DOM存在下水體中氧化銅納米顆粒的抑菌機(jī)制.pdf

1、隨著納米技術(shù)的發(fā)展,納米材料被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、化妝品、涂料、染料、光電設(shè)備、水處理、空氣凈化等方面。納米材料在應(yīng)用、運(yùn)輸、處置的過程中,勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致納米材料隨著大氣沉降、地表徑流、地下滲漏等途徑進(jìn)入環(huán)境,尤其是水體環(huán)境。雖然人工納米顆粒(ENPs)的毒性效應(yīng)以及潛在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)還存在諸多爭(zhēng)議,但已有研究表明,由于納米顆粒的小粒徑、大比表面積、量子尺寸效應(yīng)以及宏觀量子隧道效應(yīng)等特殊的性質(zhì),更容易與動(dòng)物、植物、微生物、細(xì)胞等生物體接觸,在生物體內(nèi)

2、積累富集,導(dǎo)致生物毒性。微生物處于食物鏈的最底端,是最主要的分解者,被廣泛的應(yīng)用于食品、藥品、水質(zhì)凈化以及環(huán)境污染指示生物等。研究ENPs對(duì)微生物的毒性效應(yīng),可以為真核生物的納米安全性研究提供理論依據(jù)。如今,ENPs對(duì)微生物的毒性研究大多都是在蒸餾水配制的培養(yǎng)基中進(jìn)行的。由于納米材料在自然水體中受pH、離子強(qiáng)度、可溶性有機(jī)質(zhì)(DOM)等水化學(xué)條件的影響,ENPs的團(tuán)聚、吸附等性質(zhì)發(fā)生變化,對(duì)生物的毒性也會(huì)發(fā)生變化。本研究擬通過研究水體中

3、DOM影響下的ENPs抑菌效應(yīng),深入探討在自然水體中,ENPs的抑菌機(jī)制。
　　 ENPs的水力半徑小于微米氧化銅粒徑,但表面積遠(yuǎn)大于微米氧化銅。SRFA導(dǎo)致CuO ENPs電負(fù)性增強(qiáng),水力半徑增大。SRFA吸附到CuO ENPs表面,使其表面功能性集團(tuán)吸收峰增強(qiáng)。
　　 ENPs在去離子水配制培養(yǎng)基中的抑菌效應(yīng)研究表明,納米氧化銅顆粒(CuOENPs,10nm)顯著抑制大腸桿菌的生長(zhǎng),2h時(shí)10mg L-1的CuO E

4、NPs抑菌率為49.95％,抑菌率顯著大于大顆粒氧化銅顆粒(1.5μm),且抑菌率隨著時(shí)間與濃度的增大而增大。因此,選用10 mg L-1的CuO ENPs在2h條件下對(duì)細(xì)菌的毒性作用作為下一步毒性機(jī)制實(shí)驗(yàn)條件。
　　 通過TEM、SEM直觀的觀察到CuO ENPs明顯破壞細(xì)胞膜完整性。由于TEM、SEM具有隨機(jī)性的特點(diǎn),進(jìn)一步通過激光共聚焦顯微鏡和流式細(xì)胞儀,利用PI和DAPI染色,證實(shí)了CuO ENPs破壞了細(xì)胞膜的完整性。

5、K+含量作為細(xì)胞膜穩(wěn)定性的指標(biāo),檢測(cè)到CuO ENPs導(dǎo)致K+滲透量升高。同時(shí),TEM、SEM觀察到CuO ENPs進(jìn)入到細(xì)胞內(nèi)部,勢(shì)必會(huì)對(duì)細(xì)胞的生理代謝產(chǎn)生影響。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)CuO ENPs導(dǎo)致細(xì)胞總蛋白質(zhì)含量下降,總DNA含量升高。CuO ENPs未對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生氧化損傷。
　　 自然水體中CuO ENPs對(duì)大腸桿菌抑制率有所下降。富里酸(SRFA)作為典型DOM,用來研究DOM在自然水體抑菌中的作用,當(dāng)SRFA被添加于去離子