[00788732]碳基纳米材料抗菌抗病毒研究

项目属农业基础学科领域研究成果。 安全可靠的农畜产品供给是人民美好生活的切实需求。频发的病害导致农作物减产，而化学农药的长期使用引起污染环境、农药残留、病原菌抗药性等一系列严重问题，农作物病害的防治面临严峻考验。猪肉是中国居民人均消费量最高的肉类品种，养猪业仍受到各种传染病的威胁，疫苗免疫接种频繁出现因病毒变异导致的免疫失效问题，加之缺少有效的病毒疫病治疗方案，养猪业面临防治双重压力。动植物病害新型防治方法的科学难题主要包括筛选无污染环境友好的防治试剂、基于模式纳米材料建立普适性的研究方法以及在此基础上系统研究纳米材料对代表性病原微生物的防治的效果。项目经10年深入研究，在碳基纳米材料抗动植物病原微生物方面取得重要进展，主要内容如下。 (1)创建了利用天然生物质西瓜皮制备高性能碳纳米点的方法，阐明纳米粒子影响蛋白质分子结构的作用机制，建立了完整的光谱学研究方法体系。建立了利用西瓜皮经过简单的空气中碳化制备高性能碳纳米点方法，充分利用了生物质材料的碳元素并实现生物质多种天然成分对碳纳米点的表面基团改性，为高质量碳纳米点的低成本合成提供了有效方法。发现疏水作用和静电作用介导纳米材料与蛋白质分子相互作用，导致蛋白质分子二级结构改变及静态荧光猝灭；建立的荧光、紫外-可见和拉曼光谱技术结合的研究方法用以探测纳米材料与生物分子的互相作用，具有简便快捷、可行性好、准确性高等特点，为相关纳米材料生物效应研究提供了有效研究手段。 (2)系统研究了碳基纳米材料抗菌抗病毒生物效应，阐明接触式生物膜物理损伤及缠绕包裹物质传递限制的抗菌机制。发现碳基纳米材料石墨烯对植物病原菌具有高效抗菌性，并呈现与结构相关的抗菌活性。证明碳基纳米材料抑菌机制包括生物膜物理损伤导致的胞内电解质泄露、膜电势的损失及缠绕包裹导致的物质交换阻断，导致孢子萌发抑制及胞体失活，并且物理损伤抗菌效果优于包裹缠绕抗菌性。发现石墨烯在胞外与病毒作用产生抑制病毒感染性能，抗病毒机制为石墨烯通过静电作用与病毒接触，利用纳米级锋利边缘破坏病毒结构从而发挥抗病毒作用。 该项目共发表论文22篇，其中SCI论文21篇，5篇代表性论文他引451次，在纳米材料与生物分子作用机制、动植物疫病防治方面取得系列进展，为新型农兽药开发提供了重要借鉴。