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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:廖昱翔
研究生(外文):Yu-Hsiang Liao
論文名稱:利用不同高分子修飾的氧化銅奈米粒子及其抗菌活性的應用
論文名稱(外文):Copper oxide nanoparticles modified by different polymers for the application in antibacterial activity
指導教授:謝淑貞謝淑貞引用關係
指導教授(外文):Shuchen Hsieh
學位類別:碩士
校院名稱:國立中山大學
系所名稱:化學系研究所
學門:自然科學學門
學類:化學學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2019
畢業學年度:107
語文別:中文
論文頁數:86
中文關鍵詞:大腸桿菌微量盤分光光度計氧化銅抗菌材料高分子修飾劑
外文關鍵詞:antibacterial materialpolymer modifiersMicroplate SpectrophotometerE.coliCopper oxide
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近年來病原體對抗生素的抗藥性不斷增加,已造成嚴重的健康問題。許多研究透過將奈米科學的技術與金屬氧化物的固有抗菌活性相結合,發展出利用金屬氧化物奈米粒子作為新穎的抗菌方法。本研究運用簡單的水熱合成法合成出氧化銅,並且透過加入不同的高分子修飾劑達到表面的修飾以及優化原先氧化銅本身的抗菌效率。接著以掃描式電子顯微鏡(SEM)、穿透式電子顯微鏡(TEM)、X射線繞射儀(XRD)、傅立葉轉換紅外光譜儀(FTIR)、界面電位分析儀進行氧化銅的特徵分析。本實驗選用的細菌病原體為大腸桿菌,將不同修飾的氧化銅進行抗菌測試,利用微量盤分光光度計測量細菌OD數值。由數據結果顯示藉由高分子修飾的氧化銅抗菌效率明顯優於未做任何修飾的氧化銅,其中以聚多巴胺(Polydopamine)修飾的氧化銅表現最佳,抑制細菌生長率可以達85%。綜合實驗結果顯示,推測本實驗抗菌機制偏向氧化銅粒子穿越細胞壁進入細胞內部,以及奈米粒子累積在細菌的表面,此兩種機制加成是所造成細菌凋亡的主因。最後證明氧化銅奈米材料作為製備容易且低成本的無機抗菌材料有很大的潛力,並且得到主要抗菌的機制。
In recent years, the drug resistance of pathogens to antibiotics has increased continuously, causing severe health problems. Through combining the technology of nanomaterial science and the inherent antibacterial activity of metal oxides, many studies developed innovative antibacterial methods by utilizing metal oxide nanoparticles. This study uses simple hydrothermal synthesis to synthesize copper oxide. And through adding different polymer modifiers to achieve surface modification and optimize the antibacterial efficiency of the original copper oxide. Additionally, The study uses Scanning Electron Microscope (SEM), Transmission Electron Microscopy (TEM), X-ray Diffraction (XRD), Fourier-transform Infrared Spectroscopy (FTIR), and Zeta Potential Analyzer to confirm the characteristics of copper oxide. The bacterial pathogen selected in the experiment is E.coli. We tested on different modified copper oxide for antibacterial activities. By using the Microplate Spectrophotometer to measure the bacteria’s optical density value, the result shows that the copper oxide modified by the polymer is significantly better than the copper oxide without any modification. Among them, the PDA-modified copper oxide performs the best, with the inhibition rate of 85%. The overall results show that the antibacterial mechanism of this experiment is the internalization of nanoparticle and nanoparticle accumulation on bacterial membrane surface. Finally, we prove that copper oxide nanomaterial has a huge potential in synthesizing simple and low-cost inorganic antibacterial agents and its main antibacterial mechanism can be revealed.
中文摘要 ii
Abstract iii
第一章 緒論 1
1-1前言 1
1-2研究目的 2
第二章 文獻探討 3
2-1 抗菌基材-金屬氧化物的介紹 3
2-1-1 氧化銅特性與應用 3
2-1-2 氧化銅的製備方法 5
2-2 細菌病原體的研究 8
2-2-1細菌病原體介紹 8
2-2-2 大腸桿菌(Escherichia coli) 10
2-2-3 奈米粒子對於抗菌可能的主要機制 10
2-2-4 奈米粒子影響抗菌效率的物理性質 13
第三章 儀器與實驗 14
3-1 X光繞射儀(X-ray diffraction,XRD) 14
3-1-1原理簡介 14
3-1-2實驗儀器 15
3-2 傅立葉轉換紅外光譜儀(Fourier transform infared spectrometer,FT-IR ) 16
3-2-1原理簡介 16
3-2-2實驗儀器 18
3-3 界面電位分析儀(Zeta potential analyzer) 18
3-3-1原理簡介 18
3-3-2實驗儀器 19
3-4 掃描式電子顯微鏡(Scanning electron microscope,SEM) 20
3-4-1原理簡介 20
3-4-2實驗儀器 21
3-5 穿透式電子顯微鏡(Transmission electron microscope,TEM) 21
3-5-1原理簡介 21
3-5-2實驗儀器 22
3-6 微量盤分光光度計(Microplate Spectrophotometer) 23
3-6-1原理簡介 23
3-6-2實驗儀器 24
3-7 實驗藥品 25
3-8 細菌培養實驗所需材料 26
3-9 實驗步驟 27
3-9-1 氧化銅奈米粒子的製備 27
3-9-2. 氧化銅奈米粒子表面修飾的製備 27
3-9-3 細菌培養實驗 29
3-9-4 抗菌實驗 29
第四章 實驗結果與討論 31
4-1氧化銅奈米粒子的特徵分析 31
4-1-1 X-ray繞射圖譜分析 31
4-1-2傅立葉轉換紅外線光譜分析 35
4-1-3穿透式電子顯微鏡影像分析 41
4-1-4界面電位粒徑分析 46
4-2氧化銅奈米粒子的抗菌活性分析 47
4-2-1微量盤分光光度計光密度測量 47
4-2-2掃描式電子顯微鏡影像分析 56
第五章 結論 60
第六章 未來展望 61
第七章 參考文獻 62
圖目錄
圖1-1. 研究動機示意圖 2
圖2-1. 氧化銅奈米粒子具有廣泛的應用 4
圖2-2. 電化學法示意圖 5
圖2-3. 濕化學沉澱法示意圖 5
圖2-4. 微波輔助方法示意圖 6
圖2-5. 熱蒸鍍方法示意圖 6
圖2-6. 綠色化學合成法示意圖 7
圖2-7. 水熱合成法示意圖 7
圖2-8. 細菌示意圖 8
圖2-9. 抗生素抗藥性引發全球高死亡率的流行傳染病 9
圖2-10. 近幾年中有關抗菌材料的出版物數量 9
圖2-11. 大腸桿菌影像和示意圖 10
圖2-12. 奈米粒子內化過程示意圖 11
圖2-13. 金屬離子釋放示意圖 11
圖2-14. 奈米粒子累積在細菌的表面示意圖 12
圖2-15. 活性氧產生示意圖 12
圖2-16. 奈米粒子抗菌可能的主要機制示意圖 13
圖2-17. 奈米粒子影響抗菌效率的物理性質示意圖 13
圖3-1. 布拉格定律示意圖 15
圖3-2. X光繞射儀構造圖 15
圖3-3. 傅立葉轉換紅外光譜儀 17
圖3-4. ATR-FTIR原理 17
圖3-5界面電位分析儀構造圖 19
圖3-6 粒子於溶液形成電雙層示意圖 19
圖3-7. 掃描式電子顯微鏡構造圖 21
圖3-8. 穿透式電子顯微鏡構造圖 22
圖3-9. 分光光度計構造圖 23
圖3-10. 無菌操作檯和培養箱 26
圖3-11. 製備氧化銅奈米粒子主要反應機制 27
圖3-12. 氧化銅奈米粒子表面修飾的製備流程示意圖 28
圖3-13. 細菌培養實驗流程示意圖 29
圖3-14. 抗菌試驗流程示意圖 30
圖4-1. 氧化銅奈米粒子XRD繞射圖譜 31
圖4-2. PVP修飾的氧化銅奈米粒子XRD繞射圖譜 32
圖4-3. PEG修飾的氧化銅奈米粒子XRD繞射圖譜 32
圖4-4. PDA修飾的氧化銅奈米粒子XRD繞射圖譜 33
圖4-5. PVA修飾的氧化銅奈米粒子XRD繞射圖譜 33
圖4-6.氧化銅奈米粒子FTIR光譜圖 35
圖4-7. PVP修飾的氧化銅奈米粒子FTIR光譜圖 36
圖4-8. PEG修飾的氧化銅奈米粒子FTIR光譜圖 37
圖4-9. PDA修飾的氧化銅奈米粒子FTIR光譜圖 38
圖4-10. PVA修飾的氧化銅奈米粒子FTIR光譜圖 39
圖4-11.氧化銅奈米粒子 TEM圖 41
圖4-12. PVP修飾的氧化銅奈米粒子 TEM圖 42
圖4-13. PEG修飾的氧化銅奈米粒子 TEM圖 43
圖4-14. PDA修飾的氧化銅奈米粒子TEM圖 43
圖4-15. PVA修飾的氧化銅奈米粒子TEM圖 44
圖4-16. 氧化銅奈米粒子的尺寸比較圖 45
圖4-17. 氧化銅奈米粒子界面電位圖 46
圖4-18. 細菌典型的生長的曲線圖 48
圖 4-19. 氧化銅奈米粒子抑制細菌生長折線圖 49
圖4-20. PVP修飾的氧化銅奈米粒子抑制細菌生長折線圖 50
圖4-21. PEG修飾的氧化銅奈米粒子抑制細菌生長折線圖 51
圖4-22. PDA修飾的氧化銅奈米粒子抑制細菌生長折線圖 52
圖4-23. PVA修飾的氧化銅奈米粒子抑制細菌生長折線圖 53
圖4-24. 氧化銅奈米粒子抑制細菌生長的比較長條圖 54
圖4-25. 大腸桿菌SEM圖 56
圖4-26. 具有氧化銅奈米粒子的大腸桿菌SEM圖 57
圖4-27. 具有PVP氧化銅奈米粒子的大腸桿菌SEM圖 57
圖4-28. 具有PEG氧化銅奈米粒子的大腸桿菌SEM圖 58
圖4-29. 具有PDA修飾氧化銅奈米粒子的大腸桿菌SEM圖 59
圖4-30. 具有PVA氧化銅奈米粒子的大腸桿菌SEM圖 59
圖5-1. 實驗推測的抗菌機制示意圖 60





表目錄
表3-1: 氧化銅製備和修飾所使用藥品列表 25
表3-2: 培養溶液的配製比例列表 26
表3-3: 氧化銅奈米粒子表面修飾的製備劑量表格 28
表3-4: OD值轉換成細菌實際數量 29
表4-1:氧化銅奈米粒子FTIR對應分子振動表 35
表4-2: PVP修飾的氧化銅奈米粒子FTIR對應分子振動表 36
表4-3: PEG修飾的氧化銅奈米粒子FTIR對應分子振動表 37
表4-4: PDA修飾的氧化銅奈米粒子FTIR對應分子振動表 38
表4-5: PVA修飾的氧化銅奈米粒子FTIR對應分子振動表 39
表4-6: 氧化銅奈米粒子抑制細菌生長的效率 49
表4-7: PVP修飾的氧化銅奈米粒子抑制細菌生長的效率 50
表4-8: PEG修飾的氧化銅奈米粒子抑制細菌生長的效率 51
表4-9: PDA修飾的氧化銅奈米粒子抑制細菌生長的效率 52
表4-10: PVA修飾的氧化銅奈米粒子抑制細菌生長的效率 53
表4-11: 氧化銅奈米粒子抑制細菌生長的效率 55
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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