纳米棒状二氧化铈与枯草芽孢杆菌的相互作用：机制与启示

发布时间：2017-09-14 10:22

  本文关键词：纳米棒状二氧化铈与枯草芽孢杆菌的相互作用：机制与启示

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【摘要】：进入21世纪纳米科技得到了飞速发展,截止目前已有大量的人工纳米材料应用于各行各业之中:工业、生物医药以及日用品种。纳米级二氧化铈作为镧系最为重要的一类稀土二氧化物粒子,由于其具有独特的氧化还原能力而被广泛应用于各个领域。目前关于纳米二氧化铈的生物效应的研究正逐渐成为大众关注的热点,已有诸多关于其性质的矛盾的报道,其生物效应的界定一时之间变得异常模糊。本文以枯草芽孢杆菌为受试模式生物,探索了棒状纳米二氧化铈的细菌生物学效应及其可能的毒性机制:通过离子,颗粒转移培养介质等方式探索毒性归属。开展了以下工作:(1)自主合成的不同形貌和粒径的纳米二氧化铈。采用水热法合成了粒径与形貌均一的纳米棒,采用沉淀法合成25 nm的二氧化铈八面体。(2)选用四种模式生物:大肠杆菌、恶臭假单胞菌、金黄色葡萄球菌以及枯草芽孢杆菌,作为受试菌体考察不同物种对以上合成的纳米二氧化铈转化能力的探索。结论是:无论是何种受试菌种均未能造成25 nm二氧化铈的转化,而枯草芽孢杆菌和金黄色葡萄球菌却可以造成不同程度的棒状纳米二氧化铈的转化。(3)初步考察了棒状纳米二氧化铈及其离子对枯草芽孢杆菌造成毒性结果的机制。实验结果表明,Ce~(3+)离子在毒性效应中占据主要作用。而不同的介质(LB和K-medium)对其毒性强弱的影响很大。(4)探索了不同浓度棒状纳米二氧化铈及其离子对生物膜形成以及对成熟生物膜解离的影响,发现:随着纳米材料浓度的增加,其对生物膜的生物量以及膜的形成起到明显的抑制作用。细菌分泌的胞外聚合物对纳米材料以及离子破坏生物膜起到缓解保护的作用。
【关键词】：纳米棒状二氧化铈 枯草芽孢杆菌 细胞毒性 培养介质 生物膜
【学位授予单位】：华南农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：Q93-3;O614.332
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 1 前言9-26
• 1.1 纳米材料的性质及其生物安全性研究现状9-13
• 1.1.1 纳米材料的定义9
• 1.1.2 纳米材料的特性9-11
• 1.1.3 纳米材料的应用11-13
• 1.2 纳米材料的生物效应及安全性研究现状13-21
• 1.2.1 纳米材料生物安全性的提出13-15
• 1.2.2 纳米材料生物效应研究现状15
• 1.2.3 纳米材料的正面生物效应15-16
• 1.2.4 纳米材料的负面生物效应16-21
• 1.3 纳米二氧化铈研究现状21-23
• 1.3.1 纳米二氧化铈概述21-22
• 1.3.1.1 二氧化铈的结构21
• 1.3.1.2 二氧化化铈的性质21-22
• 1.3.2 纳米二氧化铈的应用22
• 1.3.3 纳米二氧化铈的生物效应22
• 1.3.4 纳米二氧化铈对环境生物的生物效应22-23
• 1.4 目前存在的问题23-24
• 1.5 研究目的及意义24-25
• 1.6 主要研究内容25-26
• 1.6.1 纳米二氧化铈的合成25
• 1.6.2 筛选可以还原CeO_2的菌种25
• 1.6.3 细胞毒性试验25
• 1.6.4 激光共聚焦显微镜实验（Confocal Laser Scanning Microscope，简称CLSM）25-26
• 2 材料和方法26-38
• 2.1 材料和仪器26-27
• 2.1.1 试剂26
• 2.1.2 实验耗材26-27
• 2.1.3 主要仪器27
• 2.1.4 菌种27
• 2.2 不同粒径二氧化铈的合成27-28
• 2.2.1 25nm二氧化铈的合成27-28
• 2.2.2 棒状二氧化铈的合成28
• 2.3 材料的表征28-30
• 2.3.1 形貌及粒径的表征28-29
• 2.3.2 XRD分析晶体结构29
• 2.3.3 纳米CeO_2的化学特性分析29
• 2.3.4 水动力学直径和Zeta电位测定29-30
• 2.4 不同细菌对棒状纳米二氧化铈转化的研究30-34
• 2.4.1 溶液的配制30
• 2.4.2 细菌活化以及培养30-31
• 2.4.3 生物材料扫描电子显微镜观察31
• 2.4.4 生物材料透射电子显微镜观察31-33
• 2.4.5 电感耦合等离质谱（ICP-MS）33
• 2.4.6 X射线近边吸收结构（XANES）33-34
• 2.5 枯草芽孢杆菌与棒状二氧化铈的毒性机制的研究34-38
• 2.5.1 枯草芽孢杆菌生长曲线的绘制34
• 2.5.2 不同介质中n-rod CeO_2以及Ce~(3+)对枯草芽孢杆菌的毒性效应34-36
• 2.5.3 枯草芽孢杆菌生物膜的定量测试36
• 2.5.4 胞外聚合物对生物膜的影响36-37
• 2.5.5 激光共聚焦显微镜成像（CLSM）37-38
• 2.6 统计分析38
• 3 结果与分析38-66
• 3.1 纳米二氧化铈的合成与表征38-45
• 3.1.0 概述38-40
• 3.1.1 SEM以及TEM表征40
• 3.1.2 XRD物相结构分析40-41
• 3.1.3 纳米CeO_2的化学特性分析41-43
• 3.1.4 颗粒在水中的粒径及Zeta电位分析43-45
• 3.1.5 讨论与总结45
• 3.2 纳米二氧化铈与微生物的相互作用45-53
• 3.2.1 生物材料扫描电子显微镜观察45-47
• 3.2.2 生物材料透射电子显微镜观察47-48
• 3.2.3 电感耦合等离子质谱分析Ce含量48-49
• 3.2.4 同步辐射X射线近边吸收检测（XANES）49-53
• 3.3 枯草芽孢杆菌与棒状二氧化铈的相互作用的研究53-66
• 3.3.1 概述53
• 3.3.2 枯草芽孢杆菌生长曲线53-55
• 3.3.3 枯草芽孢杆菌在不同介质中的毒性效应55-60
• 3.3.4 生物膜实验60-63
• 3.3.5 激光共聚焦显微镜成像63-66
• 4 结论与展望66-69
• 4.1 结论66-67
• 4.2 工作创新点67-68
• 4.3 展望68-69
• 致谢69-70
• 参考文献70-80
• 附录攻读硕士学位期间的科研成果80

【参考文献】

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本文编号：849462