M13噬菌体-银纳米粒子复合材料的制备及其在杀菌和铬检测中的应用研究

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M13噬菌体是一种柔性丝状病毒,其表面由2700个拷贝的主要衣壳蛋白pⅧ蛋白以螺旋形式包裹,而两端则分别以pⅢ、pⅥ和pⅦ、pⅨ等次要衣壳蛋白封口。由于M13噬菌体具有高度规则的结构特征,以其为模板已成功合成出多种新型功能材料,如燃料电池、组织再生材料、纳米金属催化剂、药物传输载体等。本文利用M13噬菌体衣壳蛋白的还原性特性,在碱性条件下原位合成银纳米粒子(Silver nanoparticles,AgNPs),得到M13噬菌体-银纳米粒子复合材料,并考察了其在杀菌及Cr3+检测中的应用。细菌耐药性的发展使得细菌感染的治疗难度不断增加,因此发展一种广谱强效的杀菌材料意义重大。银纳米粒子具有广谱杀菌性能,它通过与细菌细胞壁、膜蛋白、DNA和酶相互作用而达到理想的杀菌效果。本文将M13噬菌体-银纳米粒子复合材料用于杀菌实验。实验结果显示,M13噬菌体-银纳米粒子复合材料对革兰氏阳性菌(金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌)和革兰氏阴性菌(肠出血性大肠杆菌、铜绿假单胞菌)在短时间内均能达到较强的杀菌效果。浓度杀菌曲线表明复合材料浓度在1.4-86.4 μg mL-1内时,浓度越大,对四种细菌的杀菌效果越显著。扫描电子显微镜(SEM)、碘化丙啶(PI)染色、活性氧(ROS)检测等表征结果显示,复合材料可破坏细菌的细胞壁和细胞膜,刺激细菌内部产生ROS,从而达到显著的杀菌效果。利用银纳米粒子的表面等离子体共振(SPR)效应,本文考察了 M13噬菌体-银纳米粒子复合材料对重金属离子Cr3+的传感性能。Cr3+的加入会引起体系中银纳米粒子的团聚,使银纳米粒子的SPR特征吸收峰发生红移,同时,裸眼也可观察到体系颜色由浅黄逐变为无色。透射电子显微镜和动态光散射表征结果证实了 Cr3+诱导的银纳米粒子团聚现象。以600nm和405nm处吸光度比值对可引起体系中银纳米粒子团聚的Cr3+浓度进行定量,获得了较好的线性关系。在最优的实验条件下,此方法检测Cr3+的线性范围为 0.02-0.50 μmol L-1,线性相关系数 R2 为 0.998,检出限为 14 nmol L-1(3σ/k,n=11),精密度为1.1%(0.20μmol L-1,n=7)。本方法对Cr3+具有较好的选择性,并可用于实际水样中Cr3+含量的测定。
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