氧化石墨烯和石墨烯的抗菌活性研究

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(A) 石墨 (B) 氧化石墨烯 (C) 石墨烯
XRD衍射图像
红外光谱图像
(A) 氧化石墨烯 (B) 石墨烯
石墨特征吸收峰2θ = 26.4o
1727 cm-1
1006 cm-1 1634 cm-1 ,1627-1
νC=O
νC-O νC=C
氧化石墨烯特征峰2θ = 26.4o
石墨烯特征吸收峰2θ = 25.0o
石墨烯 Graphene
氧化石墨烯 Graphene Oxide (GO)
还原
Reduced Graphene Oxide (rGO)
GO/rGO的制备
Hummers法制备氧化石墨烯
石墨预氧化 石墨粉、硫酸钾、五氧化二磷、浓硫酸
石墨再氧化
高锰酸钾、双氧水 氧化石墨烯还原成石墨烯
氧化石墨烯 → 超声 → 水合肼还原
石墨烯
(rGO)
金黄色葡萄球菌
(S. aurues)
?
研究内容
1
2 3
• GO/rGO的制备与表征 • GO/rGO的抗菌活性研究
• 抗菌机理探索
技术路线
杀菌率 GO/rGO制备 抗菌 细菌生长曲线 TEM XRD FTIR TEM 胞外离子浓度
1
GO/rGO的制备与表征
石墨 Graphite
透射电镜图像
氧化石墨烯 氧化石墨烯具有片层结构 石墨烯：超薄的单片层结构 石墨烯
2
GO/rGO的抗菌活性研究
抗菌活性实验
GO / rGO
37±1℃
24h
稀释至不同 浓度梯度
E. coli
S. aureus
37±1℃ 24 h
杀菌率测试
氧化石墨烯在浓 度达到3000 mg/L及 以上时，作用6小时 后杀菌率达到100%；
研究背景
石墨烯（氧化石墨烯）
我们的思路：
1、研究石墨烯（氧化石墨烯）载体的抗菌活性。 2、利用石墨烯/氧化石墨烯优异的结构性能，及易 修饰的特点，在表面组装纳米金属（铜、银等），期 望通过载体与纳米金属的协同抗菌作用提高活性，降 低成本。
纳米金属
研究背景
氧化石墨烯
(GO)
大肠杆菌
(E. coli)
氧化石墨烯和石墨烯的抗菌活性研究
汇报人：张斌 博士生 导 师：谭绍早 教授 单 位：暨南大学
研究背景
防霉包装 家具，装修 抗菌陶瓷制品
长效抗菌 材料
抗菌纤维制品 抗菌玻璃制品
随着生活水平的提高，人们对生存环境的质量和卫生 水平提出了更高的要求，特别是对健康的意识也在不断增
强。长效抗菌材料及制品的研究和发展越来越受到人们的
关注，并已广泛地应用于日常生活中。
研究背景
长效抗菌 材料及制品
天然抗菌剂 无机抗菌剂 有机抗菌剂 复合抗菌剂
抗菌剂开始从单一活性组分向两活性或多
活性组分的复合抗菌剂发展，可以提高抗菌 活性和增加抗菌谱，减少不稳定的银等活性 组分的用量，降低成本。
研究背景
石墨烯是由单碳原子层构成的新型二维原子晶体， 其基本结构单元为稳定的苯六元环，是目前世界上 最薄的二维材料，其潜在的应用领域如下：
S. aureus
低浓度GO/rGO处理的细菌生长状况良好，说明在低浓度时 GO/rGO未表现出抗菌活性。
3
抗菌机理探索
E. Coli
S. Aureus (a) 未经处理 (b) 氧化石墨烯(3000ppm)处理 (c)石墨烯(3000ppm)处理
细菌表面未被破坏，细胞膜完整性良好
核酸泄露
0.3
石墨烯在高浓度 和低浓度下均未发 现有杀菌效果。
细菌生长曲线
3 2.5 2
CK
1.5 1
GO rGO
低浓度氧化石墨烯和 石墨烯作用下的细菌 生长曲线
0.5 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 24 25 26 27 28 29 30
E. coli
CK
OD600
3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 24 25 26 27 30
氧化石墨烯表现出杀 菌效果时（3000 ppm）， 胞外K离子浓度与对照 组差异明显。
K离子溶出细胞体外， 导致细菌细胞因生理活 性丧失而死亡。
结论
①氧化石墨烯在浓度达到3000 mg/L及以上时 显示出优异的抗菌活性（6小时杀菌率100%）；
②石墨烯在高浓度和低浓度下均未发现抗菌活 性；
③氧化石墨烯的抗菌作用是通过改变细菌细胞 的离子通道而使其离子溶出细胞体外，从而导致 细菌细胞因生理活性丧失而死亡。
0.5
OD260
0.2 ck 0.1 GO
0.4 0.3 0.2
CK GO
rGO
0
0.1
0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
-0.1
0 2 4 6 8 10 12
-0.1
E. coli
S. aureus
经GO/rGO处理过的细菌核酸泄露并不比未处理过的
细菌高，可以判断细胞膜是完整的。
胞外离子浓度
太阳能电池 能量 储存
纳米级电路 电化学生 物传感器 抗菌剂 载体
高性能激 光器 医疗成像 装置
石墨烯
复合 材料
研究背景
上海应用物理所物理生物学实验室 的博士研究生胡文兵等在樊春海和黄庆 研究员的指导下探索了氧化石墨烯的抗 菌特性，发现氧化石墨烯纳米悬液在与 大肠杆菌孵育2小时后，对其抑制率超 过90%，进一步的实验结果表明氧化石 墨烯的抗菌性源于其对大肠杆菌细胞膜 的破坏。更重要的是，氧化石墨烯不仅 是一种新型的优良抗菌材料，而且对哺 乳动物细胞产生的细胞毒性很小。 Graphene-Based Antibacterial Paper. Wenbing Hu, Cheng Peng, Weijie Luo, Min Lv, Xiaoming Li, Di Li, Qing Huang and Chunhai Fan，ACS Nano, 2010, 4 (7), pp 4317–4323）。