纳米氧化锌量子点的制备及抗金黄色葡萄球菌功能初探

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金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus,S.aureus)作为生物膜中常见的病原体,其形成的生物膜导致细菌对抗生素产生耐药性,也成为生物膜所引起的一系列临床疾病治疗失败的主要原因。纳米氧化锌量子点(ZnO QDs)是纳米材料进一步改进所得,粒径仅为2-10nm。我们之前的研究发现,ZnO QDs对包括S.aureus在内的许多细菌均具有良好的抗菌活性。为了进一步探索ZnO QDs对S.aureus的抗菌及抗生物膜作用,我们开展了以下3个试验。试验一ZnO QDs的制备及理化性质检测采用溶胶-凝胶法制备ZnO QDs。将氢氧化钾(KOH)与无水醋酸锌(Zn(COOH)2)加入无水乙醇介质中发生反应,随后加入3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)使产物凝胶化,干燥后得到ZnO QDs。使用能量色散光谱(EDS)检测ZnO QDs的元素种类与半定量数据,为了探究制备的ZnO QDs中的官能团,使用了傅里叶变换红外光谱(FTIR)仪对ZnO QDs进行扫描分析。通过扫描电子显微镜(SEM)观察ZnO QDs的微观形态及颗粒大小。还使用了X射线衍射(XRD)法测量制备的ZnO QDs的结晶度及晶体粒径。在具有动态光散射的水性介质中测量ZnO QDs的流体力学直径和zeta电位,以确定ZnO QDs的粒径分布和稳定性。EDS结果显示本试验制备的ZnO QDs纯度高;FTIR结果表明ZnO QDs由O-H、C-H、N-H、C-H2、C-O、Zn-O等7个官能团组成;XRD显示ZnO QDs呈现标准的六角相结构,由SEM、XRD及流体力学直径结果可知ZnO QDs粒径在4-7 nm之间,zeta电位结果显示ZnO QDs稳定性好。试验二ZnO QDs对S.aureus的抗菌及抗生物膜作用的评估本试验将不同浓度的ZnO QDs(0.125 mg/m L、0.25 mg/m L、0.50 mg/m L、1.00mg/m L、2.00 mg/m L)加入到含有S.aureus的培养基中,探究ZnO QDs对S.aureus生长的影响并绘制生长曲线;还采用了结晶紫染色法、光学显微镜染色法以及扫描电镜观察法,探究不同浓度ZnO QDs对S.aureus生物膜形成的影响。从S.aureus的生长曲线结果可以看出,ZnO QDs对S.aureus的生长呈浓度依赖性抑制作用,抑制率为44.70%-80.42%;生物膜试验结果表明,当ZnO QDs浓度大于0.25 mg/m L时能显著抑制生物膜的形成;本试验还发现ZnO QDs以浓度依赖的方式抑制S.aureus的生长及其生物膜的形成。试验三ZnO QDs对生物膜形成相关基因的影响在生物膜试验结果的基础上,选择2.00 mg/m L(高浓度)和0.25 mg/m L(低浓度)的ZnO QDs作用于S.aureus生物膜。并采用实时荧光定量聚合酶链反应(q PCR)法测量S.aureus生物膜初始黏附聚集阶段相关基因(fnb A/B,ica A/B/C/D/R)和扩散阶段相关基因(agr A/C,RNAⅢ)的变化,以进一步探究ZnO QDs对S.aureus生物膜形成相关基因的影响。q PCR结果表明,ZnO QDs可能通过抑制fnb A/B基因的表达,从而抑制生物膜形成的初始黏附阶段;ZnO QDs还可能通过抑制ica A/B/C/D基因的表达,促进ica R的合成,抑制多糖细胞间粘附素的产生,从而达到抑制生物膜聚集的目的;最后,ZnO QDs可以抑制agr A/C基因的表达,导致下游基因RNAⅢ的表达减少,从而减少生物膜的扩散。结论:(1)本试验成功制备了ZnO QDs,稳定性良好;(2)0.25 mg/m L ZnO QDs对S.aureus具有抗菌及抗生物膜作用;(3)0.25 mg/m L ZnO QDs能抑制生物膜形成相关基因的表达。
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