关键词： 人工纳米颗粒   海洋渔业生物   毒性效应   水产品质量安全  

摘要： 纳米科学是20世纪80年代末发展起来的新兴学科,与信息科学、生命科学并列为21世纪最有前途的三大新兴科学技术领域。由于纳米材料特殊的尺寸和物理结构,具有特殊的催化、光电和抗菌等性能,因此广泛应用于医药、工业、建筑、化妆品、能源和环保等领域。纳米材料的大量生产和应用不可避免地导致人工纳米颗粒(engineered nanoparticles,ENPs)进入到海洋环境中,对海洋渔业生物造成潜在威胁。我国是水产品生产、贸易和消费大国,海洋水产品是我国居民粮食供给和优质蛋白质供给的重要保障。因此,ENPs对海洋渔业生物的毒性效应以及对水产品质量安全的影响越来越受到关注。本文总结了海洋中ENPs的来源,归纳了其在海洋中的环境行为,分析其对海洋渔业生物的毒性效应及致毒机制,探讨其在海洋食物链中的传递和生物放大作用以及对水产品质量安全的潜在影响,并对目前所面临的问题做出总结,对未来的研究工作做出展望,以期为客观评价ENPs的海洋渔业环境效应提供科学依据。

关键词： 功能型微气泡   人工纳米颗粒   微塑料   富集分离   实际水体  

摘要： 由于人类活动以及微纳技术的空前发展和广泛应用,人们开始关注其中的微纳颗粒的释放对环境和生物体带来的影响。近年来功能型微气泡技术被认为是一种有效从水中富集分离微纳颗粒污染物的方法。本论文通过高速搅拌不同的化学药剂（表面活性剂和混凝剂）制备功能型微气泡富集分离水中的微纳颗粒污染物。首先利用跟踪技术分析了Ti O2纳米颗粒在功能型微气泡分离过程中的归趋和界面行为。其次考虑到金属人工纳米颗粒（MENPs）的转化/溶解特性,探讨了化学药剂剂量、MENP悬浮液的p H值和水体类别对功能型微气泡富集不同化学惰性的典型MENPs（Ag、Zn O、Ti O2纳米颗粒）的影响。最后在存在溶解性有机物（DOM）的情况下利用功能型微气泡从水中分离微塑料（MPs）——表面无修饰的聚苯乙烯（PS）和表面羧基修饰的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）,并研究了DOM浓度、MP的表面特性和水体类别对工艺效果的影响以及MPs和DOM的相互作用。论文的主要成果如下:在0.78 mg/mg Ti O2的最佳SDS相对剂量下,基于纳米颗粒跟踪分析（NTA）,Ti O2纳米颗粒的数量浓度大大降低了2-4个数量级,而根据电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）,大约有84.0%的颗粒被分离。NTA显示了水相中总体颗粒分散状态的变化,而ICP-MS提供了有关Ti的分离效果。显微拉曼、动态光散射和小角度激光散射可以获得絮状物的结构和形态方面的信息。具有开放结构的大絮状物易于形成,并在适当的化学药剂剂量下可轻松分离。但是,剂量过量会削弱了气泡捕获能力,并生成了小而致密的团聚体。当悬浮液的p H值为6.0时,功能型微气泡能够富集90.0%的离子态Ag（I）,最终在浮渣中以Ag Br和Ag2CO3的形式出现。具有正表面电荷的聚合氯化铝（PACl）修饰的微气泡善于捕获颗粒态Zn O（～84.8%）,但无法收集其离子成分。总的MENP富集效率与不同形态的含量比例密切相关。在河水中,DOM和电解质都可能通过影响Ag和Zn O纳米颗粒的形态转化而影响富集过程。对于惰性的Ti O2纳米颗粒,功能型微气泡富集的效率能达到97.1%。DOM显然增强了富集效果,因为其架桥促进了颗粒与气泡之间的连接。腐殖酸（HA）对PS-MPs的分离有促进作用（在最佳剂量下分离效率可达94.4%以上）,而对PMMA-MPs的分离有抑制作用（HA与PMMA竞争气泡）。这种差异可能归因于MP的表面特性和电荷。在实际水体（河水和污水处理厂进水）中,几乎完全分离了两种类型的MP颗粒。荧光猝灭滴定表明,气泡倾向于捕获游离的DOM分子和与DOM结合的MP颗粒。此外,DOM生成的絮凝物也可能通过网捕或卷扫作用使MPs被气泡捕获并收集。本论文的研究首次展示了功能型微气泡技术收集纳米颗粒时,颗粒在水相和固相中的变化,为其他研究纳米颗粒的归趋和工艺效果相关技术提供了参考;考虑到MENP污染物的特性,有助于针对MENPs的稳定性建立更有效的微气泡富集方法;提供了更简单、环保的技术分离水中MPs,并为实际水体中MP分离打下了基础。

关键词： 丙二醛   脯氨酸   叶绿体色素   纳米颗粒  

摘要： 纳米颗粒的生物毒性引起了广泛关注。本研究中,碳纳米管和纳米金属氧化物(TiO2和ZnO)暴露下,水稻和大豆幼苗的丙二醛、脯氨酸及叶绿体色素含量发生了明显的变化。在纳米颗粒暴露下,作物幼苗丙二醛和脯氨酸含量呈增加的趋势,而叶绿体色素(叶绿素a,叶绿素b及类胡萝卜素)含量呈下降趋势,表明纳米颗粒暴露会产生ROS,导致膜脂过氧化,对细胞造成一定程度的损伤。而纳米颗粒经过胡敏酸改性后,其植物毒性达到显著缓解。本研究还不足以阐明水稻与大豆幼苗对纳米胁迫的防御机制,需深入研究揭示植物对氧化胁迫的适应与防御机制。

关键词： 海洋酸化   重金属   有机污染物   人工纳米颗粒   联合毒性  

摘要： 由于大量人类活动的影响,大气CO2浓度持续增加,其中约1/3被海洋吸收,导致表层海水pH值降低和碳酸盐平衡体系波动,即“海洋酸化”现象。污染物的海洋环境效应一直是全球环境科学领域研究的热点。在实际环境中,海洋酸化往往与污染物共同存在并作用于海洋生态系统,且海洋酸化极有可能改变污染物的海洋环境行为从而影响其毒性效应。但现有研究大多针对海洋酸化或者污染物单独作用下的毒性效应展开,对海洋酸化与污染物的联合毒性效应的研究不足、亟待加强。为此,综述了近年来海洋酸化与典型污染物(重金属、有机污染物)及新型污染物(人工纳米颗粒)的相关文献,重点阐述了海洋酸化对污染物环境行为的影响和海洋酸化与污染物对海洋生物的联合毒性效应,指出当前的研究不足,并对未来的研究方向进行了展望。

关键词： 微纳米颗粒   天然土壤   人工合成   生物可给性   健康风险  

摘要： 人工合成纳米颗粒因其具有特殊的性质,在各个领域应用越来越广泛,这些纳米材料在使用过程中会经各种途径进入环境,土壤中存在的微纳米颗粒对于有毒金属有较强的吸附作用,这些小粒径颗粒很容易经呼吸和手—口摄入途径进入人体,对人体健康造成威胁。生物可给性是通过模拟不同活体消化器官的生理环境,来对不同潜在毒性金属进行反应和浸提所得到的溶解率,以此来评估潜在毒性金属在人体中的生物有效性。生物可给性的研究将对有害金属生物有效性与环境基准的建立、人群健康风险评估与调控等提供科学理论与技术支持。本研究以人工合成铅纳米化合物和涉铅污染土壤微纳米颗粒为研究对象,利用湿法提取得到涉铅污染土壤不同粒径的组分（<1 μm、1-5μm、5-50μm和50-250μm）,采用溶液法合成纳米氧化铅和硫化铅。通过体外肺部模拟方法（ALF和Gamble）,胃肠模拟方法（UBM、PBET、SBET、SBRC和IVG）对不同粒径土壤组分颗粒和人工合成铅纳米化合物的肺部和胃肠的生物可给性进行了模拟评估,探究了粒径对生物可给性的影响及其健康风险评估。得到以下重要的研究结果:（1）采用湿法分离,超声、过筛、虹吸、离心等方法进行分级提取,得到涉铅污染土壤4种不同粒径组分:50-250μm、5-50μm、1-5 μm和<1μm。土壤颗粒的比表面积、pH、有机质和潜在毒性金属As、Ba、Co、Cr、Cu、Mn、Ni、Pb、Zn的含量随土壤颗粒的粒径减小而增大。原生矿物石英、长石、云母多存在于原土、大粒径组分50-250 μm和5-50μm土壤中,而次生矿物沸石、伊利石、绿泥石、方解石多存在于小粒径组分1-5 μm和<1 μm土壤中。铅物相分析结果表明,各粒径土壤中存在PbO2和PbS。（2）采用体外肺部和胃肠模拟方法对涉铅污染土壤原土以及4种不同粒径组分的生物可给性进行研究,研究结果表明:随着粒径的减小,天然土壤颗粒中潜在毒性金属的生物可给性增大。Cu和Mn元素在ALF溶液中的生物可给性最高,其次是Zn、Co、Ba、Pb等元素,As元素最低;Ba、Co、Cu、Mn在Gamble溶液中的生物可给性最高,Zn元素最低。As、Ba、Cr、Cu在SBRC胃相方法中的生物可给性比在其他方法中的高,Co、Mn、Ni、Pb在IVG胃相方法中的生物可给性比在其他方法中的高。在模拟肠相环境的生物可给性时,使用SBRC和IVG方法,随着反应时间的增长,各元素的生物可给性有略微的增长。这些元素经呼吸途径对于儿童的非致癌风险均高于成人,而对成人的致癌风险要高于儿童。基于UBM、PBET、SBRC和IVG这四种方法模拟所得经口摄入途径的As、Co、Cr、Ni、Pb的对儿童有显著的总致癌风险,对于成人的致癌风险小于儿童。随着粒径的减小,对儿童和成人的健康风险也增大。（3）采用体外肺部和胃肠模拟方法对人工合成铅纳米化合物PbO2和PbS的生物可给性进行研究,研究结果表明:纳米PbO2在肺部模拟液和胃肠相模拟液中的生物可给性均高于纳米PbS的,较小粒径的纳米PbS的生物可给性高于较大粒径的,这说明化学形态和粒径是影响元素生物可给性的两个重要因素。天然涉铅土壤微纳米颗粒的生物可给性高于人工合成的铅化合物纳米颗粒,这可能与铅在天然土壤环境中的形态有关,天然土壤中可交换态、可还原态和可氧化态的铅可使其在模拟液中的溶解度增大,而铅的无机化合物大多都难以溶解,故其生物可给性相对较低。无论是对于儿童还是成人,随着铅纳米化合物颗粒粒径的减小,其对人体的健康风险会增加,且对儿童的致癌风险高于成人。

关键词： 亲和试剂   β-环糊精聚合物   主客体识别   自组装   纳米颗粒  

摘要： 蛋白质亲和试剂,如抗体、类抗体支架蛋白等,已经被广泛应用于生物医学基础研究以及临床诊断和治疗等方面。然而,这类亲和试剂的研发和生产成本较高,还存在化学修饰困难、批间差异较大、不易保存等问题。因此有越来越多的人工合成的亲和试剂被发展出来,包括分子印迹聚合物、线性聚合物、树枝状聚合物以及聚合物纳米颗粒等,它们对肽、蛋白质、多糖等目标物表现出高亲和力。自组装技术在功能材料的制备方面表现出诸多优势,如设计灵活、反应条件温和、操作简便等。基于此,我们利用环糊精空腔与金刚烷之间的主客体相互作用,将不同的基团结合到β-环糊精聚合物(β-CDP)上,通过自组装构建纳米颗粒文库,然后从中筛选出对目标物有亲和力的颗粒。这种构建人工亲和试剂的方法具有设计灵活、操作简便、成本低廉的优势。以多肽、酶、脂多糖为例开展了相关研究,具体包括以下三个部分:一、用于中和蜂毒肽溶血毒性的自组装纳米颗粒的筛选首先基于β-CDP与金刚烷衍生物(Ad-D)的主客体识别构建了一个自组装纳米颗粒(SNP)的文库。该文库由5种带有不同基团的Ad-D和β-CDP构成,通过调节Ad-D的种类和比例得到了82种SNP,它们具有不同的亲疏水性和荷电性质,从而为目标物的结合提供不同的位点。通过考察纳米颗粒存在下蜂毒肽溶血毒性的变化,从文库中筛选出了8种能够中和蜂毒肽溶血毒性的SNP,同时发现这些SNP不仅对蜂毒肽均有较强的结合力,而且能中和蜂毒肽对培养的细胞的毒性。另外,还以金黄色葡萄球菌分泌的酚可溶性多肽PSMα3为靶标,用同样的方法筛选出了能够中和PSMα3溶血毒性的SNP。如果进一步增加功能单体Ad-D的多样性,有望构建一种通用型人工亲和试剂的筛选平台。二、用于增强辣根过氧化物酶催化活性的自组装纳米颗粒的筛选在上一个研究工作中,分别得到了能与蜂毒肽和PSMα3结合的SNP。但是这两种靶标是结构和性质相似的多肽,因此有必要进一步考察文库中SNP对其他生物分子的影响。辣根过氧化物酶(HRP)是基础研究和临床检验中常用的一种酶,纳米材料可能会影响其催化活性。鉴于此,以HRP为靶标继续进行筛选,从上一个研究工作中所构建的文库中筛选得到了4种SNP,不仅能有效增强HRP的催化活性,而且可以延长HRP的使用寿命。三、用于结合脂多糖的自组装纳米颗粒的筛选在以上的研究工作中,构建的聚合物文库中包含82种SNP,筛选过程仍然显得耗时费力。由于SNP通过静电、亲疏水等弱相互作用与靶标分子结合,可以通过有针对性地选择功能单体来设计靶标的亲和试剂。为此选择了脂多糖(LPS)作为靶标来进行考察。由于LPS是一个带负电、疏水的生物大分子,所以在构建SNP文库的时候选择了4种Ad-D(1种带正电,3种带疏水基团),通过调节Ad-D的种类和比例构建了一个含50种SNP的文库。从该文库中得到了1种能与LPS结合的SNP,并且能将LPS与其他蛋白区分开来。值得注意的是,该SNP只包括2种带疏水基团的Ad-D,并不是所有的功能单体都对SNP与LPS的结合有贡献,这是可能是因为亲和力不仅仅是一个结合位点作用的结果而是分子表面非共价相互作用的总和。

关键词： 针铁矿   环丙沙星   Citrate-AgNPs   TiO2 NPs   吸附  

摘要： 过度使用抗生素已成为全球严重的生态问题。近年来,国内外已经报道了关于针铁矿吸附各种抗生素的研究。但是,随着越来越多的人工纳米颗粒应用于各个领域,它们已经在环境中被检出,特别是纳米银颗粒和纳米二氧化钛颗粒。抗生素和人工纳米颗粒能够在环境中共存,例如医疗废水、污水处理厂污水及污泥中。因此,有必要研究共存的纳米颗粒和抗生素进入土壤环境时,在针铁矿上的吸附行为。本实验选择柠檬酸盐包覆的纳米银颗粒（Citrate-AgNPs）和纳米二氧化钛颗粒（TiO2 NPs）作为典型人工纳米颗粒,选择环丙沙星（CIP）作为代表性抗生素,比较了不同水化学条件下典型人工纳米颗粒的共存与否,吸附平衡后剩余CIP浓度的差异;分析了典型人工纳米颗粒、CIP和针铁矿三者之间的相互作用;最后,结合XPS、FTIR等表征手段探讨了Citrate-AgNPs或TiO2 NPs抑制针铁矿吸附CIP的机理。主要研究成果如下:（1）针铁矿吸附CIP的动力学过程符合伪二级动力学模型;Citrate-AgNPs或TiO2 NPs与CIP共存时,该体系吸附CIP的动力学过程仍然符合伪二级动力学模型。针铁矿与CIP的相互作用机制包括静电作用和络合作用;TiO2 NPs主要通过静电作用和络合作用等吸附CIP。pH=6.5时,Citrate-AgNPs与针铁矿之间存在静电引力,但TiO2 NPs与针铁矿之间静电作用微弱。（2）Citrate-AgNPs的共存会抑制针铁矿对CIP的吸附。主要是因为柠檬酸盐和柠檬酸盐包覆的AgNPs会争夺CIP在针铁矿上的吸附位点。随着pH（5～9）的升高,Citrate-AgNPs对针铁矿吸附CIP的抑制作用减弱;随着离子强度（0.01～0.1 mol/L）的增加,Citrate-AgNPs对针铁矿吸附CIP的抑制作用增强;随着镁离子浓度（0.01～0.1 mol/L）的增大,Citrate-AgNPs对针铁矿吸附CIP的抑制作用也会增强。（3）TiO2 NPs的共存也会抑制针铁矿对CIP的吸附,并且随着TiO2 NPs浓度的升高,抑制作用会增强。主要原因是TiO2 NPs与针铁矿形成的竞争吸附关系使得针铁矿对CIP的吸附减少。随着pH（5～9）的升高,TiO2 NPs对针铁矿吸附CIP的抑制作用先小幅增强后减弱;随着钙或镁离子浓度（0.01～0.1mol/L）的增大,TiO2 NPs对针铁矿吸附CIP的抑制作用会减弱。

关键词： 肿瘤双靶向   T细胞膜   仿生纳米颗粒   生物正交   光热治疗  

摘要： 【目的】:　　1.制备基于生物正交靶向和T细胞免疫识别的双靶向T细胞膜仿生纳米颗粒（N3-TINPs），其核心为包裹吲哚菁绿（Indocyaninegreen，ICG）的聚乙交酯丙交酯共聚物（Poly(lactic-co-glycolicacid)，PLGA），表面覆盖叠氮（N3）基团功能化的T细胞膜，并对其理化性质进行表征。　　2.对N3-TINPs进行体外分析，研究其对肿瘤细胞的双靶向能力，验证N3-TINPs对肿瘤细胞的光热杀伤效果。　　3.对N3-TINPs进行体内评价，考察N3-TINPs在小鼠体内对肿瘤的双靶向效果，评估N3-TINPs的光热治疗的效果和生物安全性。　　【方法】:　　1.激活的T细胞与N3修饰的糖类衍生物Ac4GalNAz共同孵育，获得N3标记的T细胞。B淋巴瘤细胞系Raji肿瘤细胞与双环[6.1.0]壬炔(bicyclo[6.1.0]nonyne，BCN)修饰的糖类衍生物Ac4ManN-BCN共同孵育，得到BCN基团标记的Raji细胞。　　2.提取N3标记的T细胞膜，采用超声法制备包载ICG的PLGA纳米核心（ICG-PLGA），通过薄膜挤压法将T细胞膜包裹到PLGA纳米核心表面，得到具有双靶向功能的T细胞膜仿生纳米颗粒。使用透射电镜（Transmissionelectronmicroscopy，TEM）、动态光散射（Dynamiclightscattering，DLS）、紫外分光光度仪、荧光光谱仪、红外热成像仪、聚丙烯酰氨凝胶电泳（Sodiumdodecylsulfatepolyacrylamidegelelectrophoresis，SDS-PAGE）、蛋白免疫印记（Westernblot）和激光共聚焦扫描显微镜分别对N3-TINPs进行形貌、粒径、光学性能和光热性能的表征，分析纳米颗粒表面的T细胞膜蛋白和N3基团的存在。　　3.使用激光共聚焦扫描显微镜和流式细胞术分析肿瘤细胞对N3-TINPs的摄取情况，检测细胞糖代谢标记基团的效率;通过细胞存活率实验、活/死细胞染色实验和细胞凋亡实验评价N3-TINPs对肿瘤细胞的光热杀伤能力。　　4.以荷Raji肿瘤的NOD/SCID小鼠为研究对象，通过小动物荧光成像研究N3-TINPs的体内生物分布。肿瘤组织切片后，通过免疫荧光染色验证肿瘤细胞的BCN基团标记及N3-TINPs摄取情况。测量小鼠肿瘤体积评价N3-TINPs的光热治疗效果，通过血液生化指标等评估N3-TINPs的生物安全性。　　【结果】:　　1.N3-TINPs的制备与表征：制备的N3-TINPs在电镜下可见具有典型的核壳结构，粒径大小为50nm~60nm。紫外和荧光光谱分析均显示N3-TINPs具有优良的光学性能，红外热成像分析显示其具有很好的光热性能。SDS-PAGE和Westernblot的分析结果证明N3-TINPs保留了T细胞膜表面的蛋白，而且叠氮基团成功的引入到了T细胞膜表面的糖蛋白上。激光共聚焦成像的结果进一步验证N3-TINPs的表面成功保留了N3基团。　　2.细胞的糖代谢标记：激光共聚焦扫描显微镜和流式细胞分析的结果显示，T细胞在经过Ac4GalNAz糖处理后成功在细胞膜上引入了N3基团;同样，Raji细胞经过Ac4ManN-BCN糖处理后成功标记了BCN基团。　　3.体外细胞实验分析：N3-TINPs对Raji肿瘤细胞具有特异的免疫识别和生物正交结合的靶向性能。光热杀伤实验显示，Raji细胞摄取N3-TINPs后加以激光照射，能导致显著的细胞死亡，证明N3-TINPs具有优良的肿瘤光热杀伤效果。　　4.体内动物实验评价：荷瘤小鼠尾静脉给药后，与其他颗粒相比，N3-TINPs能更好的富集在肿瘤部位，显示免疫识别和生物正交靶向的优势。将肿瘤组织切片后进行荧光染色，其结果证明BCN基团成功的修饰到了肿瘤细胞的表面，且N3-TINPs成功的进入到了肿瘤内部。在治疗实验中，N3-TINPs给药组小鼠的肿瘤部位在光照后温度最高，并且在随后的治疗期间小鼠的肿瘤生长得到了有效抑制，显示出优良的光热治疗效果，而且小鼠的存活率显著提高。血液生化分析的结果证实N3-TINPs对小鼠没有毒副作用。　　【结论】:　　1.成功的构建了包载ICG的T细胞膜仿生纳米颗粒（N3-TINPs），具有生物正交和T细胞膜免疫识别的双靶向功能。制备的N3-TINPs保留了ICG的光学性能和光热性能，其表面的T细胞膜蛋白以及N3基团在颗粒制备的过程中成功保留。　　2.N3-TINPs对Raji细胞具有很好的双靶向作用，随后的光热杀伤实验也显示出优良的肿瘤杀伤作用。　　3.N3-TINPs通过双靶向作用在小鼠肿瘤部位高度富集，产生高效的光热治疗效果，有效消除小鼠肿瘤，且无毒副作用。

关键词： 人工纳米颗粒   镉   生物有效性   稻田土壤  

摘要： 进入农田土壤的人工纳米颗粒对土壤中重金属迁移转化及毒性的影响仍不明确。通过模拟稻田淹水-落干过程,研究了二氧化钛(TiO_2-NPs)、氧化锌(ZnO-NPs)和多壁碳纳米管(MWCNTs)3种典型人工纳米颗粒对水稻土中重金属Cd赋存形态及生物有效性的影响。结果表明,3种纳米颗粒的添加均引起了土壤pH的增加;TiO_2-NPs和ZnO-NPs添加能够显著降低土壤中酸可提取态Cd含量;ZnO-NPs的添加对土壤中铁锰氧化物结合态和有机结合态Cd的含量也有明显降低,但不同浓度处理间Cd含量并无显著差异;MWCNTs对土壤Cd形态转化无显著影响。与对照处理相比,添加TiO_2-NPs的处理土壤中,CaCl_2和DTPA提取态Cd含量分别降低了13.9%～17.5%和5.4%～8.9%,降幅均与TiO_2-NPs添加浓度成正比。添加ZnO-NPs的土壤中,DTPA提取态Cd的含量降幅在8.4%～18.7%之间,降低幅度与ZnO-NPs添加浓度成反比。

关键词： 纳米颗粒   环境效应   纳米材料   人工合成   纳米毒理学  

摘要： 2018年5月9~11日,第4届人工合成纳米颗粒的环境效应国际研讨会在江苏无锡召开。本次研讨会以'人工合成纳米颗粒在环境中的行为和应用'为主题,由江南大学王震宇教授和美国麻省大学Baoshan Xing教授共同召集,江南大学环境过程与污染控制研究所和江南大学环境与土木工程学院共同主办。