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石墨烯对细菌生物膜的毒性研究
 

Zhiling Guo等人所得出的研究结论与之前的很多文献结果大相径庭。实验用一系列不同浓度的还原石墨烯(rGO)与GO对细菌在Luria-Bertani(L-B)培养基中进行培养。结果表明,GO可以有效地促进细胞的生长和生物膜的形成,即使在500 mg/L的浓度条件下,生物膜依旧可以很好的发育。这主要是因为,L-B培养基含有大量的蛋白质会被GO吸附到表面,GO表面的蛋白质不仅会削弱GO的抗菌性而且会为细菌的生长提供营养物质。相反,因为rGO对蛋白质的吸附性能很弱,低浓度的rGO就会对细胞的生长产生强烈的抑制作用。如图1(A,B)所示。


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    rGO对浮游细菌和固定细菌的杀菌效果也不相同,对固定细菌的杀菌效果弱一些。这主要有以下原因,稳定细菌会排泄胞外聚合物,从而对细菌和生物膜进行保护;浮游细菌则与rGO的接触机会更多,使得rGO更有机会发挥作用。


    研究还发现,对于细菌生长的不同阶段,rGO的抗菌性能是不同的,在成熟阶段,rGO的抗菌性能显着减低,48 h之后,抗菌性能完全消除。rGO在最初阶段会显着增加活性氧簇水平而对细胞产生毒性,到了成熟期,活性氧簇水平则与对照组没有差别。而250 mg/L的GO则会降低成熟阶段的生物膜及胞外区域的活性氧簇水平。结果表明,氧化应激反应是rGO对生物膜发育抑制的主要原因。


    研究者又向培养基中补充了胞外多聚物,这一操作明显削弱了rGO对生物膜生长发育的抑制作用。X射线光电子能谱分析(XPS)结果表明,rGO被氧化成为GO,而GO对细菌的生长是有促进作用的。胞外多聚物的加入而削弱抑制作用的原因主要是胞外多聚物的保护及rGO被氧化形成了GO,而且胞外多聚合还可以抑制活性氧簇的形成。


    此项研究得出的很多结论均与之前的文章背道而驰,如GO对细菌的生长不抑制反而促进,再如rGO会被氧化成GO而不是GO被还原。得出这样的结果主要原因正如作者所说,实验所用的培养基不同,而且实验中细菌处于的状态和阶段也起着决定性作用。


    文献引用:Guo, Z.; Xie, C.; Zhang, P.; Zhang, J.; Wang, G.; He, X.;Ma, Y.; Zhao, B.; Zhang, Z., Toxicity and transformation of graphene oxide andreduced graphene oxide in bacteria biofilm. Science of The Total Environment 2017, 580, 1300-1308.

 

 

 
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