本文關(guān)鍵詞：銅抗菌作用的生物物理學(xué)研究

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【摘要】：銅具有優(yōu)異的抗菌特性,并且不易導(dǎo)致病菌耐藥性,在醫(yī)療衛(wèi)生、食品行業(yè)和農(nóng)業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。雖然對(duì)銅的抗菌機(jī)制已經(jīng)進(jìn)行了很多研究,但由于其抗菌機(jī)制非常復(fù)雜,具體機(jī)理還遠(yuǎn)不清楚。本論文以大腸桿菌為模式系統(tǒng),利用同步輻射紅外光譜、納米力學(xué)成像與測(cè)量、磷脂雙分子層等多種生物物理學(xué)手段和方法研究銅離子對(duì)細(xì)菌的作用機(jī)理。峰值力定量納米力學(xué)模式原子力顯微鏡(PeakForce quantitative nano-mechanics,PF-QNM)結(jié)果顯示銅離子對(duì)大腸桿菌的表面形貌及力學(xué)性質(zhì)都有顯著地影響。在與CuCl2作用后,隨著時(shí)間延長(zhǎng),大腸桿菌表面形貌由平滑逐漸變得粗糙,表面出現(xiàn)越來(lái)越多的突起;力學(xué)性質(zhì)也發(fā)生明顯變化,表現(xiàn)在其Modulus和Stiffness值越來(lái)越低,說(shuō)明隨著作用時(shí)間延長(zhǎng)細(xì)菌表面越來(lái)越軟,而Adhesion卻呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)。這些力學(xué)性質(zhì)的變化可能是由于細(xì)菌表面的磷脂、多糖和肽聚糖成分發(fā)生了變化。接下來(lái)我們用同步輻射傅里葉紅外光譜(FTIR)來(lái)檢測(cè)銅離子引起的大腸桿菌的生化成分的變化,結(jié)果顯示:磷脂、蛋白質(zhì)、核酸和多糖在銅離子作用下都發(fā)生了變化,并且在銅離子作用的早期,磷脂成分是最先發(fā)生顯著變化的組分。為深入研究銅離子與大腸桿菌細(xì)胞膜的相互作用,我們利用磷脂雙分子層技術(shù),將大腸桿菌的脂抽提物鋪展在云母表面成膜,然后用原子力顯微鏡(AFM)進(jìn)行高分辨成像觀(guān)察。結(jié)果顯示:低濃度(小于4mM)的銅離子并不能引起膜發(fā)生相分離,但當(dāng)濃度高于4mM時(shí),會(huì)產(chǎn)生明顯的相分離現(xiàn)象;其它二價(jià)金屬離子(如Ca2+和Zn2+)不能引發(fā)類(lèi)似的相分離現(xiàn)象;另外,PO43-可以使銅離子誘導(dǎo)產(chǎn)生的domain減小甚至消失,同時(shí),PO43-也可以緩解銅離子的殺菌作用,提示銅離子可能與磷脂頭部的磷酸根部位存在相互作用,也說(shuō)明domain的形成可能與細(xì)菌的死亡有關(guān)。綜上所述,銅離子的殺菌作用是多因素共同作用的結(jié)果,細(xì)菌膜也是銅離子發(fā)揮殺菌作用的目標(biāo)之一,銅離子可以使細(xì)菌的細(xì)胞膜發(fā)生相分離,從而進(jìn)一步影響細(xì)菌的生存狀態(tài)。
【關(guān)鍵詞】：銅離子 抗菌作用 大腸桿菌 傅里葉紅外光譜 峰值力定量納米力學(xué)模式原子力顯微鏡
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(上海應(yīng)用物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：O614.121;Q93
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 引言10-22
• 1.1 研究銅抗菌作用的意義10-13
• 1.1.1 銅抗菌的潛在應(yīng)用10-12
• 1.1.2 銅抗菌作用機(jī)制的研究進(jìn)展12-13
• 1.1.3 細(xì)菌細(xì)胞膜在銅表面殺菌中的作用13
• 1.2 同步輻射傅里葉變換紅外光譜（FTIR）13-16
• 1.2.1 FTIR數(shù)據(jù)處理方法14-15
• 1.2.2 FTIR在生物領(lǐng)域的應(yīng)用15-16
• 1.3 原子力顯微鏡成像與力學(xué)測(cè)量技術(shù)16-19
• 1.3.1 原子力顯微鏡（AFM）16-18
• 1.3.2 PF-QNM模式在生物領(lǐng)域的應(yīng)用18-19
• 1.5 本課題提出19-22
• 第二章 銅離子對(duì)大腸桿菌力學(xué)性質(zhì)的影響22-28
• 2.1 實(shí)驗(yàn)試劑和儀器22
• 2.2 實(shí)驗(yàn)方法22-24
• 2.2.1 細(xì)菌生長(zhǎng)曲線(xiàn)實(shí)驗(yàn)22-23
• 2.2.2 PF-QNM模式對(duì)與銅離子作用不同時(shí)間的大腸桿菌成像23-24
• 2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論24-27
• 2.3.1 銅離子作用下的細(xì)菌生長(zhǎng)曲線(xiàn)24
• 2.3.2 大腸桿菌力學(xué)性質(zhì)分析24-27
• 2.4 小結(jié)27-28
• 第三章 銅離子對(duì)細(xì)菌生化成分的影響28-34
• 3.1 實(shí)驗(yàn)試劑和儀器28
• 3.2 實(shí)驗(yàn)方法28-29
• 3.2.1 細(xì)菌生長(zhǎng)曲線(xiàn)實(shí)驗(yàn)28-29
• 3.2.2 利用紅外光譜分析大腸桿菌細(xì)胞組分變化29
• 3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論29-33
• 3.4 小結(jié)33-34
• 第四章 銅離子與大腸桿菌細(xì)胞膜的相互作用34-44
• 4.1 實(shí)驗(yàn)試劑和儀器34-35
• 4.2 實(shí)驗(yàn)方法35-37
• 4.2.1 脂質(zhì)體的制備35
• 4.2.2 磷脂雙分子層的AFM成像35
• 4.2.3 銅離子對(duì)大腸桿菌抽提脂雙分子層的影響35-36
• 4.2.4 NaH_2PO_4對(duì)銅離子誘導(dǎo)形成的domain的影響36
• 4.2.5 細(xì)菌生長(zhǎng)曲線(xiàn)實(shí)驗(yàn)36
• 4.2.6 NaH_2PO_4對(duì)銅離子影響下細(xì)菌生長(zhǎng)曲線(xiàn)的影響36-37
• 4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論37-42
• 4.3.1 銅離子對(duì)大腸桿菌抽提脂雙分子層膜的影響37-40
• 4.3.2 NaH_2PO_4對(duì)銅離子誘導(dǎo)形成的domain的影響40-41
• 4.3.3 NaH_2PO_4對(duì)銅離子殺菌作用的影響41-42
• 4.4 小結(jié)42-44
• 第五章 總結(jié)與展望44-46
• 參考文獻(xiàn)46-54
• 碩士期間發(fā)表的文章54-56
• 致謝56-57

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