纳米光催化杀菌是一种高效、广谱的杀菌技术，相对于目前广泛使用的化学杀菌剂杀菌技术，光催化杀菌能够避免或尽量减少潜在的有毒杀菌副产物的形成，并且在杀菌过程中可以利用太阳光提供能量。光催化杀菌的原理是基于纳米半导体在光激发下能够产生电子和空穴对，而电子和空穴对能够和氧气及水反应产生具有很强氧化作用的活性氧分子，这些活性氧分子能够破坏细胞壁/细胞膜结构、以及细胞内的蛋白质核酸等生物大分子。细胞结构及功能性物质的破坏导致了细胞的死亡。纳米光催化杀菌本质上是一种氧化胁迫作用。目前纳米光催化杀菌的研究对象主要是原核细菌，杀菌机理也主要是以革兰氏阴性菌大肠杆菌作为模型建立的。真核生物与原核生物有很大区别，关于纳米光催化对真核生物杀灭机制并不明确。本论文研究了改性纳米二氧化钛在可见光下对病原真菌和真核模式生物酿酒酵母菌的氧化胁迫杀灭效果和作用机理以及氧化胁迫导致的酵母菌细胞的类趋化运动。　　具有可见光响应及较高的电子空穴对分离效率的改性纳米二氧化钛是抗菌的理想材料。本论文所用的纳米材料是用溶胶凝胶和离子束辅助沉积的方法制备的金属修饰的氮掺杂锐钛矿二氧化钛纳米粉体及纳米薄膜。可见光下钯修饰的氮掺杂二氧化钛(TiON/PdO)纳米粉体对植物病原菌禾谷镰刀菌大型分生孢子和酿酒酵母菌具有很好的杀灭作用。由于TiON/PdO纳米颗粒和禾谷镰刀菌大型分生孢子表面所带的电荷相反，TiON/PdO纳米颗粒可以很好地吸附在孢子表面，这对光催化杀灭孢子有促进作用。荧光染色技术结合相差显微镜观察显示，TiON/PdO纳米颗粒对禾谷镰刀菌大型分生孢子和酵母菌的光催化杀灭机理是光催化产生的活性氧攻击导致细胞壁/细胞膜损伤所致，同时光催化杀灭孢子和酵母菌细胞时并不需要细胞结构的破裂。　　为了实时观察光催化杀灭酵母菌细胞的过程，利用TiON/PdO薄膜构建了可见光照射下的原位显微镜观察技术。这一试验方法是基于薄膜样品建立的光催化反应微室，在荧光相差显微镜下能够一边进行光催化反应一边拍摄细胞光催化杀灭过程中的荧光或者相差照片。以TiON/PdO薄膜为例，原位观察实验首次揭示了可见光照射下光催化杀灭酵母菌过程中细胞液泡的变化。细胞液泡对光催化活性氧攻击的反应首先是体积膨胀，之后缩小，最后在细胞破裂之前液泡消失。原位观察实验和平板计数实验结果一致。酵母菌液泡体积的转变清楚地证明了酵母菌细胞在光催化杀灭过程中存在两个阶段:即起始阶段细胞应急反应时期和细胞难以抵抗光催化氧化攻击的细胞死亡时期。　　通过此技术还发现了光催化对酵母菌细胞的降解作用。在光催化过程中，随着处理时间的增加酵母菌细胞表观面积不断减小。而放置过夜前后细胞表观面积基本不变说明细胞表观面的逐渐减小是由于光催化降解所致，而不是由于细胞破裂物质泄漏所致。光催化过程中还观察到了光对酵母菌细胞的伤害作用。　　在构建的微反应室中，光催化反应产生的活性氧自薄膜表面向上扩散。以氧化镍和氧化银修饰的氮掺杂氧化钛(TiON/NiO，TiON/Ag2O)为例，我们首次在基于改性二氧化钛薄膜的微室中，观察到了可见光照射下光催化驱动酵母菌细胞运动的现象。在初始阶段，超高压汞灯开始照射时，细胞被驱离薄膜表面、到达微反应室的上部。而在终止阶段，停止照射时，细胞又降落到微室底部即薄膜表面。上升阶段细胞翻转次数明显比下降阶段多也说明细胞是被驱动的。随着光催化时间的增加，光催化可以将酵母菌细胞从视场中心驱散到视场边缘。在TiON/Nd2O3，TiON/CuO和TiON/PdO纳米薄膜表面酵母菌细胞也能够运动。无水乙醇杀死的酵母菌细胞和硅油颗粒在微反应室中的运动说明这是一种类趋化运动。羟基自由基高效清除剂叔丁醇对细胞运动的显著影响，说明了羟基自由基是细胞类趋化运动的关键因素。