磁性纳米粒子的功能化及与细菌的相互作用的研究

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近年来,随着纳米技术的不断发展,纳米材料在科学技术领域发展迅猛。在众多纳米材料中,磁性材料结合纳米技术形成的磁性纳米材料,得到了广泛的关注和应用。其中,以Fe3O4磁性纳米粒子的表现尤为突出。相比于传统材料,Fe3O4由于其独特的物理、化学以及生物学性质,使其在开发医疗和诊断应用以及解决环境问题等方面有着更为显著的优势,然而,几乎所有这些应用都是基于磁性纳米粒子与无机分子或生物体系间的直接相互作用。因此,了解磁性纳米粒子跟生物体系之间的相互作用有助于更好地利用磁性纳米材料。而细菌作为生物体系中一类简单且常见的生物细胞,对人类的生产生活影响巨大,所以研究磁性纳米粒子与细菌之间的相互作用具有非常重要的科学意义。本文旨在开发出一种适当功能化的磁性纳米粒子,并探讨其与细菌之间的相互作用,该研究为磁性纳米粒子的后续应用奠定理论基础。主要研究内容如下:(1)针对目前功能化磁性纳米粒子合成中先制备磁核再进行改性的两步修饰法存在的步骤繁琐、试剂浪费严重等不足,本文采用简单高效的一步修饰氧化水解法,将FeSO4·7H2O作为唯一铁源,制备出聚乙烯亚胺修饰的磁性纳米粒子——Fe3O4@PEI MNPs。利用场发射扫描电子显微镜、X射线衍射、傅立叶红外光谱、振动样品磁强计、差热分析仪、动态光散射仪等对改性前后的磁颗粒进行表征。结果表明:成功制备出了Fe3O4@PEI MNPs,呈八面体,粒径分布在56.1±0.6 nm,晶型是面心立方尖晶石结构,饱和磁化强度为75 emu/g,矫顽力和剩磁分别为150 Oe和10 emu/g,在pH=310的广泛范围内都是携带正电荷。(2)研究了Fe3O4@PEI MNPs与革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌之间的相互作用。将制备的Fe3O4@PEI MNPs与细菌混合,相互作用后加入外磁场,发现该纳米粒子可以吸附并捕获细菌,用场发射扫描电子显微镜、紫外分光光度计、差热分析仪等探讨了Fe3O4@PEI MNPs对几种细菌的捕获效率,另外,还通过酒精、胰蛋白酶等对细菌表面进行处理,深入研究了该磁性纳米粒子与细菌相互作用的机理。结果表明:Fe3O4@PEI MNPs能够快速高效地捕获浓度较高的细菌;它跟细菌之间的作用力主要是静电吸附,带负电荷的分子组如LPS,蛋白质,肽聚糖在它们的相互作用过程中起重要作用。
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