浅述蒙脱石物理粒径与吸附致病菌及毒素的关系

时间:2018-07-26   点击量:20

浅述蒙脱石物理粒径与吸附致病菌及毒素的关系

和正美技术部 齐国友

要想知道是否蒙脱石物理粒径越小,即粉碎的越细、目数越大,对致病菌吸附就越强呢?就得弄清楚二个概念:一、蒙脱石的特殊结构。二、蒙脱石对致病菌的吸附是化学吸附还是物理吸附占主导作用?

众所周知,由于蒙脱石的特殊的结构,其对一些大肠杆菌、霍乱弧菌、空肠弯曲菌等表面带有粒编码蛋白(CS31A)的带电致病病原菌有吸附作用,对病菌产生的毒素有固定作用,然后随肠蠕动排出体外,从而避免肠粘膜损伤。起到治疗腹泻的作用。

一、 蒙脱石什么样的特殊结构导致它有如此神奇的功效呢

蒙脱石(montmorillonite)又名微晶高岭石 其结构式

Ex(H2O)4{(Al2-x,Mgx)2[(Si,Al)4O10](OH)2},式中E为层间可交换阳离子,主要为Na+、Ca2+,其次有K+、Li+等。 x为E作为一价阳离子时单位化学式的层电荷数,一般在0.2~0.6之间,呈层状结构,不规则片状结晶。Al2-x,Mgx为八面体中的阳离子;Si,Al为四面体中的阳离子。 

蒙脱石由二层共顶联接的硅氧四面体片夹一层共棱联接的铝(镁)氧(氢氧)八面体片,构成2:1型含结晶水的T-O-T周期性层状排列结构硅酸盐矿物,属单斜晶系,a0=5.17nm,b0=0.894nm,c0=1.52nm。由于异价类质同晶置换,其结构四面体中Si4+被Al3+的取代;八面体中Al3+被 Mg2+、Fe2+等取代,造成晶格电荷不平衡,端面产生强弱不同的永久性负电荷。当蒙脱石遇水时,其晶格中Si-O键Al-O键发生断裂,造成端面破键,产生更强的电负性,为保持电性平衡,致使层间存在着大量的可交换阳离子如K+、Na+、Ca2+,这些离子可以发生同电性离子的等电量交换,从而使得蒙脱石具有离子交换的性能。蒙脱石无论对亚甲基蓝的吸附还是对带电致病菌的吸附都是基于这种离子交换的特性,即化学吸附占主要作用。

二、下面就吸附的概念及对致病菌的吸附机理作以阐述

吸附是指各种气体、蒸气以及溶液里的溶质被吸着在固体或液体物质表面上的作用。具有吸附性的物质叫做吸附剂,被吸附的物质叫吸附质。

吸附作用可分为物理吸附和化学吸附。吸附作用实际是吸附剂对吸附质质点的吸引作用。

物理吸附是以分子间作用力相吸引的,吸附热少。如活性炭对许多气体的吸附属于这一类,被吸附的气体很容易解脱出来,而不发生性质上的变化。所以物理吸附是可逆过程。

化学吸附则以类似于化学键的力相互吸引,其吸附热较大。所以化学吸附大都是不可逆过程。同一物质,可能在低温下进行物理吸附而在高温下为化学吸附,或者两者同时进行。

浙江大学胡秀容等在《天然蒙脱石与细菌相互作用的研究》一文中认为:蒙脱石对细菌的主要作用是吸附,吸附力强弱与带电性有关,“车厢式”的结构的蒙脱石凝胶性能将细菌固定到“车厢”中的独特吸附方式是治疗腹泻的药理基础。

西南大学动物科技学院雷春龙等在《日粮中添加蒙脱石和酵母细胞壁对肉牛体内内毒素吸附、养分消化率及生产性能的影响》一文中研究发现,内毒素吸附剂—蒙脱石发挥吸附作用主要依靠一些带正电荷或可以形成正电荷基团的配体,这些配体与内毒素脂多糖LPS上的电负性基团(磷酸根)通过静电力发生吸附作用。Abend 等(2000)发现蒙脱石具有独特的电荷特性,其纳米层片结构的端面带正电,层面带负电,其层片结构被打开时,由于电荷吸附效应使单元层相互剥离,形成一种不稳定的带电微粒且互相运动的“卡片宫”结构,其在外力作用下很容易遭到破坏并重新搭建又将释放出微电流,从而具有持续性的效果。这种效果较好的解释了蒙脱石作为无机型吸附剂在肠道对LPS持续而有效的化学吸附作用。

蒙脱石对细菌的吸附各种特性指标如吸附等温曲线、蒙脱石的层电荷密度以及用电荷性很小的绢云母做比较,充分说明了蒙脱石对细菌的吸附主要是化学吸附。

三、蒙脱石在动物体内作用环境

动物消化系统内的食糜是呈半流质状存在的,其中水分含量非常高(80-90%),又由于蒙脱石在水中膨胀、分散的特性形成了带负电的板块表面和带正电的边缘相连接,形成了“表面-边缘”的“车厢式”悬浮物,正是这种“车厢式”悬浮物将有害菌及其产生的毒素吸附固定在“车厢”内,从而将其清除掉。

四、结论

由此可见,蒙脱石对细菌的吸附主要是化学吸附,对细菌的清除能力决定于蒙脱石的电负性、离子交换量,这从医药蒙脱石要求的主要技术指标:吸蓝量(蒙脱石中的层间离子与水溶液中呈一价阳离子进行交换;而亚甲基蓝是一种有机极性分子,它在水溶液中产生一价阳离子,能取代蒙脱石中可交换的阳离子而被吸附)、阳离子交换量、吸附力也能看出。

当然,物理吸附也存在着一定的作用,如尽量对蒙脱石磨细,因为物理粒径越小其比表面积越大,而比表面积越大,其物理吸附能力也会相应增强,但为了追求机械方法使粒径愈小,由此增加物理吸附,提高其吸附力是得不偿失的。因为蒙脱石具备非常强的水分散性,在动物肠道内存在着足够的水质条件的前提下会自然崩解分散成2um 的粒径,并均匀分散在消化道内,形成“车厢式”悬浮凝胶从而能达到吸附细菌及其产生的毒素目的。而如此微米级的粒径,机械加工至6000目才可达到。

若所选择的吸附剂没有离子交换性(如绢云母)即使粉碎再细,也不具备吸附细菌及毒素的能力。市面上出售的医药级蒙脱石颗粒粒径仅200多目而已。

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