石墨烯納米材料的抗菌性及其對(duì)生物膜形成的影響.pdf

1、納米科學(xué)在20世紀(jì)80年代末新興發(fā)展起來(lái)，它與生命科學(xué)、信息科學(xué)并列為在21世紀(jì)最有前途的三大新科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。納米材料因其納米結(jié)構(gòu)和納米尺度而具有良好的磁性、導(dǎo)電性、光學(xué)性質(zhì)、反應(yīng)活性等，它們的開(kāi)發(fā)應(yīng)用正在促使越來(lái)越多的工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)生革命性的變化。納米材料中碳納米材料是其較大分支，而石墨烯是碳納米材料中近幾年來(lái)發(fā)展迅猛的一大新型材料。石墨烯應(yīng)用在電子、通訊、能源、醫(yī)藥等方方面面，因此石墨烯納米材料和相關(guān)的納米產(chǎn)品在生產(chǎn)、使用和處理過(guò)程中，

2、石墨烯不可避免地會(huì)通過(guò)各種途徑進(jìn)入環(huán)境，其獨(dú)特的物理化學(xué)屬性將可能帶給生態(tài)環(huán)境不可預(yù)期的影響。因此，科研人員在欣賞石墨烯納米材料正面效應(yīng)的同時(shí)，正在對(duì)其可能的負(fù)面生態(tài)效應(yīng)和環(huán)境影響給予越來(lái)越多的關(guān)注。與其他環(huán)境污染物相似，進(jìn)入環(huán)境的石墨烯納米材料，也會(huì)在水圈、大氣圈、土壤圈和生命系統(tǒng)中進(jìn)行一系列復(fù)雜的遷移和轉(zhuǎn)化過(guò)程。水體中的石墨烯將會(huì)發(fā)生很多復(fù)雜的水環(huán)境行為:它們可能分散并穩(wěn)定懸浮在水中，也可能因團(tuán)聚而沉降到底泥中。不論以何種形態(tài)存在的

3、石墨烯，都會(huì)對(duì)水體環(huán)境及水中生物產(chǎn)生影響。
　　生物膜是細(xì)菌為適應(yīng)生存環(huán)境，在生長(zhǎng)過(guò)程中生長(zhǎng)在一定界面上的與懸浮細(xì)胞相對(duì)應(yīng)的存在形式。石墨烯進(jìn)入水體后，微生物生長(zhǎng)的環(huán)境發(fā)生了變化，為了應(yīng)對(duì)這些變化，細(xì)菌生長(zhǎng)狀態(tài)會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化，也可能影響細(xì)菌生物膜的形成。面對(duì)種種問(wèn)題，目前關(guān)于石墨烯納米材料對(duì)生物膜作用的文獻(xiàn)報(bào)道少之又少，因此了解石墨烯納米材料的抗菌性及其對(duì)生物膜的影響迫在眉睫。
　　本研究采用不同濃度的氧化石墨烯和石墨烯(0

4、，10，20，40，80，160 mg/L)對(duì)細(xì)菌的作用進(jìn)行研究，細(xì)菌采用革蘭氏陰性菌和革蘭氏陽(yáng)性菌的代表菌:大腸桿菌和枯草桿菌進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:
　　(1)氧化石墨烯和石墨烯均有較強(qiáng)的抗菌性，并且隨著氧化石墨烯和石墨烯濃度的升高，其抗菌性逐漸增強(qiáng);
　　(2)氧化石墨烯和石墨烯對(duì)細(xì)菌生物膜的形成也有影響:低濃度的氧化石墨烯和石墨烯促進(jìn)細(xì)菌生物膜的形成，高濃度的氧化石墨烯和石墨烯抑制生物膜的形成;
　　(3)通過(guò)

5、XTT實(shí)驗(yàn)和谷胱甘肽(GSH)氧化實(shí)驗(yàn)探討了石墨烯納米材料的抗菌機(jī)制:XTT實(shí)驗(yàn)顯示沒(méi)有吸收，說(shuō)明該納米材料沒(méi)有產(chǎn)生含氧自由基來(lái)對(duì)細(xì)胞進(jìn)行作用;而GSH氧化實(shí)驗(yàn)中:GSH在不同濃度的氧化石墨烯和石墨烯存在時(shí)得到不同程度的氧化，說(shuō)明石墨烯是通過(guò)產(chǎn)生非活性氧自由基來(lái)對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生破壞;
　　(4)通過(guò)死細(xì)胞實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證石墨烯納米材料對(duì)細(xì)菌生物膜形成的影響機(jī)制，初步得到石墨烯納米材料對(duì)細(xì)菌生物膜影響的作用機(jī)制:當(dāng)溶液中氧化石墨烯和石墨烯的濃度

6、較低時(shí)，溶液中的氧化石墨烯和石墨烯起初為均勻的分散液，兩種納米顆粒較少，只有部分浮游細(xì)胞和納米顆粒接觸，然后這些細(xì)胞聚集形成細(xì)胞鏈來(lái)應(yīng)對(duì)，一段時(shí)間后氧化石墨烯和石墨烯會(huì)團(tuán)聚，細(xì)胞鏈會(huì)沉積在納米顆粒表面并且納米顆粒會(huì)對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生膜壓力，進(jìn)而接連產(chǎn)生氧化壓力，從而使細(xì)胞遭到破壞產(chǎn)生死細(xì)胞，這些死細(xì)胞會(huì)為活細(xì)胞提供保護(hù)屏障，使得活細(xì)胞在死細(xì)胞的保護(hù)下繼續(xù)生長(zhǎng)，使得生物膜繼續(xù)形成。但是當(dāng)氧化石墨烯和石墨烯的濃度變高時(shí)，溶液中氧化石墨烯和石墨烯顆粒