NiO纳米颗粒对小球藻的胁迫性及生物界面转化研究

论文摘要

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。

论文目录

• 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
• 50的计算方法'>2.7 目前常用的抑制率及EC₅₀的计算方法
• 2.7.1 小球藻生长抑制率的计算公式
• 50的求解方法'>2.7.2 EC₅₀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