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磁性碳载体的构建及其对微生物活性的影响

作　者: 陈林
导　师: 薛正莲
学　校: 安徽工程大学
专　业: 微生物学
关键词: 四氧化三铁 磁性碳载体 蜡样芽孢杆菌 粘质沙雷氏菌 吸附
分类号: Q93
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


磁性碳载体是将Fe3O4纳米材料做为核,无机碳做为壳将其包覆,从而将磁学与纳米技术结合的产物Fe3O4纳米材料变得与生物活性分子相兼容,磁性碳载体在生物医学上可以做为药物的载体,经过磁场导航药物可以通过静脉、口服给药或直接注射等一系列途径定向到达病变发生的部位并释放药物,从而发挥出最佳药效,并且从而减少了药物对肝、脾、肾等产生的副作用。磁性碳载体应用在固定化酶,能够在磁场的作用下调控酶的运动轨迹,酶的催化效率得到了一定的提高,并且有利于酶的回收利用,使得酶可以多次重复利用,大大降低了成本。本文结合磁性碳载体具有优良的应用价值,主要从以下几个方面进行了研究。(1)水热法制备了Fe3O4纳米粒子并用X射线衍射扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope SEM)(X-Ray Diffractometer, XRD)、透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope TEM)、和超导量子干涉仪(Superconductivity QUantum Interference Device, SQUID)对产品的结构、形貌和磁学性质进行了表征。结果显示以草酸亚铁为铁源制备的Fe3O4效果不佳。而以氯化亚铁为铁源制备的两种Fe3O4纳米颗粒较小分别为10-20nm和50nm,具有超顺磁性,并选取这两种材料做抑菌实验,以水合肼为沉淀剂制备的Fe3O4纳米材料浓度为7mg/mL和9mg/mL时,分别对地衣芽孢杆菌和大肠杆菌的抑菌率可达100%,以氨水为沉淀剂制备的Fe3O4纳米材料浓度为5mg/mL和7.5mg/mL时分别对蜡样芽孢杆菌和粘质沙雷氏菌的抑菌率达到100%,此两种Fe3O4具有良好的抑菌效果。同时进一步说明用无机碳将其包覆的必要性。(2)以乙酰丙酮铁、二茂铁为铁源,葡萄糖、蔗糖为碳源氨水为沉淀剂,水热法合成磁性碳载体,并对制备出的几组Fe3O4@C纳米粒子样品进行微观表征,利用扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)、红外光谱(Infrared Spectrometry,IR)、X射线衍射(X-Ray Diffractometer,XRD)对制备出的Fe3O4@C纳米粒子样品的形貌和结构进行表征,用SQUID对样品进行磁性测试。测试结果显示制备出的纳米粒子与标准的Fe3O4纳米粒子的XRD谱图大体上相符,说明磁性碳载体内部为Fe3O4,磁性碳载体尺寸大部分在100nm以内,红外图谱显示磁性碳载体上有着大量的仲胺基团、羰基、羟基、酰胺基等极性基团。这些基团将可以在生物分子相连接,在生物领域有着广泛的应用。其中以2mol乙酰丙酮铁和2mol葡萄糖制备的磁性碳载体,即5号样品,大小均匀,粒子尺寸30nm,饱和磁化强度为81.3emu/g,矫顽力为4.90Oe,剩磁为6.25emu/g,具有超顺磁性。从XRD图中看出其碳包覆效果最佳。(3)对所制备的5-8号样品抗酸性实验显示,5号样品的抗酸性效果最好,证明了5号样品包覆效果最佳。5号样品在1mol/L的盐酸中7个小时,完全未变色,并还具有磁性,抗酸效果优越。在生物和固定化酶上有着广泛的应用前景。(4)磁性碳载体与微生物有很好的相容性,在固体和液体培养基中加入磁性碳载体后,微生物蜡样芽孢杆菌和粘质沙雷氏菌的生长完全没有受到任何的抑制,说明所制备的磁性碳载体可以在生物上广泛应用。材料的稳定性实验显示材料可以反复使用5次,对生物无任何抑制作用,磁性碳载体对微生物产酶研究显示,酶活完全没有受到抑制。并做此实验的同时发现发酵液中一部分酶会被吸附在磁性碳载体上,酶活在1.6U/mL以上,具有比较高的酶活。(5)研究了磁性碳载体在不同浓度、时间、pH、温度与对磷脂酶A1量吸附率的关系,得出结论为在15mg/mL、pH为7、温度为20℃吸附90min时吸附量达到最大,为0.03ug,占1mL酶液含酶量的33%,吸附效率较佳。在最优条件下,吸附的酶活为15U/mL,比游离酶的酶活提高了25%。对吸附磷脂酶A1的磁性碳载体进行稳定性测试,结果显示连续使用3次酶活都比较稳定,具有诱人的应用前景,

全文目录


摘要  5-8
ABSTRACT  8-16
第一章 绪论  16-22
  1.1 纳米材料  16
  1.2 磁性纳米材料的简介  16
  1.3 Fe_3O_4@C(磁性碳载体)纳米材料  16-17
  1.4 纳米材料Fe_3O_4的制备  17-18
    1.4.1 超声沉淀法  17
    1.4.2 络合物分解法  17-18
    1.4.3 水热法  18
    1.4.4 高温分解法  18
    1.4.5 高能球磨法  18
    1.4.6 溶胶-凝胶法  18
  1.5 Fe_3O_4@C纳米材料的制备  18-19
  1.6 纳米材料的应用  19-20
    1.6.1 纳米材料在结构件领域的应用  19
    1.6.2 纳米材料在纺织品中的应用  19
    1.6.3 纳米材料作为抗菌剂在在环境上的应用  19-20
    1.6.4 纳米材料在建材上的应用  20
    1.6.5 磁性纳米材料治疗疾病  20
    1.6.6 磁性纳米材料在固定化酶的应用  20
  1.7 研究目的、研究意义  20-22
第二章 纳米材料Fe_3O_4的制备  22-31
  2.1 材料方法  22-24
    2.1.1 药品和仪器  22
    2.1.2 实验方法  22-24
      2.1.2.1 以草酸亚铁为铁源制备磁性纳米材料Fe_3O_4  22-23
        2.1.2.1.1 FeC_2O_4原料的制备  22
        2.1.2.1.2 Fe_3O_4纳米材料的制备  22
        2.1.2.1.3 反应温度Fe_3O_4材料形成的影响  22-23
        2.1.2.1.4 不同量的PEG200对Fe_3O_4材料形成的影响  23
        2.1.2.1.5 用氢氧化钠和乙醇混合液替代水合肼对Fe_3O_4材料形成的影响  23
      2.1.2.2 以氯化亚铁为铁源采用不同沉淀剂制备磁性纳米材料Fe_3O_4  23-24
        2.2.1.2.1 Fe_3O_4纳米粒子材料的合成  23-24
  2.2 结果分析  24-30
    2.2.1 FeC_2O_4的制备  24
    2.2.2 不同反应温度对Fe_3O_4材料形成的影响  24-26
      2.2.2.1 110℃条件下所制的的产品进行XRD表征  24-25
      2.2.2.2 不同温度下Fe_3O_4纳米材料的电镜图像  25-26
    2.2.3 不同量的PEG200对产物的影响  26
    2.2.4 用氢氧化钠和乙醇混合液替代水合肼对Fe_3O_4材料形成的影响  26-27
    2.2.5 以水合肼为沉淀剂所制备的Fe_3O_4纳米材料的形貌和结构表征  27-28
    2.2.6 以水合肼为沉淀剂所制备的Fe_3O_4纳米材料的磁性表征  28-29
    2.2.7 以氨水为沉淀剂所制备Fe_3O_4纳米材料的形貌和结构表征  29-30
    2.2.8 以氨水为沉淀剂所制备Fe_3O_4纳米材料的磁性曲线  30
  本章小结  30-31
第三章 未包覆碳Fe_3O_4纳米材料对微生物活性的影响  31-40
  3.1 材料与方法  31-32
    3.1.1 实验材料  31
    3.1.2 培养基  31
    3.1.3 实验方法  31-32
      3.1.3.1 牛津杯法抑菌实验  31
      3.1.3.2 比浊法抑菌实验  31-32
  3.2 结果与分析  32-39
    3.2.1 水合肼为沉淀剂制备的Fe_3O_4纳米材料抗菌实验结果  32-34
      3.2.1.1 牛津杯法抑菌实验  32-33
      3.2.1.2 比浊法抑菌实验  33-34
    3.2.2 氨水为沉淀剂制备的Fe_3O_4纳米材料抗菌实验结果  34-39
      3.2.2.1 牛津杯法抑菌实验结果  34-36
      3.2.2.2 Fe~(3+)对沙雷氏菌及蜡样芽孢杆菌的影响  36-37
      3.2.2.3 比浊法结果  37-39
  本章小结  39-40
第四章 Fe_3O_4@C纳米粒子的制备  40-49
  4.1 材料与方法  40-42
    4.1.1 实验药品与仪器  40
    4.1.2 实验方法  40
    4.1.3 Fe_3O_4@C纳米粒子的制备  40-41
    4.1.4 样品表征及磁性测试  41-42
  4.2 结果与分析  42-48
    4.2.5 Fe_3O_4@C纳米粒子表征  42-48
      4.2.5.1 160℃条件下制备的Fe_3O_4@C纳米粒子SEM图  42-43
      4.2.5.2 240℃条件下制的Fe_3O_4@C纳米粒子SEM  43-44
      4.2.5.3 240℃条件下制的Fe_3O_4@C纳米粒子的XRD表征结果  44-45
      4.2.5.4 240℃条件下制备的Fe_3O_4@C纳米粒子IR表征结果  45-46
      4.2.5.5 240℃条件下制备的Fe_3O_4@C纳米粒子的磁性测试结果  46-48
  本章小结  48-49
第五章 磁性碳载体破坏性试验  49-54
  5.1 材料和方法  49-50
    5.1.1 试验仪器与药品  49
    5.1.2 实验方法  49-50
      5.1.2.1 以TTEG为溶剂制备的磁性碳载体抗酸性实验  49
      5.1.2.2 5-8号样品的抗酸性实验  49
      5.1.2.3 5号样品抗酸性实验  49-50
  5.2 结果与分析  50-53
    5.2.1 以TTEG为溶剂制备的磁性碳载体抗酸性实验结果  50
    5.2.2 5-8号样品抗酸性实验结果  50-52
    5.2.3 5号样品抗酸性实验  52-53
  本章小结  53-54
第六章 磁性纳米材料对微生物活性影响  54-63
  6.1 材料与方法  54-57
    6.1.1 实验材料  54
    6.1.2 培养基  54
    6.1.3 平板法考察磁性碳载体对微生物的影响  54
    6.1.4 比浊法考察磁性碳载体对微生物的影响  54-55
      6.1.4.1 不同磁性碳载体的量对微生物的影响  55
      6.1.4.2 磁性碳载体对微生物生长影响的稳定性实验  55
    6.1.5 磁性碳载体对微生物产酶活的影响  55-57
      6.1.5.1 酶活的测量原理  55
      6.1.5.2 制作棕榈酸铜皂标准曲线  55
      6.1.5.3 测酶活的具体实验方法  55-56
      6.1.5.4 不同量的材料对酶活的影响  56
      6.1.5.5 材料上酶活的稳定性实验  56
      6.1.5.6 材料的浓度对材料上酶活的影响  56-57
  6.2 结果与讨论  57-62
    6.2.1 平板法考察磁性碳载体对微生物影响结果  57-58
    6.2.2 比浊法考察磁性碳载体对微生物的影响  58-60
      6.2.2.1 不同浓度磁性碳载体对微生物的影响  58-59
      6.2.2.2 磁性碳载体对微生物生长影响的稳定性实验结果  59-60
    6.2.3 棕榈酸标准曲线的制备  60
    6.2.4 不同浓度磁性碳载体对微生物产酶的影响  60-61
    6.2.5 材料上酶活的稳定性实验  61-62
    6.2.6 材料的浓度对材料上酶活的影响  62
  本章小结  62-63
第七章 磁性碳载体对磷脂酶A1酶活性的影响  63-69
  7.1 材料与方法  63-65
    7.1.2 实验药品和仪器  63
    7.1.3 实验方法  63-64
      7.1.3.1 考马斯亮蓝定量测定血红蛋白含量  63-64
        7.1.3.1.1 血红蛋白的配制  63
        7.1.3.1.2 蛋白质考马斯亮蓝的配制  63-64
        7.1.3.1.3 标准曲线的制备  64
    7.1.4 测酶活的具体实验方法及计算方法  64
    7.1.5 不同浓度、时间、温度、pH对磁性碳载体吸附磷脂酶A1的影响  64
      7.1.5.1 不同浓度磁性碳载体可以吸附磷脂酶A1  64
      7.1.5.2 不同时间对磷脂酶A1吸附量的影响  64
      7.1.5.3 不同的温度对磷脂酶A1吸附量的影响  64
      7.1.5.4 不同pH的对磷脂酶A1吸附量的影响  64
    7.1.6 最优条件下磁性碳载体吸附的磷脂酶A1酶活的测量  64-65
    7.1.7 磁性碳载体吸附磷脂酶A1的稳定性实验  65
  7.2 结果与讨论  65-68
    7.2.1 考马斯亮蓝测定蛋白质含量的标准曲线  65
    7.2.2 不同浓度磁性碳载体对磷脂酶A1吸附量的影响  65-66
    7.2.3 不同的吸附时间对磷脂酶A1酶吸附量的影响  66
    7.2.4 不同温度对磷脂酶A1吸附量的影响  66-67
    7.2.5 不同pH的对磷脂酶A1吸附量的影响  67
    7.2.6 最优条件下磁性碳载体吸附的磷脂酶A1酶活的测量  67-68
    7.2.7 磁性碳载体吸附磷脂酶A1的稳定性实验  68
  本章小结  68-69
第八章 结论与展望  69-72
  1. 研究结论  69-70
  2. 创新之处  70-71
  3. 下一步的工作计划  71-72
参考文献  72-78
攻读硕士学位期间发表的文章  78-79
致谢  79

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中图分类: > 生物科学 > 微生物学
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