米曲霉用ZnS和ZnS:3.125%Ce3+纳米粒子的实验与理论研究

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ZnS纳米粒子作为一种新型半导体材料,有着独特的光学性能、电学性能以及生物相容性等,在众多领域有着极其重要的应用价值。然而,在生物应用领域,降低其生物毒性以及提高生物相容性是首要工作。本论文分别采用低温固相法和微生物法合成ZnS纳米粒子,并通过掺杂与表面修饰来改善其性能,利用X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、红外光谱(FTIR)和光致发光光谱(PL)对ZnS纳米粒子的形貌、结构、成分及性能等进行表征,并探讨ZnS样品对米曲霉生长的影响及机理。主要的研究结果有:1.L-半胱氨酸修饰的ZnS(L-cys-ZnS)纳米粒子对米曲霉生长的影响研究本章节,首先通过两步法成功地合成了具有立方闪锌矿ZnS结构、晶粒大小约为4.3 nm的L-cys-ZnS纳米粒子。结果表明,在固体和液体培养基中,L-cys-ZnS纳米粒子均可提高米曲霉的产量。米曲霉的生物量随着L-cys-ZnS纳米粒子浓度的增加而提高,在固体培养基和液体培养基中浓度分别为50μg/m L和25μg/m L达到最大值,这是由于L-cys-ZnS纳米粒子可作为激活剂可以促进菌丝体的生长,同时可以发现在固体培养基(液体培养基)中米曲霉的最佳生物量约为空白对照实验组培养基(无L-cys-ZnS纳米粒子)的1.65(3.74)倍。UV-Vis分析表明,液体培养基中含有L-cys-ZnS纳米粒子和不含L-cys-ZnS纳米粒子的米曲霉的蛋白质含量分别为824.904和467.748μg/m L,这是因为L-cys-ZnS纳米粒子除了提供营养外还促进了米曲霉的代谢。2.微生物法ZnS纳米粒子的合成及其对米曲霉生长的影响研究本章节中,利用米曲霉成功合成了ZnS纳米粒子。XRD和TEM数据表明ZnS纳米粒子具有六方纤锌矿结构并且其晶粒尺寸约为30.0 nm,FTIR证明纳米颗粒表面具有多种有机功能小分子,在生物诊断和成像方面具有广阔的应用前景。在通过MMT法评估ZnS纳米粒子的细胞毒性研究中,当ZnS纳米粒子浓度高达100μg/m L时,细胞存活率为91.5%,这表明,ZnS纳米粒子具有极低的细胞毒性和良好的生物相容性。通过研究ZnS纳米粒子对米曲霉生长的影响,发现ZnS纳米粒子的存在促进了米曲霉的生长,这可以通过米曲霉菌球大小的增加、生物量和胞外蛋白含量的增加以及培养基中营养物质的减少来证明。总之,使用米曲霉合成的ZnS纳米粒子具有环境友好、生物相容性和低毒性的优点。3.ZnS:3.125%Ce3+纳米粒子的制备及其对米曲霉生长的影响研究通过低温固相法合成了稀土元素铈掺杂的ZnS纳米粒子,通过XRD、TEM、PL、UV-Vis等一系列表征手段并结合第一性原理计算研究了Ce3+掺杂对ZnS纳米粒子的晶体结构、晶粒大小、形貌以及光致发光的影响。实验结果显示,样品都具有立方闪锌矿结构,并且晶粒尺寸在4.31–8.85 nm,第一性原理计算表明,掺杂Ce3+后ZnS的禁带宽度变大,这主要是由于Ce3+的4f轨道的出现,使得ZnS的导带区和上价带区向低能方向偏移,最终导致Ce3+掺杂ZnS纳米粒子的带隙增加。将不同浓度的Ce3+掺杂ZnS纳米粒子加入到米曲霉生长的液体培养基中,实验结果显示液体培养基中米曲霉的菌球直径从3.0毫米增至5.5毫米,生物量增加了1.72–2.07倍,以及产生的胞外蛋白的含量提高了1.71–1.99倍,这说明Ce3+掺杂ZnS纳米粒子可以促进米曲霉的生长代谢,对米曲霉或者其它微生物的研究具有极其重要的意义。
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