期(8~24h)，由于受到扩散机制的影响，吸水速度逐渐放缓变慢；而在溶胀后期(24~36h)，复合材料的吸水量变化趋势更为缓慢，这主要归因于水凝胶网络松弛应力对水吸附的扩散阻力增大。其次，在36h处，MCCBA-Cu2O-(MOF-5)的吸水量达到了25.9倍，原因在于MOF-5的孔道结构易于吸收水分，有助于提高水凝胶复合材料的溶胀性，而Cu2O会和MCCBA形成螯合结构，破坏水凝胶网络结构。
2.3 抗菌性能分析
图5为样品的细菌生长曲线。如图5所示，在未抗菌阶段，5种样品的吸光度基本一致，说明均不具有抑菌能力。从5h开始，它们的OD值开始发生变化，MCCBA-Cu2O-(MOF-5)的OD值明显小于其他4种。而MCCBA的OD值与E.Coli相似，并，这也佐证了图5~图8的分析结并没有抑菌能力；其次，在5~24h O、MCCBA-(MOF-5)和 MCCBA-5)对E. Coli的OD值呈现出递减性的u2O-(MOF-5)表现为最小的OD值。(MOF-5)比单独使用MCCBA、Cu2O有更佳的抑菌能力。另外，MCCBA--5)比其他3种具有更低的OD值，这是Cu2O、MOF-5的复合结合所引起E.Coli细菌细胞膜对MCCBA--5)的抗性较弱所导致的。上述结果说明，三元复合材料对E.Coli具有更强的抑菌活性，因此，制备的MCC水凝胶基抗菌剂能够作为一种优秀的抗菌复合材料。
利用E.Coli测试了4种样品的抗菌性，结果见图6。从图6中可以明显看出，在培养24h后，MCCBA没有出现抑菌圈，说明并没有抗菌性。当MCCBA表面包覆了一定量的Cu2O后，MCCBA-Cu2O和MCCBA-(MOF-5)复合材料随着抗菌时间的增加，抑菌圈逐渐变小，表现出一定的抑菌作用。而MCCBA-Cu2O-(MOF-5)抗菌24h后，抑菌圈存在明显，比MCCBA-Cu2O、MCCBA-(MOF-5)的抑菌圈大，呈现出更强的抑菌作用。其次，在抑菌圈完成后，复合材料的颜色发生明显变化，从蓝色变为淡黄色，说明三元复合抗菌材料能够作为一种抗菌指示剂。从上述抗菌性能表征可以得出，MCCBA-Cu2O-(MOF-5)的抗菌性主要归因于负载的纳米Cu2O和MOF-5，它们对E.Coli有较强的抑制作用。原因在于制备的立方体形状的Cu2O晶体Zeta电位为负，有利于吸附Na⁺，其次，立方体形状的Cu2O晶体对E.Coli有强的静电引力，能够增加E. Coli与Cu2O的接触机会，从而提高对其灭活效率。相对而言，MOF-5抗菌能力主要由金属中心提供。MOF-5能够破坏离子平衡、离子通道和原生质膜的完整性，使得细胞内化，促使DNA断裂并与蛋白质硫醇基团整合，从而极大的增强对E.Coli的灭活能力，所以，负载MOF-5的三元复合材料表现出更强的抑菌能力。
图7是样品对E.Coli抑菌圈平均直径的变化。从图7可以发现，在抗菌培养24h后，MCCBA-Cu2O的抑菌圈直径从5.0mm变为6.0mm左右，MCCBA-(MOF-5)变为5.5mm，MCCBA-Cu2O-(MOF-5)则变为10.0mm左右，而MCCBA的抑菌圈直径明显没有发生变化。根据抑菌圈直径的变化表征抗菌材料抑菌性能的要求，在抗菌完成后，抗菌材料抑菌圈直径变化大的具有更强的抑菌能力，因此，MCCBA-Cu2O-(MOF-5)对E. Coli具有更佳的抑菌选择活性。
基于图5、图6、图7的分析结果， MCCBA-Cu2O-(MOF-5)可能的抑菌机制应该为：在对 E. Coli细菌培养抑菌过程中，E.Coli吸附在MCCBA-Cu2O-(MOF-5)三元复合抗菌材料的表面，具有抗菌作用的纳米Cu2O、MOF-5进而攻击细胞壁，随之进入E.Coli细菌细胞的外膜，导致细胞膜破裂，从而引起细胞的分解，最终达到抑菌的目的。另外，MCCBA-Cu2O-(MOF-5)表现出更佳的抗菌活性，也可能是由于纳米级小尺寸的Cu2O和MOF-5沉积在MCC水凝胶的表面，增大了三元复合材料的比表面积和孔隙率的缘故。
3 结论
3.1 以微晶纤维素水凝胶(MCCBA)为载体，采用Cu2O和 MOF-5原位沉积制备出 MCCBA-Cu2O-(MOF-5)三元复合材料。该三元复合材料表现出良好的亲水性，在吸水36h后，该三元复合材料的溶胀比达到了25.9倍。
3.2 MCCBA、MCCBA-Cu2O和 MCCBA-MOF-5相比，MCCBA-Cu2O-(MOF-5)的抗菌性能明显提高，对革兰氏阴性大肠杆菌(E.Coli)抑菌24h后，三元复合材料的抑菌圈直径是MCCBA的2倍(10.0 mm)，说明引入Cu2O和MOF-5能够显著提高水凝胶复合材料的抗菌能力。该研究将Cu2O和(MOF-5)同时引入纤维素基水凝胶中，推动了新型纤维素基水凝胶材料在抗菌领域的研究，具有一定的市场应用潜力。
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