三聚氰胺對鈣結(jié)石形成的熱力學(xué)與動力學(xué)調(diào)控方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及三聚氰胺對鈣結(jié)石形成的熱力學(xué)與動力學(xué)調(diào)控方法。屬于草酸鈣結(jié)石形成的機理研究及結(jié)石預(yù)防領(lǐng)域。具體步驟為：先合成LB培養(yǎng)基和大腸桿菌培養(yǎng)液及分泌物，然后研究三聚氰胺的濃度等因素對草酸鈣晶體結(jié)構(gòu)和形貌的調(diào)控。通過測試溶液的電導(dǎo)率實現(xiàn)結(jié)晶動力學(xué)研究。三聚氰胺能夠提高草酸鈣晶體的成核聚集速率。這種微弱促進作用的累積使得三聚氰胺造成了結(jié)石的食品安全問題。
【專利說明】三聚氰胺對鈣結(jié)石形成的熱力學(xué)與動力學(xué)調(diào)控方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及三聚氰胺對鈣結(jié)石形成的熱力學(xué)與動力學(xué)調(diào)控方法。屬于草酸鈣結(jié)石形成的機理研究及結(jié)石預(yù)防領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]毒奶粉事件的升溫，使科學(xué)家們掀起了一場研究三聚氰胺的熱潮。三聚氰胺給我們帶來了重大的食品安全問題，解決三聚氰胺造成結(jié)石的食品安全問題，從源頭預(yù)防、抑制結(jié)石產(chǎn)生，從根本上消除結(jié)石產(chǎn)生的影響，必須加強基礎(chǔ)研究工作，而弄清三聚氰胺與草酸鈣結(jié)石形成的關(guān)系和機制則是亟需解決的關(guān)鍵問題。三聚氰胺是純白色單斜晶體，微溶于冷水，溶于熱水，在一般情況下較穩(wěn)定，可用作阻燃劑。研究表明，在強酸或強堿水溶液中，易水解，胺基逐步被羥基取代，最后生成三聚氰酸(氰尿酸)。三聚氰胺在機體內(nèi)的代謝屬于惰性代謝，雞、豬等單胃動物以原體形式或同系物形式排出。所以，早期被認為毒性輕微。后經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，動物長期攝入三聚氰胺會造成生殖、泌尿系統(tǒng)的損害，膀胱、腎部結(jié)石，并可進一步誘發(fā)膀胱癌，于是對上述毒性輕微的結(jié)論提出了質(zhì)疑。人們研究發(fā)現(xiàn)，當三聚氰胺和三聚氰酸單獨存在時，對動物的毒性是緩慢的；而當兩者共存時，易生成三聚氰胺一氰尿酸共晶體，沉淀于腎小管中，產(chǎn)生聯(lián)合毒性，屬于急性毒性?？茖W(xué)家們還發(fā)現(xiàn)三聚氰胺和三聚氰酸的混合物能夠引起貓急性腎衰。三聚氰胺和三聚氰酸能夠形成晶體，三聚氰胺和尿液中的尿酸結(jié)合也能夠生成三聚氰胺-尿酸結(jié)石，但是當三聚氰胺和三聚氰酸都存在時，首先要生成三聚氰胺-三聚氰酸結(jié)石，因為形成三聚氰胺-三聚氰酸結(jié)石要比形成三聚氰胺-尿酸結(jié)石需要能量少且結(jié)構(gòu)也有所不同。因此，醫(yī)學(xué)上認為，三聚氰胺能夠促進腎結(jié)石的形成。由于70%的結(jié)石均為草酸鈣結(jié)石，所以研究三聚氰胺對草酸鈣晶體形成的影響至關(guān)重要。迄今為止，三聚氰胺與無機礦物代謝產(chǎn)物作用的過程還是未知的，究竟是影響結(jié)石形成的速度(動力學(xué))還是影 響成核反應(yīng)的活化能(熱力學(xué));是影響結(jié)石的成核、長大還是影響聚集及形成組裝途徑；這些都是值得研究和亟需解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于公開了一種三聚氰胺對鈣結(jié)石形成的熱力學(xué)與動力學(xué)調(diào)控方法，揭示三聚氰胺在草酸鈣結(jié)石形成過程中的作用。分別從熱力學(xué)和動力學(xué)兩個方面研究三聚氰胺對草酸鈣晶體結(jié)構(gòu)與形貌的影響。
[0004]首先在37.5 °C，三聚氰胺存在下，改變?nèi)矍璋返募尤肓?、反?yīng)物離子濃度和大腸桿菌及其分泌物的環(huán)境獲得一系列草酸?丐產(chǎn)物。并米用場發(fā)射掃描電鏡、X射線衍射分析、紅外光譜儀分別對產(chǎn)物的形貌、結(jié)構(gòu)等進行表征。然后，研究三聚氰胺在草酸鈣晶體形成過程中動力學(xué)方面的影響。當過飽和溶液中的Ca2+與C2042_結(jié)合生成CaC2O4晶體析出時，溶液中導(dǎo)電離子(Ca2+與C2O42O的濃度減少，致使導(dǎo)電能力減弱，溶液的電導(dǎo)率值會逐漸的下降。因此，運用電導(dǎo)率儀實時監(jiān)測反應(yīng)溶液的電導(dǎo)率，通過電導(dǎo)率隨時間的動態(tài)變化情況能夠反映出草酸鈣晶體的結(jié)晶動力學(xué)過程。[0005]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
大步驟1，不同條件下的草酸鈣晶體的制備:
(I)Luria-Bertani (LB)培養(yǎng)基的配制:首先稱取酵母浸出粉5 g、胰蛋白胨10 g和氯化鈉10 g于1000 ml的燒杯中。取1000 ml去離子水，向加入一定量的水用玻璃棒攪拌溶解后再將剩余的水加入到燒杯中。然后用I mol/L的NaOH和I mol/L HCl調(diào)節(jié)溶液的pH至7.0-7.2。將溶液分裝到六個250 ml的錐形瓶中(每瓶150-200 ml)用八層紗布和報紙封口。最后將錐形瓶放入高壓鍋中高壓蒸汽(121 °C)滅菌20 min。20 min后關(guān)閉高壓鍋，拔掉電源，待氣壓降低后將錐形瓶取出放入冰箱中4 °C保存?zhèn)溆谩?br> [0006](2)大腸桿菌培養(yǎng)液及分泌物的制備:在無菌操作臺內(nèi)向LB培養(yǎng)基中接種大腸桿菌，用滅過菌的塞子將錐形瓶塞住后然后密封。將密封好的錐形瓶置于37.5 °(:的恒溫搖床中培養(yǎng)24 ho培養(yǎng)結(jié)束后此時錐形瓶的的液體稱為大腸桿菌培養(yǎng)液。將擴大培養(yǎng)的大腸桿菌4000 rd/min離心5 min，取上清液即得到大腸桿菌分泌物，置于4 °C保存。
[0007](3)草酸鈣晶體的制備:用去離子水分別配制100、50和5 mmol/L CaCl2溶液，5mmol/L Na2C2O4 溶液。然后分別配制 0.2 和 2 mmol/L 的 C3H6N6 溶液和 2 mmol/L C3H3N3O3 溶液。分別取一定量的LB培養(yǎng)基，大腸桿菌培養(yǎng)液及分泌物，CaCl2溶液，Na2C2O4溶液，C3H6N6溶液和C3H3N3O3溶液在磁力攪拌下加入到250 ml磨口錐形瓶中。然后，用磨口塞塞住錐形瓶置于37.5 °C的恒溫培養(yǎng)箱中靜置24 h。用離心機(4000 rd/min)將產(chǎn)物分離出來，然后分別交替進行兩次水洗兩次醇洗。然后將產(chǎn)物置于培養(yǎng)皿中常溫干燥，干燥后將粉末樣品置于樣品管中密封保存以便進行相關(guān)的實驗測試。
[0008]大步驟2，對不同條件下生長的草酸鈣晶體進行表征:
用不同的表征方法對獲得的產(chǎn)物進行逐一表征。采用日本日立公司生產(chǎn)的場發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM) S-4800進行表征，獲得產(chǎn)物的微觀外部形貌，樣品進行噴金處理，SEM加速電壓為1-5 KV，真空度為4-10 Pa。所得產(chǎn)物的純度與晶體結(jié)構(gòu)選用德國布魯克公司生產(chǎn)的X射線衍射儀(XRD) Foucs D8進行表征，該XRD的射線源是裝有石墨單色濾光片的Cu kal射線源(λ =1.54056 A)，在實驗中，采用的掃描速率為0.02 ° s'掃描的2Θ角度范圍為10° -70°、操作電壓和電流分別為40 kV和40 mA，利用粉末衍射分析軟件Jade(5.0版)進行采集和計算晶體的晶胞參數(shù)和晶面指標。
[0009]大步驟3，電導(dǎo)率測試:
在500 ml燒杯中一定量的CaCl2溶液和C3H6N6溶液，將電導(dǎo)率的探針放入溶液中，保持37.5 °C，在磁力攪拌下，迅速的將一定量的Na2C2O4溶液加入到燒杯中，同時按下秒表開始計時，調(diào)整電導(dǎo)率的測量范圍每隔I min記錄電導(dǎo)率的數(shù)值。依據(jù)電導(dǎo)率數(shù)據(jù)，從動力學(xué)角度研究三聚氰胺對納米晶形成不同階段(成核、生長、聚集)的作用。
[0010]上述技術(shù)方案，從熱力學(xué)和動力學(xué)兩個方面研究了三聚氰胺對草酸鈣晶體結(jié)構(gòu)與形貌的影響，揭示了草酸鈣晶體的形成機理，提出了一種三聚氰胺調(diào)控草酸鈣晶體結(jié)構(gòu)與形貌的方法。本發(fā)明的優(yōu)點在于通過對比平行實驗結(jié)果，從熱力學(xué)和動力學(xué)兩個方面著手，弄清了三聚氰胺與草酸鈣結(jié)石形成的關(guān)系和機制，對三聚氰胺及其它化學(xué)物質(zhì)引起腎結(jié)石形成的影響及機制進行了闡釋，為結(jié)石預(yù)防醫(yī)學(xué)提供了新的思路。
[0011]本發(fā)明從研究三聚氰胺與草酸鈣結(jié)石形成的關(guān)系和機制出發(fā)，對三聚氰胺及其它化學(xué)物質(zhì)引起腎結(jié)石形成的影響及機制進行闡釋，對現(xiàn)有的結(jié)石理論進行論證和補充，為結(jié)石后續(xù)非手術(shù)性治療提供理論參考對食品工業(yè)中添加劑的控制和篩選提供指導(dǎo)，不僅能為結(jié)石預(yù)防醫(yī)學(xué)提供新的思路，還可以對化學(xué)結(jié)晶的形貌與結(jié)構(gòu)控制提供新的方法。
[0012]
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為實施例1 (I)所得產(chǎn)物的SEM圖:A、B、C和D加入C3H6N6的量分別為O ml ；10 ml ；20 ml ；30 ml。
[0014]圖2為實施例1所得產(chǎn)物的SEM圖:A、B、C和D分別加入10 ml H2O ；10 C3H6N6溶液；10 ml C3H3N3O3 溶液；5 ml C3H6N6 和 5 ml C3H3N3O3 溶液。
[0015]圖3為實施例1所得產(chǎn)物的XRD圖:A、B、C和D分別加入10 ml H2O ；10 C3H6N6溶液；10 ml C3H3N3O3 溶液；5 ml C3H6N6 和 5 ml C3H3N3O3 溶液。
[0016]圖4為實施例所得產(chǎn)物的SEM圖:A、B、C和D分別加入H2O ；C3H6N6溶液；大腸桿菌分泌物；c3h6n6和大腸桿菌分泌物
圖5為實施例所得產(chǎn)物的XRD圖:A、B、C和D分別加入H2O ；C3H6N6溶液；大腸桿菌分泌物；C3H6N6和大腸桿菌分泌物。
[0017]圖6為實施例中草酸鈣晶體形成和生長過程中的電導(dǎo)率時間關(guān)系圖=C3H6N6的濃度分另lJ為 a，O mmol/L ；b, 0.5 mmol/L ；c, 1.5 mmol/L ；d, 3 mmol /L
【具體實施方式】
[0018]下面通過實施例進一步描述本發(fā)明技術(shù)方案。
[0019]實施例1
(1)研究三聚氰胺在[Ca2+]/[C2O42-]為I時對草酸鈣晶體結(jié)構(gòu)和形貌的調(diào)控:在裝有CaCl2 (5 mmol/L)和Na2C2O4 (5 mmol/L)溶液各40 ml的錐形瓶中，四組實驗分別加入O、10,20和30 ml的C3H6N6溶液(0.2 mmol/L)和30、20、10和O ml的去離子水。然后分別加Λ C3H3N3O3 (2 mmol/L)0、0、10和5 ml。最后，用磨口塞塞住錐形瓶置于37.5 °C的恒溫培養(yǎng)箱中靜置24 h。用離心機(4000 rd/min)離心5 min將產(chǎn)物分離出來，然后分別交替進行兩次水洗兩次醇洗。將產(chǎn)物置于培養(yǎng)皿中常溫干燥，干燥后將粉末樣品置于樣品管中密封保存?zhèn)溆?。采用場發(fā)射掃描電鏡、X射線衍射分析對產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和形貌進行分析。不同濃度三聚氰胺存在下生成草酸鈣的SEM圖片參見圖1.(2)研究三聚氰胺在大腸桿菌存在、[Ca2+]/[C2O42I為I時三聚氰胺對草酸鈣晶體結(jié)構(gòu)和形貌的調(diào)控:將40 ml CaCl2 (5 mmol/L)溶液和40 ml Na2C2O4 (5 mmol/L)溶液以及20ml大腸桿菌培養(yǎng)液加入錐形瓶中，四組實驗分別加入C3H6N6 (2 mmol/L) 0、10、0和5 ml。加入C3H3N3O3 (2 mmol/L)分別為0、0、10和5 ml。然后，用磨口塞塞住錐形瓶置于37.5 V的恒溫培養(yǎng)箱中靜置24 h。用離心機(4000 rd/min)離心5 min將產(chǎn)物分離出來，然后分別交替進行兩次水洗兩次醇洗。將產(chǎn)物置于培養(yǎng)皿中常溫干燥，干燥后將粉末樣品置于樣品管中密封保存?zhèn)溆?。采用場發(fā)射掃描電鏡、X射線衍射分析對產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和形貌進行分析。大腸桿菌存在時獲得產(chǎn)物草酸鈣晶體的SEM圖參見圖2，XRD圖參見圖3。
[0020]三聚氰胺在[Ca2+]/[C2O42I為10時對草酸鈣晶體結(jié)構(gòu)和形貌的調(diào)控:
在標號為A，B, C，D的四個IOOml錐形瓶中分別導(dǎo)入CaCl2 (5 mmol/L)和Na2C2O4(0.5 mmol/L)溶液各40 ml。接著在標號為A維形瓶中注入20 ml水；在標號為B維形瓶中注入10 ml水和10 ml C3H6N6 (2 mmol/L);在標號為C錐形瓶中注入10 ml水和10 ml大腸桿菌分泌物；在標號為D錐形瓶中注入10 ml C3H6N6 (2 mmol/L)和10 ml大腸桿菌分泌物。用磨口塞塞住錐形瓶置于37.5 °C的恒溫培養(yǎng)箱中靜置24 h。用離心機(4000 rd/min)離心5 min將產(chǎn)物分離出來，然后分別交替進行兩次水洗兩次醇洗。將產(chǎn)物置于培養(yǎng)皿中常溫干燥，干燥后將粉末樣品置于樣品管中密封保存?zhèn)溆?。采用場發(fā)射掃描電鏡、X射線衍射分析對產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和形貌進行分析。不同條件下生成草酸鈣的SEM圖片參見圖4，XRD圖參見圖5。
[0021] 三聚氰胺對草酸鈣晶體形成的結(jié)晶動力學(xué)研究:
在標號為a, b, c, d的四個IOOml錐形瓶中分別導(dǎo)入CaCl2 (0.5 mmol/L)和Na2C2O4(0.5 mmol/L)溶液各40 ml。然后分別注入濃度為0，0.5、1.5和3 mmol/L的三聚氰胺溶液各10 ml。測試以上4個錐形瓶中草酸鈣生長過程中溶液電導(dǎo)率與時間的關(guān)系，實驗結(jié)果參見圖6。通過電導(dǎo)率測定反應(yīng)速率實驗可以得出，C3H6N6能夠提高草酸鈣晶體的成核聚集速率。
【權(quán)利要求】
1.一種三聚氰胺對鈣結(jié)石形成的熱力學(xué)與動力學(xué)調(diào)控方法，其特征在于，具體步驟為:先合成LB培養(yǎng)基和大腸桿菌培養(yǎng)液及分泌物，然后研究三聚氰胺的濃度等因素對草酸鈣晶體結(jié)構(gòu)和形貌的調(diào)控，通過測試溶液的電導(dǎo)率實現(xiàn)結(jié)晶動力學(xué)研究。
【文檔編號】G01N27/06GK103884746SQ201410079410
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月6日
【發(fā)明者】胡萍, 趙振武, 吳慶生 申請人:同濟大學(xué)