纳米银防污剂制备及其对海洋微生物附着的抑制

发布时间：2018-03-05 17:02

本文选题：生物污损　切入点：生物膜　出处：《上海海洋大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：海洋污损生物(marine fouling organisms)是生长在海洋船舶及其他设施表面的动物、植物和微生物的总称。污损生物普遍存在于海洋中,它会污损材料表面,并进而产生生物腐蚀。生物污损和腐蚀协同作用,降低人工设备的使用性能以及使用寿命;生物污损由细菌组成的生物膜诱导发生,故抑制生物膜的形成是解决生物污损的一个手段。本文利用新兴纳米银技术研究海洋细菌生物膜的附着抑制问题,通过分析不同粒径纳米银的抑菌能力,设计制备了二氧化硅载负纳米银和二氧化硅包覆纳米银两种复合粒子材料,研究了其对需钠弧菌(革兰氏阴性菌)和枯草芽孢杆菌(革兰氏阳性菌)的抑制的机制,分析了两种材料的抑菌性能,进一步探讨了两种不同的结构的抑菌性能及机理。主要结果如下:(1)采用二甲苯为溶剂和稳定剂,以油胺还原硝酸银制备纳米银粒子,该方案制备的纳米银粒径分布较均匀,大小约为20nm、50nm、80nm,油胺还原硝酸银制备纳米银溶胶的适宜反应温度为:油浴120℃。对革兰氏阴性菌(需钠弧菌)和革兰氏阳性菌(枯草芽孢杆菌)的抑菌实验表明,50nm直径的纳米银对细菌的抑制能力最好,20nm直径的次之,80nm直径的最差。实验结果显示:并不是纳米银颗粒直径越小,抑菌能力越好,这可能是因为80nm直径的纳米银不能进入细胞内部,而20nm直径和50nm直径的纳米银可以进入,但是20nm直径的纳米银氧化速度快于50nm直径的纳米银,造成其表面氧化物堆积,影响ROS的持续生成,故20nm直径的纳米银抑菌效果小于50nm直径的纳米银。相同粒径纳米银的抑菌能力呈现浓度依赖性。革兰氏阴性菌对纳米银更加敏感。革兰氏阳性菌的肽聚糖层阻碍了纳米银的抑菌作用有。(2)在碱性环境下,利用TEOS作为二氧化硅源,异丙醇作为溶剂,氨水作为催化剂,制备出了粒径分布在200~300nm的均匀球形纳米二氧化硅颗粒。并以此二氧化硅颗粒为载体,聚多巴胺层作为粘附剂和还原剂,制备出二氧化硅载负纳米银,其具有核-壳-卫星结构。其中聚多巴胺层厚为30nm左右,表面的纳米银颗粒直径约为50nm左右。抑菌实验结果显示,二氧化硅载负纳米银复合粒子对需钠弧菌(革兰氏阴性细菌)和枯草芽孢杆菌(革兰氏阳性细菌)最小抑菌浓度分别为为0.38mg/m L和0.54mg/m L。生长曲线实验表明,其对两种细菌均有具有明显的抑制生长的效果,且前三天的抑菌效果最好。ROS实验和DNA损伤实验表明,其可以利用自身产生的ROS来损伤细菌的DNA,造成DNA损伤,影响其生理功能。透射电镜分析表明,从二氧化硅上脱落的纳米银颗粒可以进入需钠弧菌内部,进而对其内部产生损伤,但枯草芽孢杆菌并没有这种现象,说明,枯草芽孢杆菌抑菌效果的产生是依靠ROS过膜带来的氧化损伤以及银离子带来的损伤,而需钠弧菌抑菌效果则来源于纳米银过膜带来的ROS氧化作用,以及膜外ROS损伤细胞膜,进入细胞带来氧化作用和银离子损伤的共同作用。在实验室人工培养的菌液环境下,7天后仍无细菌附着在涂装有二氧化硅载负纳米银的实验样片的表面,其抑制细菌附着的效果良好。(3)十六烷基三甲基溴化铵作为模板的同时将硅酸四乙酯制备成纳米二氧化硅颗粒。然后将氢氧化钠作为碱性催化剂,利用甲醛来还原硝酸银制备纳米银,得到核-壳结构的二氧化硅包覆纳米银复合粒子,其粒径大小约为250nm,内置的纳米银粒径为50nm左右。抑菌实验表明,二氧化硅包覆纳米银复合粒子需钠弧菌(革兰氏阴性细菌)和枯草芽孢杆菌(革兰氏阳性细菌)最小抑菌浓度分别为为0.58mg/m L和0.68mg/m L。生长曲线实验表明,其对两种细菌均有具有明显的抑制生长的效果,且实验后期抑菌效果较好。ROS实验和DNA损伤实验表明,其同样可以利用自身产生的ROS来损伤细菌的DNA,造成DNA损伤,影响其生理功能。透射电镜分析表明,两种细菌都没有纳米银进入到细菌内部,说明这种材料对于两种细菌的抑菌效果的产生是依靠ROS过膜带来的氧化损伤(包括细胞膜)以及银离子带来的损伤,而需钠弧菌抑菌则由于没有肽聚糖层的,导致其对这种材料更加敏感。同样在实验室人工培养的菌液环境下,7天后也无细菌附着在涂装有二氧化硅包覆纳米银的实验样片的表面,其抑制细菌附着的效果良好。抑菌实验表明,二氧化硅包覆纳米银减缓了氧化过程,维持了更长久的ROS的输出,显示出了一定的缓释性。
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【学位授予单位】：上海海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ637;TB383.1

【参考文献】