NiO纳米颗粒对小球藻的胁迫性及生物界面转化研究

摘要

纳米科学与信息科学和生命科学并列,已经成为21世纪的三大支柱科学。由于纳米材料独特的物理化学性质(量子尺寸效应、小尺寸效应、界面与表面效应和量子隧道效应等),使得纳米颗粒具有不同于体相物质的优质性能,广泛的应用于各种生产活动中,进入人们的生活。这些具有独特物理化学性质的纳米材料,对人体健康及环境将带来潜在影响,目前已经引起科学界,乃至政府部门的广泛关注。文中从小球藻生长情况及其微观结构方面研究了两种不同粒径(20 nm和7nm)的NiO纳米颗粒对小球藻的胁迫性,并与镍离子进行了对比研究。概率单位法计算得NiO纳米颗粒(20 nm)对小球藻96 h的EC50为31.4 mg/L,NiO纳米颗粒(7 nm)对小球藻96 h的EC50为52 mg/L,而镍离子对小球藻96 h的EC50为1.73 mg/L。利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)研究了受不同粒径NiO纳米颗粒和镍离子胁迫前后小球藻细胞微观结构的变化。受NiO纳米颗粒(20 nm和7 nm)胁迫后,叶绿体只是部分受损,导致光合作用受阻,合成代谢减慢。藻液颜色变浅,再经过适当长时间后,小球藻液颜色是可以恢复的。受镍离子胁迫的小球藻,叶绿体中类囊体受损,有的甚至消失,使得叶绿素含量降低,光合作用明显下降,生长受到严重抑制。由此得出,NiO纳米颗粒的毒性远小于镍离子,NiO对小球藻的胁迫性是可以恢复的。7 nm的NiO纳米颗粒对小球藻的毒性稍小于20 nm的NiO颗粒。本文同时还研究了小球藻与NiO纳米颗粒之间的生物界面转化效应,借用X-射线分析仪(XRD)、X-光电子能谱仪(XPS)和高分辨透射电镜(HRTEM)分析了NiO纳米颗粒与小球藻细胞作用前后镍元素价态的变化,经检测有单质镍存在,说明小球藻细胞中的某些物质与NiO(镍为二价)发生了化学反应,将二价镍还原成零价镍,其作用机制还有待进一步的研究。

目录

摘要

Abstract

第1章 文献综述

1.1 纳米微粒的基本特性

1.1.1 微观特性

1.1.2 宏观特性

1.2 纳米微粒的制备技术

1.2.1 气相法制备纳米微粒

1.2.2 液相法制备纳米微粒

1.2.3 固相法制备纳米颗粒

1.3 纳米颗粒的生物安全性

1.3.1 纳米粒子进入环境的途径

1.3.2 纳米粒子对环境的危害

1.4 藻类的概述

1.4.1 小球藻概述

1.4.2 小球藻的化学成分

1.5 本文研究的目的和意义

第2章 材料与方法

2.1 主要试剂与仪器

2.2 NiO纳米颗粒的制备

2.2.1 均匀沉淀法制备NiO纳米颗粒

2.2.2 固相法制备NiO纳米颗粒

2.3 镍元素的测定

2.3.1 镍标准曲线的绘制

2.3.2 NiO纳米颗粒悬浊液的配制

2.4 NiO纳米颗粒的表征

2.4.1 透射电子显微镜分析(TEM)

2.4.2 X射线衍射分析(XRD)

2.4.3 X光电子能谱分析(XPS)

2.5 实验小球藻的培养

2.5.1 培养条件

2.5.2 培养液

2.5.3 营养盐

2.5.4 藻种的培养

2.6 藻类生物量的测定

2.6.1 血球计数板计数法

2.6.2 叶绿素a含量测定法

2.6.3 可见分光光度法

2.7 目前常用的抑制率及EC_(50)的计算方法

2.7.1 小球藻生长抑制率的计算公式

2.7.2 EC_(50)的求解方法

2.8 小球藻的表征手段

2.8.1 扫描电子显微镜分析(SEM)

2.8.2 透射电子显微镜(TEM)

第3章 NiO纳米颗粒(20nm)对小球藻的胁迫性试验

3.1 NiO纳米颗粒的制备

3.2 NiO悬浊液的配制

3.3 小球藻的培养及测定

3.4 小球藻抑制率的计算

3.5 预试验结果与分析

3.6 试验结果与讨论

3.6.1 NiO纳米颗粒的表征

3.6.2 小球藻正常生长曲线

3.6.3 NiO纳米颗粒对小球藻生长情况的影响

3.6.4 小球藻形貌的变化

3.7 NiO纳米颗粒吸收前后小球藻细胞内重金属元素含量的变化

3.8 小结

第4章 NiO纳米颗粒(7nm)对小球藻的胁迫性试验

4.1 NiO纳米颗粒的制备

4.2 NiO悬浊液的配制

4.3 小球藻的培养及测定

4.4 小球藻抑制率的计算

4.5 预试验结果及分析

4.6 试验结果与讨论

4.6.1 NiO纳米颗粒的表征

4.6.2 小球藻正常生长曲线

4.6.3 NiO纳米颗粒对小球藻生长情况的影响

4.6.4 小球藻形貌的变化

4.7 NiO纳米颗粒吸收前后小球藻细胞内重金属元素含量的变化

4.8 小结

第5章 镍离子对小球藻的胁迫性试验

5.1 硝酸镍溶液的配制

5.2 小球藻正常生长曲线

5.3 小球藻抑制率的计算

5.4 预试验结果与分析

5.5 试验结果与讨论

5.5.1 小球藻正常生长曲线

5.5.2 镍离子对小球藻生长情况的影响

5.5.3 小球藻形貌的变化

5.6 小结

第6章 镍的生物界面转化

6.1 样品的处理

6.2 试验结果及讨论

6.2.1 HRTEM结果分析

6.2.2 XRD结果分析

6.2.3 XPS结果分析

6.3 小结

结论与展望

参考文献

攻读学位期间公开发表论文

致谢

研究生履历