曹雪松毕业答辩.ppt

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1、石墨烯材料对蛋白核小球藻的毒性机理研究答辩人：曹雪松导师：王震宇教授2015.05.31青岛主要内容研究背景与科学问题石墨烯材料的表征石墨烯材料对藻细胞的生长抑制石墨烯材料对藻细胞的致毒机制结论与致谢1.研究背景与科学问题石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。氧化石墨烯（Grapheneoxide）是一种由石墨粉末经化学氧化及剥离后的产物，是一种表面含有大量含氧官能团的石墨烯层片。还原型氧化石墨烯（reducedGrapheneoxide）是

2、一种通过氧化还原法制备得到的石墨烯层片，表面含有较少量含氧官能团。1.1石墨烯材料简介GrapheneGrapheneoxidereducedGrapheneoxideZurutuzaetal.,2014,Naturenanotechnology1.2石墨烯材料应用石墨烯材料是已知世上最薄、最坚硬的纳米材料，具有超高的导电导热性能，使得石墨烯材料具有极大的应用前景，石墨烯材料的相关研究也成为当前研究热点1.3石墨烯材料可能的环境行为石墨烯广泛关注1.4石墨烯材料毒性研究现状细菌植物动物人体细胞Be

3、gumetal.,2011,CarbonAkhavanetal.,2011,ACSnanoLietal.,2013,PNASFuetal.,2015,Biomaterials?藻类石墨烯材料1.5石墨烯材料对藻细胞毒性研究现状Pretti等研究表明石墨烯能够通过物理损伤及氧化胁迫抑制杜氏盐藻藻细胞生长。Hu等研究表明石墨烯能够通过氧化胁迫及DNA损伤抑制蛋白核小球藻藻细胞生长。Hu等研究表明研究表明氧化石墨烯能够通过氧化胁迫及破坏新陈代谢过程抑制蛋白核小球藻藻细胞生长。表面官能团边缘状态厚度石墨烯

4、材料?致毒机制?三种石墨烯材料对藻细胞有哪些主要的毒性机制？这些毒性机制对三种石墨烯材料产生毒性效应的贡献如何？三种石墨烯材料对藻细胞的毒性是否具有差异性？哪些石墨烯性质（如表现官能团、厚度、边缘状态等）决定其对藻细胞毒性的强弱？1.6科学问题2.1石墨烯材料的制备2.石墨烯材料的制备与表征氧化石墨烯（Grapheneoxide，GO）：本实验中的氧化石墨烯采用改进的Hummers’Method，即混合浓硫酸(H2SO4)、高锰酸钾（KMnO4）和石墨在50°C水浴搅拌反应15h，经盐酸、乙醇、蒸

5、馏水反复清洗，得到氧化完全的GO还原型氧化石墨烯（reducedGrapheneoxide，rGO）：利用水合肼在95℃下还原GO得到还原完全的rGO多层石墨烯（Multi-layerGraphene，G）购买于美国GrapheneSupermarketGGOrGO2.2石墨烯材料的表征X射线衍射（XRD）GO的层间距经计算为8.68Å，与Marcano等利用改进Hummers’Method制备的GO层间距一致rGO层间距减少至3.72Å，与Park等利用水合肼还原制备rGO的层间距一致G层间距经

6、计算为为3.36Å，为石墨烯标准层间距10.223.926.5GO含有大量含氧官能团（羟基、羧基、羰基、环氧基），因此GO具有较好的亲水性和较好的悬浮性rGO和G表面官能团较少，因此rGO和G具有较高的疏水性，在水中有较弱的悬浮性3518cm-1-OH1757cm-1–C=O1639cm-1–C=C1238cm-1–C-O1130cm-1C-O-C傅立叶红外光谱（FTIR）─GO─rGO─GGOrGOG原子力显微镜（AFM）1.8~2.5nm0.9~1.2nm5~8nm单层GO的厚度约为1.1nm

7、，表明GO约为双层氧化石墨烯单层rGO的厚度约为0.56nm，表明rGO约为双层还原型氧化石墨烯单层G的厚度约为0.35nm，表明G约为18层的多层石墨烯GraphenematerialsBETspecificsurfacearea(m2/g)Zetapotentialindistilledwater(mV)Zetapotentialinmedium(mV)ElementalcompositionC(%)O(%)H(%)S(%)N(%)GO264.6-41.9±1.3-27.3±1.339.255

8、.22.812.79NOrGO617.6-32.7±1.3-24.7±0.762.330.12.090.195.32G129.7-25.6±1.5-19.6±1.192.55.710.561.23NO*NO表明该元素含量低于元素分析仪检测线比表面积、Zeta电位、元素组成rGO具有最大的比表面积，是GO的2.2倍，G的4.7倍GO表面带有大量负电荷，与其表面大量含氧官能团相关；三种石墨烯材料Zeta电位在藻细胞培养液中明显降低，会降低石墨烯材料的悬浮性GO含氧量达到55.2%，表明