医用纳米金属及其氧化物的制备、性能与抗菌应用研究进展

抗生素在临床抗菌中发挥越来越重要作用,然而,其滥用也带来了毒副反应、出现耐药病原、免疫力降低等问题,临床亟需新的抗菌方案。近年来,纳米金属及其氧化物由于广谱抗菌活性而受到广泛关注,纳米银、纳米铜、纳米锌及其氧化物等逐渐应用于生物医用领域。本文介绍了纳米金属材料分类和导电、超塑延展、催化、抗菌等基本性能;概述了物理法、化学法和生物法等常见制备技术;总结了细胞膜、氧化应激、破坏DNA和降低细胞呼吸等4种主要抗菌机理;并综述了纳米金属及其氧化物的尺寸、形状、浓度和表面化学特性对抗菌有效性的影响以及细胞毒性、遗传毒性、生殖毒性等生物安全性的研究现状。尽管目前纳米金属及其氧化物已在医用抗菌、癌症治疗等临床领域得到应用,但诸如绿色制备工艺开发、抗菌机理完善、生物安全性改进以及应用领域拓展仍有待深入探索。     

拉曼光谱技术在微生物学中的应用

拉曼光谱具有快速、灵敏、无损、实时监测等显著特点,在微生物学领域得到广泛应用。分别介绍共焦显微拉曼光谱、共振拉曼光谱、表面增强拉曼光谱、拉曼成像、相干反斯托克斯拉曼光谱、激光镊子拉曼光谱和Raman-FISH的原理和特点,并重点总结和分析不同拉曼光谱技术在微生物的结构、化学组成,以及代谢过程等相关研究中的应用优势。合理利用这些技术在基础微生物、发酵微生物和微生物诊断等方面具有潜在的应用价值。     

金溶胶基底的 SERS 增强效果的实验研究

本文以结晶紫作为探针分子,研究了以金溶胶膜、pH ＝6以及 pH ＝13的金溶胶溶液为活性基底的表面增强拉曼光谱的增强效果。采用化学还原法制备金溶胶,加入氢氧化钠改变其 pH 值,并以自组装法制备金溶胶膜。通过比较金溶胶膜、pH ＝6及 pH ＝13时金溶胶溶液的增强因子以及在这三种金溶胶基底上结晶紫的检测限,分析不同活性基底增强效果的差异。三种活性基底的增强因子分别可达到5．9×103、1．5×105、2．3×107,pH ＝13的金溶胶溶液有最佳的增强效果。以这三种金溶胶为基底对结晶紫进行表面增强拉曼光谱探测,可得到检测限为70．7 nmol／L、9．6 nmol／L、1．8 nmol／L。结果表明,金溶胶溶液的增强效果明显优于金溶胶膜,而通过改变金溶胶体系的 pH 值可以改变金纳米颗粒的聚合程度及对探测物的吸附特性从而获得更高灵敏度的活性基底。     

纳米银的抗菌机制及临床应用研究

纳米银因具备抗菌谱广、效果好、安全性高等特性,其医疗制品在临床治疗方面应用广泛。现普遍认为纳米银可通过释放银离子(Ag+)和诱导活性氧自由基的表达等方式达到杀菌目的,但其发挥抗菌作用的效果受到表面正电荷和粒子直径等因素影响。本文就纳米银的抗菌机制及临床实践应用进行综述,对现有的各种抗菌材料进行分类,重点探讨纳米银对金黄色葡萄球菌、大肠埃希菌、白假丝酵母菌和铜绿假单胞菌的杀菌和抑菌原理,以及其在抗菌过程中的影响因素,并阐述了纳米银及其复合材料在临床实践中的应用,以期为纳米银抗菌应用方面的后续研究提供一些参考。     

纳米银胶/壳聚糖复合抗菌剂的制备及其在洗涤产品中抗菌性能

本文研究了纳米银胶/壳聚糖抗菌剂的制备及其形貌的表征分析,以大肠杆菌为代表菌株,研究了复合抗菌剂在洗涤产品中的抗菌效率及抗菌的稳定性,结果说明复合抗菌剂在洗涤产品中添加1.0%时,其抗菌效率达99%,经180 d长期分析,其抗菌活性仍保持95%左右。此外,复合抗菌剂对不同菌株的抗菌性能也均较强。     

银胶浓度对电穿孔获取细胞内表面增强拉曼光谱的影响

探究了银胶浓度对于电穿孔导入银纳米粒子获取细胞内表面增强拉曼光谱(SERS)的影响.对6组含有不同浓度银胶的鼻咽癌细胞C666进行电穿孔,测量电穿孔后活细胞内表面增强拉曼光谱.以测得的SERS信号、光谱强度积分值和谱线重复性为指标,研究银胶浓度对电穿孔获取细胞内SERS的影响,对电穿孔后活性C666细胞内SERS平均光谱进行初步谱峰归属.在脉冲电场强度875 V/cm,脉冲持续时间1 ms,电脉冲2次的条件下,每500μl电击缓冲液中含有50μl银胶时测得的细胞内SERS光谱信噪比高,且光谱具有较好的重复性.结果说明,正确选择银胶浓度可以提高电穿孔-SERS效果,获取高质量的活细胞内SERS信号.此研究有助于扩展表面增强拉曼光谱的应用,包括实时检测分析活细胞内生化成分及分布,实时监测细胞生化变化过程等.     

Ag/TiO2纳米材料对烟曲霉的抑制作用及机制

目的 合成Ag/TiO2纳米材料,对其进行表征测定,并探讨其对烟曲霉的抑制作用及具体机制。方法 采用光催化还原法制备Ag/TiO2纳米材料,紫外可见分析和扫描电镜对其进行表征测定;微量液基稀释法检测对烟曲霉的最低抑菌浓度（MIC）,以及生物量的抑制作用;ELISA试剂盒检测对真菌谷胱甘肽还原酶、总谷胱甘肽、线粒体膜电位的影响,荧光显微镜检测活性氧的产生。结果 成功制备Ag/TiO2纳米材料,分布均匀;对烟曲霉的MIC值为0.5 μg/mL,能完全抑制烟曲霉生物量,与单独纳米银相比,具有更好的抗菌活性。机制研究发现其主要通过降低烟曲霉体内谷胱甘肽及其还原酶的含量,诱导过量活性氧的产生,最终导致线粒体膜电位降低,使真菌细胞发生凋亡。结论 Ag/TiO2纳米材料可有效阻断烟曲霉等真菌在空气中的传播,具有广泛的应用前景。     

表面增强拉曼光谱技术在微生物鉴定中的应用进展

拉曼光谱自20世纪20年代被发现以来,经过近90年的发展,产生了许多分支。其中表面增强拉曼光谱是利用被测物质与粗糙金属表面的相互作用来提高拉曼光谱的信噪比,从而得到敏感度和精确度更高的图谱,可以将样品在不经过预处理的情况下对其进行快速检测。本文综述了表面增强拉曼光谱技术的原理、分类及鉴定特点,总结了该技术在食品、化学、医药、工业、病原等微生物学科的临床应用,进一步阐述了研究该技术的必要性和应用前景,旨在为从事该领域的科研人员提供参考依据。     

非标记表面增强拉曼光谱在DNA检测中的应用

表面增强拉曼光谱(SERS)是一种超灵敏的生化分析技术,已经被广泛运用于细胞、核酸、蛋白质等生物分子的检测,在生物医学领域表现出了巨大的应用潜力。近年来,将表面增强拉曼光谱技术应用于遗传物质DNA的精准检测,引起了人们广泛的关注。本文简要叙述了表面增强拉曼光谱技术的基本原理及其在DNA检测中的优势,主要介绍了非标记的DNA-SERS检测应用进展,其中包括本项目组的相关工作。研究表明,非标记DNA-SERS技术有望成为一种快速、准确的临床诊断方式。     

生物组织拉曼光谱数据的统计分析

拉曼光谱技术在生命科学领域已取得较为广泛的研究与应用,如何从低信噪比、质量差的拉曼光谱信号提取并充分利用谱图中所含信息,对光谱后续分析、样品的归类等至关重要.本文首先明确了生物组织拉曼光谱统计分析中几个重要的概念,进而对拉曼光谱数据的预处理,光谱分析研究中较为常用的几种多元统计方法进行了归纳、对比与分析.     

微生物合成纳米银的一般方法及产物性质鉴定与生产应用

纳米银具有独特的理化性质,在化学、医药等领域应用广泛,但使用化学和物理法生产纳米银毒性较强且污染严重,因此,微生物法成为了一种可供替代的绿色生产技术。近年来,微生物法合成纳米银的报道逐渐增多,对其反应条件和产物性质的研究趋于成熟,纳米银也开始与多个应用领域相结合。归纳现有微生物合成方法的规律,阐述产物的性质及应用,比较其与传统材料的优势与不足,将有助于推动微生物与纳米技术的结合与进步。基于国内外学者的报道和本课题组所开展的相关研究,本文对微生物法合成纳米银的一般检验手段和功能鉴定方法进行综述,并就纳米银的应用展开设想与讨论,以期为微生物法合成纳米银的深入研究和优化改进提供参考。     

饮用水中硫化物的表面增强拉曼光谱检测方法

基于表面增强拉曼光谱(SERS)技术,建立了一种对饮用水中硫化物快速筛查的方法。以自制纳米/胶体金为表面增强基底,并利用紫外-可见吸收光谱法和透射电镜(TEM)对该基底进行表征。待检样本经简单前处理,其中所含性质活泼的硫化物能与N,N-二乙基对苯二胺(DPD)反应生成亚甲基蓝类化合物,该化合物经衍生后,在低功率(100 m W)和短积分时间(500 ms)条件下直接测试其拉曼光谱,并通过与硫化物衍生物的标准拉曼图谱比对进行定性分析。硫化物衍生物的SERS化学信号大约在453 cm-1和458 cm-1两处,分别对应于亚甲基蓝化合物中C—N—C的不同振动模式。本方法能够准确筛查饮用水中硫化物,整个测试过程少于10 min,检测限为0. 02mg/L,能够满足国家标准的限量要求。该方法简单、快速,结果准确,可以作为一种高灵敏的快速筛查手段。     

单细胞拉曼光谱在微生物研究中的应用

拉曼显微光谱是一种能够提供0.5–1.0μm空间分辨率的单个微生物细胞内化学结构信息的研究技术。近几年来,拉曼显微光谱被越来越多地应用于微生物单细胞的研究中,它可以快速无损地检测微生物细胞内的特征化学组分。典型的单个微生物细胞的拉曼光谱包含核酸、蛋白质、碳水化合物、脂质和色素(例如类胡萝卜素)等信息,这些信息能够表征微生物细胞的基因型、表型和生理状态。所以单细胞拉曼显微光谱是一种可用于区分微生物样品的"全生物指纹"技术,它可用于研究单个微生物细胞生命阶段的转变、鉴定微生物单细胞中的色素及其他化合物的含量变化等。本文综述了目前拉曼显微光谱在微生物单细胞研究上的应用,主要包括与稳定同位素标记(stable isotope probing,SIP)、拉曼成像、光谱分类和细胞分选技术结合来探究微生物单细胞对物质吸收后特征峰的变化、推导物质循环过程、进行微生物分类鉴定和探索基因型与表型的关系。拉曼显微光谱作为微生物单细胞研究的手段之一,在代谢过程的研究、活细胞分选和细胞对物质的利用上具有广泛的应用前景。     

对硝基苯硫酚分子内嵌的星形表面增强拉曼散射金 "套娃 "纳米颗粒用于肿瘤拉曼影像的初步研究

目的:制备对硝基苯硫酚(4-Nitrobenzenethiol,4-NBT)分子内嵌的星形表面增强拉曼散射(Surface enhanced Raman Scattering,SERS)金"套娃"纳米颗粒,测定其拉曼增强效果和应用于细胞以及活体肿瘤拉曼影像的可行性。方法:以种子介导法先后制备金纳米星及星形SERS金"套娃"纳米颗粒,采用透射电镜观察其形貌,激光粒度分析仪测定其粒径及Zeta电位,拉曼光谱仪测定其拉曼光谱,考察其对A549细胞的拉曼成像效果,建立A549皮下瘤模型,考察其对活体皮下瘤的成像效果。结果:制备并优化的金纳米星粒径较小,为60.5 nm,其针尖密度较高,以此为核心制备的星形SERS金"套娃"纳米颗粒形态规整,粒径约为66.7nm,Zeta电位约为-16.6 m V,拉曼增强效果提升至其前驱体金纳米星的5.3倍,能够实现对A549细胞及A549皮下瘤的拉曼成像。结论:所制备的星形SERS金"套娃"纳米颗粒形态规整均一,拉曼增强效果较好,能实现对细胞及活体肿瘤的拉曼影像。     

菜粉蝶颗粒体病毒分子与银表面间相互作用的SERS谱研究

通过对菜粉蝶颗粒体病毒粒子（样品）遥表面增强拉曼散射（ＳＥＲＳ）光谱的分析,得出样品分子在ＳＥＲＳ中与银表面相互作用的一些特征。样品分子主要通过闳基和氨基与银表面键联。相应谱带的拉曼增强效果与分子基因处于银表面的几何状态有关。分子与银表面产生化学吸附芳香族氨基酸侧链的π－电子得合物和分子基因的α－复合物的存在,使增强具有短程特性,其增强机制主要为分子增强。     

纳米银/植物源复合抗菌剂的制备及其抑菌性能的研究

以硝酸银作为银源,水溶性淀粉作保护剂,丙酮酸钠作还原剂,氨水提供碱性环境来制备纳米银胶,并以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作分散稳定剂,复配红景天提取液和无患子提取液制备出纳米银/植物源复合抗菌剂。实验结果表明,纳米银胶或植物提取液仅对部分细菌或霉菌有较强抑制效果,而复合抗菌剂对细菌、霉菌均有很强抑制效果。在湿巾液中添加0.5%复合抗菌剂时,其对大肠杆菌,金黄色葡萄球菌和白色念珠菌的抗菌效率可达99%,且经过常温六个月、高温55℃一个月保存后,其抗菌活性分别可达到95%、90%左右,表明复合抗菌剂具有较强的抗菌效率及抗菌稳定性。     

对萘磺酸钠修饰的石墨烯基纳米银复合抗菌材料的制备及性能评价

制备采用1-萘磺酸钠修饰的石墨烯基纳米银复合材料,并对其性能进行评价。首先制备了石墨烯基纳米银复合材料,采用1-萘磺酸钠修饰,记为AgNP/rGO-NA,然后通过与聚乙烯吡咯烷酮做保护剂的纳米银（PVP/AgNP）的比较,分析其稳定性,抗菌活性,细胞毒性。研究发现,纳米银AgNP在制备的复合材料表面的分布相对均匀,AgNP的质量分数为4.3%,粒径为5~15nm,Zeta电位为-42.5 mV;在无光或光照强度为3000 Lx（勒克斯）的低温光照仪环境下储存10 d,PVP/AgNP聚集作用较为明显,而AgNP/rGO-NA则分散性良好,聚集作用不明显;AgNP/rGO-NA具有更加良好的抗菌活性,生物相容性和相对较低的生物毒性。试验表明经过1-萘磺酸钠修饰的石墨烯基纳米银复合材料质量可靠,性能良好,具有广阔的应用前景。     

非标记表面增强拉曼光谱在病原菌检测中的应用

目前世界上已有的病原菌检测方法尚不能实现对病原菌的快速准确鉴定,因而研究建立能够快速准确鉴定病原菌的方法是微生物检测方面的重要方向。表面增强拉曼光谱具有检测灵敏度高、速度快、成本低、便携性好等优点,成为检测病原菌的一个极具潜力的新方法。本文简要介绍非标记表面增强拉曼光谱在病原菌检测方面的应用。     

银胶溶液的pH值对DpNPV-PP表面增强拉曼光谱的影响

比较了马尾松毛虫核型多角体病毒多角体蛋白（ＤｐＮＰＶ－ＰＰ）这种昆虫病毒蛋白在ｐＨ值不同的银胶溶液中的表面增强拉曼光谱。在中ｐＨ值溶液中,ＤｐＮＰＶ－ＰＰ主要通过硫氢基团和羧基基团吸附于银表面。在低ｐＨ值溶液中,硫氢基团的吸附作用趋弱,ＤｐＮＰＶ－ＰＰ主要通过羧基基团和氨基基团与银粒子表面键联,并以阴离子构型［ＮＨ２ＲＣＯＯ－］存在于溶液中。而在高ｐＨ值溶液中,仅有羧基基团与银表面的吸附作用较强。不同ｐＨ值条件下,低波数带２３８ｃｍ－１～２２６ｃｍ－１的出现,均表明ＤｐＮＰＶ－ＰＰ与银表面产生明显的化学吸附。ＤｐＮＰＶ－ＰＰ在银胶中的增强属于分子增强机制,具有短程作用特性。银胶溶液ｐＨ值的改变,引起被吸附基团与银表面之间的吸附方式、相对距离、相对几何状态等因素发生改变,导致了不同ｐＨ值条件下拉曼散射增强效果的不同。     

新型纳米银体外广谱抗菌作用及机制

目的探讨新型纳米银体外对临床感染常见细菌的广谱抗菌作用及机制。方法选择临床常见的金黄色葡萄球菌、大肠埃希菌、肺炎克雷伯菌、鲍曼不动杆菌和铜绿假单胞菌为研究对象,采用平板涂布法检测新型纳米银的广谱抗菌作用,利用透射电镜观察细菌呼吸链脱氢酶活性和细菌细胞膜的渗漏性改变,探讨新型纳米银的抗菌作用机制。结果新型纳米银浓度超过0.05μg/mL对临床感染常见的5种细菌具有明显的抑制作用;浓度5μg/mL的新型纳米银体外作用临床感染常见细菌5min,可100%抑制细菌生长。电镜观察新型纳米银可吸附在金黄色葡萄球菌和大肠埃希菌的菌体表面,改变了细菌形态结构。新型纳米银可明显抑制金黄色葡萄球菌与大肠埃希菌的呼吸链脱氢酶活性;较高浓度的新型纳米银可破坏金黄色葡萄球菌与大肠埃希菌的细胞膜,导致细菌胞浆内容物外漏。结论新型纳米银对临床感染常见细菌具有广谱高效的抗菌作用,其作用机制可能与新型纳米银吸附在细菌表面,抑制细菌表面生物大分子功能或活性有关,研究结果为新型纳米银抗菌作用的深入研究及临床应用提供了实验依据。