石墨烯納米材料的抗菌性及其對生物膜形成的影響.pdf

1、納米科學在20世紀80年代末新興發(fā)展起來，它與生命科學、信息科學并列為在21世紀最有前途的三大新科學技術領域。納米材料因其納米結構和納米尺度而具有良好的磁性、導電性、光學性質(zhì)、反應活性等，它們的開發(fā)應用正在促使越來越多的工業(yè)領域產(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發(fā)展迅猛的一大新型材料。石墨烯應用在電子、通訊、能源、醫(yī)藥等方方面面，因此石墨烯納米材料和相關的納米產(chǎn)品在生產(chǎn)、使用和處理過程中，

2、石墨烯不可避免地會通過各種途徑進入環(huán)境，其獨特的物理化學屬性將可能帶給生態(tài)環(huán)境不可預期的影響。因此，科研人員在欣賞石墨烯納米材料正面效應的同時，正在對其可能的負面生態(tài)效應和環(huán)境影響給予越來越多的關注。與其他環(huán)境污染物相似，進入環(huán)境的石墨烯納米材料，也會在水圈、大氣圈、土壤圈和生命系統(tǒng)中進行一系列復雜的遷移和轉(zhuǎn)化過程。水體中的石墨烯將會發(fā)生很多復雜的水環(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，都會對水體環(huán)境及水中生物產(chǎn)生影響。
　　生物膜是細菌為適應生存環(huán)境，在生長過程中生長在一定界面上的與懸浮細胞相對應的存在形式。石墨烯進入水體后，微生物生長的環(huán)境發(fā)生了變化，為了應對這些變化，細菌生長狀態(tài)會發(fā)生相應變化，也可能影響細菌生物膜的形成。面對種種問題，目前關于石墨烯納米材料對生物膜作用的文獻報道少之又少，因此了解石墨烯納米材料的抗菌性及其對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)對細菌的作用進行研究，細菌采用革蘭氏陰性菌和革蘭氏陽性菌的代表菌:大腸桿菌和枯草桿菌進行實驗。實驗結果表明:
　　(1)氧化石墨烯和石墨烯均有較強的抗菌性，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;
　　(2)氧化石墨烯和石墨烯對細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細菌生物膜的形成，高濃度的氧化石墨烯和石墨烯抑制生物膜的形成;
　　(3)通過

5、XTT實驗和谷胱甘肽(GSH)氧化實驗探討了石墨烯納米材料的抗菌機制:XTT實驗顯示沒有吸收，說明該納米材料沒有產(chǎn)生含氧自由基來對細胞進行作用;而GSH氧化實驗中:GSH在不同濃度的氧化石墨烯和石墨烯存在時得到不同程度的氧化，說明石墨烯是通過產(chǎn)生非活性氧自由基來對細胞產(chǎn)生破壞;
　　(4)通過死細胞實驗來驗證石墨烯納米材料對細菌生物膜形成的影響機制，初步得到石墨烯納米材料對細菌生物膜影響的作用機制:當溶液中氧化石墨烯和石墨烯的濃度

6、較低時，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，只有部分浮游細胞和納米顆粒接觸，然后這些細胞聚集形成細胞鏈來應對，一段時間后氧化石墨烯和石墨烯會團聚，細胞鏈會沉積在納米顆粒表面并且納米顆粒會對細胞產(chǎn)生膜壓力，進而接連產(chǎn)生氧化壓力，從而使細胞遭到破壞產(chǎn)生死細胞，這些死細胞會為活細胞提供保護屏障，使得活細胞在死細胞的保護下繼續(xù)生長，使得生物膜繼續(xù)形成。但是當氧化石墨烯和石墨烯的濃度變高時，溶液中氧化石墨烯和石墨烯顆粒