水溶液中降解海带多糖对草酸钙晶体的影响

水溶液中降解海带多糖对草酸钙晶体的影响

杨艳玲杨子亮

杨艳玲杨子亮（潍坊科技学院化学工程学院山东潍坊262700）

摘要：文章采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)等表征手段研究了水溶液中降解海带多糖LPS对尿结石矿物草酸钙晶体生长的影响。实验证明，在水溶液中降解LPS能有效地抑制热力学稳定的一水草酸钙COM晶体的生长，并诱导热力学亚稳定的二水草酸钙COD晶体的生成。随着多糖浓度从0.3增加到6mg/L，所得COD晶体的质量百分比从0增加到了52.2%。

关键词：多糖草酸钙尿结石晶面

泌尿系结石(又称尿石症或尿石)是一种世界范围内的常见病、多发病，且其发病率呈上升趋势。尿石是一种病理矿化，目前还没有十分有效的方法对其进行预防。

草酸钙是尿结石的主要组分，草酸钙有三种形式：一水草酸钙(CaC2O4·H2O,COM)，二水草酸钙(CaC2O4·2H2O,COD)，三水草酸钙(CaC2O4·3H2O,COT)。其中COM是热力学最稳定的，COD次之，COM和COD是草酸钙结石中的常见形式；COT是热力学最不稳定的，在尿结石中也很少见。现代医学认为尿液中草酸钙结晶的成核、生长、聚集及与肾小管上皮细胞的粘附在肾结石的形成过程中起重要作用。目前对尿石症的治疗已取得较大的进步，但尚缺乏对尿石症治疗及预防其复发的有效药物。

一、降解海带多糖(LPS)对草酸钙的影响

1.实验方法

（1）仪器和试剂

草酸钾(K2C2O4)、二水氯化钙(CaCl2)和氯化钠(NaCl)均为分析试剂；实验用水均为二次蒸馏水。海带由暨南大学化学系岑颖洲教授提供，用水提法提取。

仪器包括：JEOLJSM-T300型和PhlipsXL-30ESEM型环境扫描电子显微镜(测量电压15Kv)；XD-2粉末X射线衍射仪(XRD)(北京大学研制)；PSH500A生化培养箱（重庆试验设备厂)；XTB-1型体式显微镜(江南光电仪器有限公司)；乌式粘度计(毛细管内径为0.5mm)、恒温水浴锅；双波长紫外吸收光谱仪；KQ2200DB型超声波清洗仪(昆山市超声仪有限公司)；磁力搅拌器；旋转蒸发仪。

（2）海带多糖(LPS)的提取及降解

取海带加水浸泡2h，溶胀后的海带粉碎成海带浆。于100摄氏度加热提取4h，冷至室温进行过滤。取滤液加入氯化钙，离心去除海藻酸钙。于上清液中加入CTAB（十六烷基三甲基溴化铵）与LPS结合沉淀，3000r/min离心10min，收集CTAB-LPS沉淀物。加入氯化钙进行盐解，将LPS游离释放出来，然后加入乙醇使LPS析出，经离心烘干得LPS。

称取上述1.2g海带硫酸多糖，加热溶解于40mL蒸馏水中，搅拌均匀制成海藻硫酸多糖溶液，待温度升至90℃后，迅速加入12mL30%的过氧化氢，搅拌均匀后最终体系中过氧化氢浓度为7%。控制降解反应体系的温度进行恒温降解，降解时间为2小时。反应完毕后，用2mol/LNaOH溶液调节多糖溶液pH值至7.0，高速离心去除未降解的残余多糖，在60℃条件下对反应液减压浓缩，旋转蒸发至原体积的1/3左右，用3倍量无水乙醇沉淀多糖，放置过夜后抽滤，真空干燥得到分子量在9549的低分子量海带硫酸多糖产物。

（3）水溶液中草酸钙晶体的生长

草酸钙晶体的生长参照前文进行。

2.结果与讨论

（1）降解LPS影响草酸钙晶体生长的SEM图

图1为添加了降解LPS生成的CaOxa晶体的SEM形貌图。从图中可以看出，当降解LPS多糖浓度为0.3mg/L时，生成了薄片状六边形的COM晶体以及数量较多的聚集体和少量的叉生体(图2-1a)；而当降解多糖c(LPS)=0.6mg/L时，聚集体消失，只有少量的叉生体，且六边形晶体顶角缩短变成八边形(图1b)，这是由于COM晶体的表面是富钙离子晶面，顶角的钙离子与多糖上负电荷硫酸基存在溶解——络合平衡，致使顶角部分钙离子溶解。当降解LPS浓度增大到6mg/L时，生成了棱角清晰的四角双锥形COD晶体(图1c)。

（2）降解LPS影响CaOxa晶体生长的XRD图

图2为不同浓度降解LPS影响草酸钙晶体生长的XRD图。XRD图中在d值为0.593、0.365和0.198nm处出现了归属于COM晶体(101)、(202)、(303)晶面的特征衍射峰，表明这些晶体均为一水草酸钙(COM)晶体(图2a、b)。但是归属于COM晶体(010)晶面的(020)衍射峰并没有出现，说明降解LPS抑制了COM(010)晶面的生长。这是因为LPS含有大量负电荷的硫酸基和褐藻酸，这些带负电荷的硫酸基和羧基更易通过静电作用吸附在COM晶体的富Ca2+离子的(101)面，阻碍了溶液中Ca2+离子向此晶面的运送，使得晶体(101)方向的生长受到抑制。

当降解LPS浓度增大到6mg/L时，XRD谱图不但出现了COM晶体(101)、(202)、(303)晶面的特征衍射峰，而且出现了COD晶体的(200*)和(411*)特征衍射峰，分别归属于COD的(100)面和(101)面(图2c)，定量分析表明诱导生成了52.2%的COD晶体。COD晶体之所以只出现了(100)和(101)面特征衍射峰而没有出现其它的衍射峰，是因为生成的COD晶体尺寸小，而(100)面和(101)面成核能较低，导致这两个晶面优先生长。

随着降解LPS浓度的增大，COM晶体的(101)主衍射峰强度逐渐减小，说明生成的COM晶体的数量逐渐减少，表明降解LPS抑制了COM晶体的生长，减少了COM的数量；而当降解LPS浓度增加到6mg/L时开始出现COD晶体，并且COD晶体的(200*)主衍射峰的强度大于COM晶体的(101)主衍射峰，说明此时的晶体以COD为主要晶相。这表明降解LPS在浓度较大时，不仅抑制了COM晶体的生长，而且促进了COD晶体的生成。

二、结论

本文研究了水溶液中降解LPS对草酸钙晶体生长的影响。当草酸钙晶体的浓度是0.3mol/L时，降解LPS可抑制COM晶体的生长并诱导COD晶体的生成，XRD等实验结果均证明了上述结论，这对于草酸钙型结石病的治疗具有积极的意义。

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