无机铜/蒙脱石纳米复合材料杀灭沙门氏菌的机理研究

The inorganic copper/montmorillonite nanoparticles (ICMN) was Prepared using montmorillonite and copper sulfate as raw materials, and the methods of nanotechnology, ion exchange and chemical adsorption was adopted. The adsorption capacity and adsorption kinetics between ICMN and bacterial was researched by Salmonella typhimurium ATCC 14028 as the test organism. The dynamic characterization of ICMN crystal structure and surface properties, the tracked observation of bacterial cell wall structure and morphology, the Bacterial hydrophobicity, chargeability, DNA and mRNA levels, the bacteria intracellular enzyme activity, and the copper content of the cell wall and its related substances contents was investigated and determined with the sterilization process, respectively. Additionally, the effect of bacterial respiratory metabolism test was detected with ICMN, and to further investigate the mechanism of ICMN kill salmonella. The purpose is to research and development of new and no pollution forage antibacterial agent to substitute some or all of antibiotic feed additives currently. It can promote the sustainable and healthy development of animal husbandry. It can also contribute to harmonious development in the livestock, human health and ecological environment field. Thereby, avoiding the occurrence adverse effects of drug residues in animal products and the generation of drug-resistant bacteria was caused due to the extensive use of antibiotics.

本课题以无机硫酸铜和天然矿物蒙脱石为主要原料，采用离子交换和化学吸附的方法，并结合纳米技术，制备无机铜/蒙脱石纳米复合材料(ICMN)。以鼠伤寒沙门氏菌ATCC 14028为试验菌，通过对ICMN与细菌间吸附能力及其吸附动力学研究，杀菌过程中ICMN晶体结构和表面特性的动态表征，ICMN作用下细菌细胞壁结构与形态的跟踪观察，ICMN作用下细菌疏水性、带电性、DNA和mRNA含量、菌液胞内酶活性以及与细胞壁及其内容物所结合铜含量的测定，ICMN影响细菌呼吸代谢的检测等系列试验，探讨ICMN杀灭沙门氏菌的机理。旨在研制和开发新型无公害饲用抗菌剂，以部分甚至全部代替目前饲料用抗生素添加剂，避免因抗生素大量使用而导致畜禽产品药物残留、耐药菌产生等不良后果的发生，推动畜牧业持续、健康的发展，也有助于畜牧、人类健康与生态环境的和谐与发展。

抗生素的大量使用甚至滥用不仅造成了环境污染，耐药性的变异菌种也逐渐增多，细菌的耐药性正在发展成为一个全球性的问题。因此，新型抗菌材料的研发已经成为预防微生物污染发生的热点问题。本课题选用无机抗菌剂铜离子和氧化锌、天然抗菌剂香芹酚和百里香酚、携带抗菌剂的载体蒙脱石和13X分子筛，制备了多种复合型抗菌材料，并通过多种检测手段对材料进行表征，研究了复合材料的抑菌效果及抗菌机理。结果显示，所制备复合材料均显示出了良好的抑菌效果，通过对细菌形貌、细胞壁、细胞膜及细胞内溶物等的影响造成细菌死亡。. 以无机抗菌剂铜离子、氧化锌负载蒙脱石、13X分子筛制备了Cu2+/ZnO-MMT和Cu2+/ZnO-13X。这两种无机复合抗菌材料对大肠杆菌、沙门氏菌和金黄色葡萄球菌均具有较好的抑菌活性，且负载铜离子和氧化锌的复合抗菌材料比单负载铜离子或氧化锌抗菌材料具有更佳的抗菌性能。. 以壳聚糖有机改性蒙脱石制备了ZnO/Cu2+-CS/MMT有机/无机复合抗菌材料。经壳聚糖改性提高了蒙脱石比表面积，复合抗菌材料中的抗菌剂与细菌接触更佳充分，ZnO/Cu2+-CS/MMT较Cu2+/ZnO-MMT表现出更好的抑菌活性。ZnO/Cu2+-CS/MMT可破坏细菌细胞形态，细菌细胞出现褶皱、凹陷等现象，细菌细胞膜渗透性升高，胞内蛋白质和核酸泄漏，并产生活性氧引起细胞氧化损伤。. 以香芹酚和百里香酚抗菌剂负载于十六烷基三甲基溴化铵有机改性的蒙脱石剂上，制备了Car-CTAB/MMT和Thy-CTAB/MMT有机/无机复合抗菌材料，两种抗菌材料对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌都具有较好的抑制效果。将易挥发的天然抗菌剂香芹酚和百里香酚负载到蒙脱石上，既提高了香芹酚和百里香酚的抗菌性能，又增强了其稳定性，解决了易挥发的问题。Car-CTAB/MMT和Thy-CTAB/MMT在杀菌过程中均破坏细菌细胞形态，损伤细胞壁结构，细菌细胞出现皱缩、凹陷、黏连等现象，细菌细胞膜渗透性升高，细胞内溶物泄漏，菌体生长代谢异常。. 本研究制备的系列复合抗菌材料均具有良好的抗菌性能，验证了各抗菌剂协同杀菌理论，通过对材料抗菌效果和机理研究，为该类复合抗菌材料的研发提供一定的科学依据。