醋酸氯己定在埃洛石纳米管上的吸附行为及体外抗菌活性研究

《Clay Minerals》：CHLORHEXIDINE ACETATE ADSORPTION ONTO HALLOYSITE NANOTUBES FROM LIQUID MEDIA AND IN VITRO ANTIMICROBIAL ACTIVITY

本刊推荐：针对水体中药害污染物去除难题，研究人员开展醋酸氯己定(CA)在埃洛石纳米管(Hly)上的吸附特性及抗菌性能研究。通过动力学模型和等温吸附模型证实伪二级动力学方程能较好描述吸附过程，Langmuir和Freundlich模型均能良好拟合平衡吸附数据。表征结果显示CA填充纳米管腔道导致比表面积和孔容积下降，复合物对大肠杆菌M-17显现显著抗菌活性，为开发新型抗菌材料提供理论依据。

　　

在全球水资源保护日益严峻的背景下，药物残留对水生态系统的污染已成为不容忽视的环境挑战。各类医药产品和个人护理品通过污水处理厂进入地表水后，会对生态环境产生毒性效应。在众多污染物去除技术中，吸附法因其高效、经济的特点备受青睐。黏土矿物作为无机吸附剂家族的重要成员，凭借其独特的晶体结构和理化特性（化学惰性、生物相容性、大比表面积、丰富孔道结构等），在环境修复领域展现出巨大潜力。其中，埃洛石(Halloysite, Hly)这种由多层铝硅酸盐纳米管构成的黏土矿物尤为引人注目，其独特的管状结构和表面电荷特性为药物分子的选择性吸附提供了理想平台。

俄罗斯科学院溶液化学研究所的Olga V. Alekseeva团队聚焦于广谱杀菌剂醋酸氯己定(Chlorhexidine Acetate, CA)的环境行为调控研究。尽管氯己定葡萄糖酸盐的研究已有报道，但溶解度更低的醋酸氯己定在黏土矿物上的吸附行为尚不明确。该研究首次系统探讨了CA在埃洛石纳米管上的吸附机理与抗菌性能强化规律，相关成果发表于《Clay Minerals》期刊。

研究团队采用动态光散射、扫描电镜、X射线衍射、氮气吸附-脱附、傅里叶变换红外光谱和热分析等技术手段，对材料进行多维度表征。吸附实验通过紫外-可见分光光度法监测CA浓度变化，抗菌活性采用抑菌圈法测定，以大肠杆菌M-17为模式菌株。

吸附动力学研究表明，CA在埃洛石上的吸附过程符合伪二级动力学模型，初始浓度从0.29×10^-4 mol/L增至1.5×10^-4 mol/L时，平衡吸附量从25×10^-6 mol/g提升至85×10^-6 mol/g。当CA初始浓度为0.29×10^-4 mol/L时，300分钟内去除率高达99.74%。等温吸附数据同时符合Langmuir和Freundlich模型，表明存在单分子层吸附与表面异质性吸附的复合机制。

材料表征结果显示，埃洛石纳米管呈圆柱状形态，尺寸分布在50-1500 nm范围，主要粒径集中在200-400 nm。X射线衍射分析证实CA负载未改变埃洛石的晶体结构，基底间距d₀₀₁从0.751 nm略微减小至0.737 nm。氮气吸附测试表明，Hly/CA-1.5复合物的比表面积和孔容积显著降低，BJH模型显示8.8 nm处的介孔峰消失，证实CA分子成功填充纳米管腔道。

傅里叶变换红外光谱分析发现，复合物在1533 cm^-1处出现醋酸根基团的特征吸收峰，且Al-OH基团的伸缩振动峰发生5 cm^-1高频偏移，表明CA与埃洛石表面羟基形成了氢键作用。热重分析显示CA负载使材料最大热分解速率温度从482.5℃偏移至490.6℃，热稳定性提升。

抗菌实验证实，当CA负载量达到85×10^-6 mol/g时，Hly/CA-1.5复合材料对大肠杆菌M-17产生明显抑菌圈，而原始埃洛石无抗菌活性。显微镜观察显示复合物作用区域细菌菌落数量显著减少，证实CA负载赋予了埃洛石持续的抗菌功能。

本研究通过多尺度表征手段揭示了CA在埃洛石纳米管上的吸附机制与结构演化规律，证实静电作用与氢键协同主导的吸附过程。复合材料兼具吸附性能与抗菌功能，为开发新型环境修复材料与药物控释系统提供了新思路。特别值得注意的是，相比氯己定葡萄糖酸盐，溶解度更低的醋酸氯己定在埃洛石上的负载行为呈现出独特的动力学特征，这为不同盐型药物-黏土相互作用研究提供了重要参考。该工作不仅深化了对黏土矿物-药物分子相互作用机制的理解，也为功能性纳米复合材料的定向设计奠定了实验基础。