新型杂化纳米材料的合成及其催化和生物应用

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有机污染物造成的水污染是人类和环境生态系统的严重问题。化妆品、纺织、塑料、造纸、食品加工等多个工厂使用大量的染料。由于染料不可生物降解的性质,染料向水圈(河流、湖泊、海洋等)的排放给人类社会带来了许多挑战。此外,非常低浓度的染料(<1 mg/L)对水体生态的影响也是显著的。同样,医院中与医疗保健相关的感染对医疗保健系统造成严重的经济后果。大多数诺氏菌感染是由耐药或耐多药细菌产生的,如大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和β溶血性链球菌。新型抗菌材料的设计是制定控制医疗相关感染新战略的最重要挑战之一。此外,还特别关注抗氧化活性高的天然物质。事实上,由多种因素弓起的氧化应激是许多病理状况产生的主要原因,如炎症、癌症、冠心病甚至皮肤老化。为了克服所有这些问题,设计新材料已成为研究人员应对现实世界中迫切需要的一大挑战。为了达到这一目标,人们非常重视开发新的路线,以设计和合成具有理想性能的材料。因此,研究者已作出努力,以最低的生产成本研制多种卓越的功能化新复合材料。本论文研究致力于研究构建新型高效、优异稳定性和可重复使用性的杂化复合材料,并开展多种应用研究。以下是本文研究的内容:1、本文报道了一种使用铜离子和1,3,5-苯三甲酸(1,3,5-H3BTC)设计一种新型纳米酶漆酶模拟物(Cu/H3BTC)的有效方法。这种基于铜基金属-有机框架(MOF)是通过在室温下两种常用试剂混合的简单过程合成的。阿米多黑10B(AB-10B)被选为降解后果的模型染料。结果表明,Cu/H3BTC MOF在高pH值、极端温度、高盐分等条件下表现出更高的的催化功效,具有长期储存稳定性,可导致漆酶催化活性显著下降。此外,在十个周期后AB-10B的降解率高达60%,显示出Cu/H3BTC MOF良好的可回收性。UV/可见光谱变化清楚地表明,Cu/H3BTC MOF是一种降解偶氮染料AB-10B有效的漆酶模拟物,在60分钟内更容易降解。Cu/H3BTC MOF还具有漆酶的基本活性,如在酚醛化合物的氧化方面。此外,建立了一种由Cu/H3BTC MOF定量检测肾上腺素的技术。这些发现有助于了解类似漆酶的反应性,并为未来金属催化剂的设计和应用提供基础。2、本文旨在设计一种更有效的抗菌剂,以克服细菌耐药性快速增长的问题。结果表明,Cu/H3BTC金属有机框架(MOF)对金黄色葡萄球菌(S.Aureus)和大肠杆菌(大肠杆菌)表现出明显的抗菌活性,并可能显著破坏细胞膜,导致细胞成分排出。此外,通过使用扫描电子显微镜(SEM)阐明形态变化。SEM照片显示细菌细胞形态有明显的变化,表示细胞损伤可通过共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)测试进一步证实。此外,琼脂糖凝胶电泳(AGE)的结果表明,Cu/H3BTC MOF可以通过受损的细胞膜进入细菌细胞,并抑制DNA的合成。这些发现表明,Cu/H3BTC MOF是一种有效的抗菌材料,可用于阻止致病原微生物的生长。3、开发纳米材料合成的良好生态实验程序是绿色纳米技术的基础发展分支。本文采用绿色合成工艺,利用柑橘中果实提取物作为还原和稳定剂合成新型Au@Fe2O3纳米复合材料。通过紫外可见光谱、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、EDX、傅立叶变换红外(FT1R)光谱学和Zeta电位表征了Au@Fe2O3纳米复合材料成功合成。紫外可见光谱显示FeO3和涂层Au的两个SPR峰值分别在290和520 nm。XRD证实了 Au@Fe2O3的结晶性。Au@Fe2O3纳米复合材料表现出更好的抗氧化活性,可有效清除DPPH。Au@Fe2O3也进行了抗菌活性测试,表明对多重耐药性的大肠杆菌和枯草芽孢杆菌的抗菌活性是有效的。此外,Au@Fe2O3还表现出更好的光催化活性,用于亚甲基蓝的(MB)降解。我们提出,有机酸(柠檬酸)的存在也对Au@Fe2O3的稳定也起着重要作用,含有这种成分的植物(柑橘)对Au@Fe2O3纳米复合材料的绿色合成可能更为有效。这项研究的结果证明了生物启发Au@Fe2O3纳米复合材料具有压倒性的治疗和光催化潜力,是有效修复微生物和有毒有机污染物的一种新候选物。
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