基于氧化石墨烯的银系多重抗菌纳米复合材料的研究

发布时间：2020-04-02 19:32

【摘要】：纳米技术的发展为应对致病菌带来的危害提供了一种全新的解决手段,因为纳米尺度下的抗菌剂拥有更大的比表面积以及更优异的抗菌性能,因此得到了广泛的研究和应用。石墨烯是由二维平面上单个碳原子以sp2杂化紧密堆积而成的2-D蜂窝状纳米晶格材料,氧化石墨烯(GO)属于石墨烯的衍生物,具有比表面积大、吸附性能优异、生物相容性良好等特点,而且对细菌、真菌和植物病原菌具有一定的抑制和杀灭作用,这些优异性能使其成为抗菌复合材料的理想载体,并在生物医学领域中引起了研究者越来越多的关注。。银系抗菌剂具有抗菌谱广、抗菌活性高、耐久性好以及抗耐药性等特点,成为一类备受关注的纳米抗菌剂。本文分别选用单质银纳米粒子和卤化银纳米粒子为纳米抗菌剂,利用GO为银系抗菌剂的载体,且在体系中分别引入接触抗菌的吡啶季铵盐,成功制备了两类具有多重抗菌作用的氧化石墨烯基银系抗菌纳米复合材料。具体内容如下:新型氧化石墨烯基磁性载银纳米复合材料体系:首先通过4-乙烯基吡啶均聚反应和季铵化反应制备含硅烷偶联剂的NPVP季铵化聚合物,然后通过配体交换将NPVP包覆到Fe304表面上,得到表面带正电荷的Fe304@NPVP。利用GO表面的负电荷性质通过静电引力将Fe304@NPVP纳米粒子负载到GO上,然后利用还原剂还原AgN03溶液,得到基于GO的载Ag可回收多重抗菌复合材料(MGO@NPVP-Ag)。利用傅立叶红外光谱仪(FT-IR)、粉末X射线衍射仪(XRD)和透射电子显微镜(TEM)等对制备的MGO@NPVP-Ag的结构和形貌等进行表征分析。Zeta电位测量结果表明,当抗菌复合材料所处微环境从正常生理pH条件转为酸性条件时,MGO@NPVP-Ag具有电荷翻转的能力即材料表面电荷由负电翻转为正电。在纳米系统中引入磁性Fe304 NPs,利用磁场分离可以实现MGO@NPVP-Ag的循环再利用。选用革兰氏阴性菌(大肠杆菌,E.coli)和革兰氏阳性菌(金黄色葡萄球菌,S.aaureus)为实验菌种,对纳米复合材料做了一系列的抗菌性能测试(抑菌圈、最小抑菌浓度和抗菌动力学等实验)。同时选用小鼠胚胎成纤维细胞系分别对抗菌复合材料的细胞毒性进行测试。抗菌实验表明:MGO@NPVP-Ag纳米复合材料具有优异的抗菌活性,接触2 h后对两种细菌的杀菌效率都接近100%。细胞毒性实验表明:MGO@NPVP-Ag纳米复合材料具有良好的生物相容性,即使在25倍MIC的高浓度下(800 μg/mL),NIH-3T3细胞的存活率依然高达75%左右。氧化石墨烯基溴化银纳米复合材料体系:首先以均聚和共聚方式得到P4VP均聚物和P(VP-HEMA)共聚物,然后用1-溴正己烷分别与两种聚合物进行季铵化反应,得到两种季铵盐。随后利用对甲苯磺酸银的溶液分别在两种季铵盐上原位沉淀制备季铵盐包覆的溴化银纳米粒子,利用GO表面的负电荷性质通过静电引力将制备的两种季铵盐包覆的溴化银纳米粒子负载到GO上,得到具有多重抗菌作用的基于GO的两类溴化银纳米复合材料。利用傅立叶红外光谱仪(FT-IR)、粉末X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子能谱仪(XPS)等对制备的两种氧化石墨烯基溴化银纳米复合材料结构和形貌等进行表征分析。选用革兰氏阴性菌(大肠杆菌)和革兰氏阳性菌(金黄色葡萄球菌)分别对两种氧化石墨烯基溴化银纳米复合材料做了一系列的抗菌性能测试(抑菌圈、最小抑菌浓度和抗菌动力学等实验)。同时选用小鼠胚胎成纤维细胞系分别对两种抗菌复合材料的细胞毒性进行测试。抗菌实验和细胞毒性实验表明:GO-NP(VP-co-HEMA)@AgBr 比 GO-NPVP@AgBr 的抗菌活性略强,并且GO-NP(VP-co-HEMA)@AgBr的生物相容性更好,对哺乳动物细胞的毒性更低,复合材料浓度在800 μg/mL时,NIH-3T3细胞的存活率仍然为81.45%,因此在生物医学领域更具有应用前景。
【图文】：

示意图,抗菌机理,机理,示意图

离子的抗菌机理，但至今对其抗菌机理仍然没有得出一致的定论，主要说法包括Ａｇ纳逡逑米粒子对细胞壁膜的直接破坏、ＤＮＡ的破坏、活性氧对膜和ＤＮＡ的破坏、呼吸链的受逡逑阻、胞内蛋白的破坏等生物学作用（如图１．１）［３２］。逡逑１邋Ｄｉｒｅｃｔ邋ｐｈｙｓｉｃａｌ邋ｍｅｍｂｒａｎｅ逡逑ｄａｍａｇｅ邋ａｎｄ邋ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ邋ｏｆ逦２：邋ＲＯＳ－ｂａｓｅｄ邋ｌｉｐｉｄｓ逡逑Ａｇ＋邋ａｎｄ邋．ＡｇＮＰｓ邋ｗｉｔｈ邋ｐｒｏｔｅｉｎｓ逦逦邋ａｎｄ邋ＤＮＡ邋ｄａｍａｇｅ逡逑ｏｆ邋ｒｅｓｐｉｒａｔｏｒｙ邋ｃｈａｉｎ逦ｙ＊－＂＂逡逑厂逦Ｒ0ｓ逦Ａ逡逑Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ邋ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓ逦从逦＾邋Ｖ逡逑Ｈｉｇｈｃ．邋ＡｇＮＰｓ逦－Ｖ逡逑ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ逦＾逡逑＾邋Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ邋ｏｆ邋Ａｇ＋邋ｗｉｔｈ逡逑ｉｎｔｒａｃｅｌｌｕｌａｒ邋ｐｒｏｔｅｉｎｓ逦Ａｇ＇ｂａｓｅｄ邋ＤＮＡ逡逑图１．１邋ＡｇＮＰｓ的抗菌机理示意图逡逑目前主要有两种机理假设：逡逑（１）

示意图,石墨,示意图,纳米粒子

金属纳米材料逡逑纳米材料多指尺寸在１－１００邋ｎｍ之间的无机金属或无机金属氧化物，金属粒子相比，，这种新型纳米材料都具有不同的电子和原子结构，催化、生物医学等领域都具有广泛的应用。近年来，金属纳米粒子、氧化铜等纳米粒子在抗菌领域的应用研宄越来越广泛。Ａｐｐｌｅｒｏｔ的抗菌机理进行了研究，生物扫描电镜显示ＣｕＯ纳米粒子倾向于面然后破坏细胞膜的完整性。同时实验研宄发现，在ＣｕＯ水悬浮
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB33

【参考文献】