蝉翼表面的纳米结构及优化结构对细菌细胞影响的研究
实验研究发现鸣蝉(Clanger cicada(Psaltoda claripennis) wings)蝉翼表面特殊的纳米结构可以有效的杀死某些附着在其表面的细菌。而且这种杀菌过程完全是一种物理效应，并不涉及任何化学反应。蝉翼这种特殊的抗菌能力为研制新型抗菌材料提供依据。 本文由蝉翼表面纳米结构对细菌细胞壁形态的影响，提出了一种解释细菌细胞壁在蝉翼表面机械性破裂机制的弹性力学模型，模型中由细菌细胞壁的拉伸度来确定蝉翼表面纳米结构对细菌细胞壁的影响。分别对革兰氏阳性和阴性菌细胞壁在蝉翼表面上的拉伸度进行计算，理论结果表明不同强度的细菌细胞壁在蝉翼表面纳米结构上发生的拉伸形变有明显差异，绝大部分革兰氏阴性菌细胞壁拉伸度超过其承受能力，可发生机械性破裂。进而得出对于给定的细胞强度，纳米材料上的细菌破裂由表面结构的几何参数决定的。但随着研究的不断深入，人们期望能更好的利用抗菌材料，因而提出优化结构，即纳米颗粒。 纳米颗粒在生理生化、光学和生物等方面具有独特的特性，可被应用到技术、研究和医学等实际应用中。同时各种基于固定或释放杀菌物质的合成方法也已被广泛的应用于抗菌材料的生产中。纳米技术和生物学的融合使纳米颗粒成为潜在的抗菌药物。纳米颗粒虽具有独特的物理化学性质被认为是生物医药活性的基础，但目前没有对这种作用机理的系统解释。因此，本文基于纳米颗粒对细菌细胞的影响，提出了一种细菌细胞与纳米颗粒表面结构相互作用的生物物理模型，从热力学角度解释了纳米颗粒的抗菌特性。可得出细菌吸附在纳米材料表面的过程中，总吸附自由能先降低后增大，当自由能为极小值时，在纳米材料上的细菌达到稳定状态;吸附强度越大，吸附在纳米材料上的细菌越容易被破坏。结果表明，纳米颗粒的几何结构在抗菌过程中起到重要作用。
蝉翼表面;纳米结构;抗菌性能;悬链线;弹性力学;物理效应
内蒙古大学
硕士
生物物理学
刘俊杰
2015
中文
Q969.361.2;Q617
47
2015-12-03（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）