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本文对自制的四种壳聚糖二元酸盐(壳聚糖草酸盐A1、壳聚糖丙二酸盐A2、壳聚糖丁二酸盐A3、和壳聚糖己二酸盐A4)进行了结构表征和抗菌机理研究,用红外光谱和紫外光谱表征了壳聚糖成盐前后的结构变化,并测定了二元酸盐的水溶性和羧酸结合量,探讨了二元酸盐的热性能和荧光性能;采用紫外光谱和荧光光谱等方法研究了壳聚糖、壳聚糖二元酸盐与DNA的相互作用,考察了离子强度及磷酸根对EB-DNA-壳聚糖己二酸盐复合体系的影响,通过Scatchard方程研究它们与DNA的作用方式;此外,本文还通过研究壳聚糖及其二元酸盐对大肠杆菌细胞膜的作用及其对细胞膜通透性、完整性的影响,从微观的角度探讨了壳聚糖二元酸盐的抗菌性能及抗菌机理,利用红外光谱和DSC对壳聚糖二元酸盐与模拟细胞膜相互作用进行分析,用透射电镜(TEM)观测大肠杆菌形态变化从而进一步确认上述微观研究的结果,实验结果表明:
红外光谱和紫外光谱表明壳聚糖二元酸盐中的壳聚糖与二元羧酸之间发生了较强的相互作用,这种相互作用不会因透析而消失,因而两者之间不是简单的物理吸附,而是壳聚糖结构上的氨基与二元羧酸上的羧酸根离子发生了成盐反应,是阴阳离子之间的相互作用。
DSC和荧光光谱分析表明:壳聚糖与二元酸之间发生了质子化作用,导致壳聚糖二元酸盐与壳聚糖的热性能和结晶度发生了明显的改变;质子化后,壳聚糖分子中引入了-COOH这种减弱荧光的基团,导致壳聚糖二元酸盐的荧光强度减弱。
紫外光谱研究表明,壳聚糖二元酸盐与DNA螺旋骨架的磷酸基团的相互作用主要是静电引力的作用。
荧光光谱研究表明,壳聚糖二元酸盐与DNA相互作用时发生了嵌入结合;离子强度对二元酸盐与DNA的相互作用产生明显的影响;溶液中的磷酸盐阻碍了壳聚糖二元酸盐与DNA上的磷酸基团结合。
研究不同浓度的壳聚糖二元酸盐对DNA-EB复合体系影响以及壳聚糖己二酸盐对DNA-EB体系荧光猝灭的影响程度,结果表明,壳聚糖己二酸盐的Stem-Volmer方程猝灭常数Kq为0.94x104mol-1.L,根据Scatchard方程,得出壳聚糖己二酸盐与DNA的相互作用为静电和嵌入两种模式共同作用的混合作用模式。
细胞内膜和外膜的通透性、完整性研究表明,壳聚糖二元酸盐具有较强的抗菌活性,其抗菌机理是首先与大肠杆菌细胞膜发生作用,使其通透性增加并破坏细胞膜的完整性,造成大肠杆菌因细胞质外流,DNA等物质渗漏而死亡;利用红外光谱和DSC等手段对壳聚糖二元酸盐与模拟细胞膜的相互作用的研究表明,壳聚糖二元酸盐能与细胞膜上的磷脂发生强烈的作用,这种强烈作用是壳聚糖二元酸盐中的NH3+与细胞膜磷脂中的磷酸根基团通过静电作用生成复合物而造成的。