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载铜硅酸盐纳米微粒的表征及其对肉鸡应用效果的机理研究

马玉龙

  饲用抗生素的大量使用及环境污染的日益加重,最突出的问题之一是各种病原耐药菌的产生。这些耐药菌已对人的身体健康、生存环境造成了危害,甚至还威胁到整个人类的生命安全。为了减少抗生素的使用,消除耐药菌所带来的危害,研制和开发新的无公害的抗生素替代品已迫在眉睫。本课题以硅酸盐和硫酸铜为主要原料,应用纳米科技,构建出载铜硅酸盐纳米微粒(CSN)。通过对CSN结构与性质表征,体外抑菌和抗粘附试验、细胞培养、饲养试验等,比较研究CSN的特性及其在肉鸡上使用效果的机理。结果表明:CSN的粒径在100nm以内,它的比表面积和孔体积要大大高于载铜硅酸盐微米粉体(CSP),提示物质经纳米粒径化后,其物理吸附能力要大幅度增强。CSN所载铜主要是以水合或复合阳离子的形式,以离子交换的方式进入硅酸盐晶格层间,还有少量铜以化学吸附的形式进入Si-O四面体和Al-O八面体的微孔中。与非载铜的硅酸盐纳米微粒(LSN)相比,CSN的外比表面积、孔体积和孔径增大,而总比表面积、微孔比表面积、微孔体积则减小。总比表面积的下降暗示所载铜可降低硅酸盐的物理吸附能力。另外,CSN的总电荷密度、层间电荷、端面电荷和Zeta电位的绝对值均低于LSN,说明所载铜可降低硅酸盐所带负电荷的密度,这有助于CSN与细菌间的静电吸附作用。硅酸盐经纳米粒径化后,无论载铜与否,其吸附亚甲基蓝的能力均得到大幅度增加。然而,与LSN相比,CSN的吸附能力略有下降;温度、介质pH值和离子强度对LSN和CSN吸附性能均有不同程度的影响;载铜前后硅酸盐纳米微粒吸附亚甲基蓝的行为不符合Freundlich等温式,但可用Langmuir或BET等温方程来描述,其吸附过程均为热力学自发过程。体外抑菌试验结果表明,CSN对大肠杆菌、鼠伤寒沙门氏菌和金黄色葡萄球菌均有较强的杀灭作用,而且抑菌活性要大大高于CSP,但未发现LSN有抗菌作用。CSN的抗菌机理是基于纳米硅酸盐的吸附性能和Cu~(2+)的杀菌活性,更重要的是,CSN还能使细菌细胞壁破裂,细菌内容物外泄而死亡。以肉鸡肠粘液糖蛋白为试验模型,发现CSN对病原菌粘附糖蛋白的阻断作用要明显大于其对益生菌的阻断效果,其中对禽大肠杆菌078、大肠杆菌ATCC25922、鸡白痢沙门氏菌和鼠伤寒沙门氏菌粘附的阻断率为63.37%~78.67%,而中文摘要博士学位论文对两歧双歧杆菌、嗜酸乳杆菌粘附的阻断率为22.60%一40.65%。此外,随着肠段的后移,CSN对两歧双歧杆菌、嗜酸乳杆菌、鸡白痢沙门氏菌和鼠伤寒沙门氏菌粘附的阻断作用呈下降趋势。以1日龄AA商品代混合雏鸡为试验动物,饲喂含1一2叭9 csN的玉米一豆粕型日粮42天,发现CSN具有明显促生长和改善饲料利用效率的作用。进一步研究得知,CSN可使小肠和盲肠大肠杆菌、沙门氏菌和产气英膜梭菌数减少,但总需氧菌、总厌氧菌、乳酸杆菌、双歧杆菌数未发生明显变化。CSN能有效抑制肠道p一葡萄糖普酶、p一葡萄糖营酸酶的活性,提高肠道丙酸和乳酸浓度,降低异丁酸浓度。CsN能改善小肠绒毛高度和绒毛密度,提高小肠粘膜麦芽糖酶、氨基肤酶N和碱性磷酸酶的活性,使饲料干物质、粗蛋白、粗脂肪等养分的表观消化率得以提高。上述结果提示:CSN通过抑制肠道病原菌的增殖,降低细菌酶的活性,改善肠道内环境和粘膜形态结构,以益于消化酶的分泌和饲料养分的消化,从而提高肉鸡的生长性能。以鸡肠上皮细胞(IEC)原代培养为实验模型,经低浓度胶原酶和中性蛋白酶联合消化,在含5%胎牛血清的DMEM培养基中,39℃,5%COZ下培养,CSN能促进IEC的生长与增殖,提高细胞微绒毛碱性磷酸酶活性,促进损伤后细胞的迁移。提示CSN改善肠粘膜的另一机理是促进了损伤肠粘膜的快速更新和修复。综上所述,CSN具有抗生素的作用,能有效抑制肠道病原菌的生长与繁殖。同时,CsN还能阻断细菌与肠粘液糖蛋白的粘附,保护肠粘膜免受病原菌及其代谢毒素的侵袭,并促进己损伤肠粘膜快速修复。这样使肠粘膜始终处于健康状态,有助于饲料养分的消化与吸收。……   
[关键词]:载铜硅酸盐纳米微粒;结构表征;抑菌活性;抗粘附;肠上皮细胞;肠道菌群;肠粘膜形态;肉鸡生长
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:浙江大学2004年