关键词： 人工纳米颗粒   溶解有机质   ROS   内置化   膜完整性  

摘要： 随着纳米技术的飞速发展,大量的纳米产品应运而生。然而,在这些纳米产品的生产、使用和处置等过程中,人工纳米颗粒（Engineered nanoparticles,ENPs）难免会进入环境,最终通过工业废水排放、雨水沉降和地表径流等方式进入水体。由于ENPs自身具有极其微小的粒径、较大的比表面积、表面含有大量活性位点等特殊的物理化学性质,使其暴露于环境中就会对生物甚至整个水生生态系统造成巨大的潜在危害。ENPs在自然水体中的环境行为很复杂,溶解有机质（DOM）、pH和离子强度等水化学条件均会影响ENPs的水化学过程,进而影响ENPs的生物可利用性。本研究拟以淡水水体中典型藻类-铜绿微囊藻（Microcystis aeruginosa）作为受试生物,系统研究水体中DOM影响下,ENPs对藻类的毒性效应及其致毒机理。主要研究结果如下: 本研究比较了含DOM与不含有DOM的水体中CuO ENPs对铜绿微囊藻的毒性效应,结果表明,在池塘水(TOC浓度:26 mg C L-1)培养基中的CuO ENPs对铜绿微囊藻的生长抑制作用明显高于在蒸馏水培养基中的抑制作用。进而通过外加DOM模拟自然水体的试验发现,加入20 mg L-1富里酸（SRFA）显著降低了CuO ENPs的72 h半效应致死浓度(EC50,0.48 mg L-1),增加了CuO ENPs的生物毒性。这是由于:①SRFA促进了CuO ENPs中Cu2+的释放,离子毒性增强;②SRFA增加了CuO ENPs在水体中的悬浮稳定性,降低了CuO ENPs的聚集,从而增加了CuO ENPs与藻细胞接触及进入细胞的机会。 通过高分辨透射电子显微镜（HRTEM）对藻细胞内具有高电子密度的团聚体进行分析,首次发现小于5 nm的CuO ENPs可以通过细胞壁孔径接触到原生质体,后主要通过内吞方式跨过细胞膜进入细胞,而且进入胞内的ENPs主要为Cu2O ENPs,这是CuO ENPs在胞内还原环境及细胞内酶类的作用下还原得到的结果。进入藻细胞后的CuO ENPs会不断聚集在细胞中的某些位点上。通过分析藻细胞胞内积累额外活性氧自由基（ROS）及DNA损伤的动态变化,可以初步断定ROS的累积可以导致DNA的损伤。ROS的产生及DNA损伤会造成细胞膜的破坏,最终导致藻细胞的死亡。因此,CuO ENPs进入细胞造成胞内ROS积累,进而导致过氧化损伤能是CuO ENPs对M. aeruginosa的重要致毒机制。

关键词： 纳米颗粒   乙酰胆碱酯酶   吸附   多环芳烃   肺部表面活性剂  

摘要： 纳米材料已日益广泛地应用于电子、生物医药、催化和材料等各个领域。在这些纳米产品的生产和使用过程中，其产生的人工纳米颗粒（NPs）能够通过各种途径进入环境中，其潜在的环境风险和对人类健康带来的负面影响引起了广泛的关注，相关研究已成为国际上的热点。NPs进入人体后能够与生物分子如蛋白质和酶类发生相互作用，从而产生毒性效应。此外，NPs特别是碳纳米管（CNTs）由于对有机污染物具有极强的吸附能力和吸附容量，能够成为有机污染物（如多环芳烃）的载体，二者之间可能产生复合毒性作用。因此，本论文主要研究NPs对生物体神经系统、消化系统和呼吸系统中的生物分子的吸附作用，以及这些生物分子存在条件下，NPs对多环芳烃类污染物的吸附和解吸附行为。 乙酰胆碱酯酶（AChE）作为人类神经系统的关键酶存在于大脑和血液中。基于NPs能够吸附酶活性检测过程中显色反应中的黄色产物5-MNBA，采用调整后的Ellman法对AChE酶活性进行检测。8种NPs包括SiO2、TiO2、Al2O3、Al、Cu、碳包铜（Cu-C）、多壁碳纳米管（MWCNT）和单壁碳纳米管（SWCNT）均对AChE具有吸附和抑制作用。CNTs对AChE具有极高的吸附能力，其中SWCNT的吸附能力最强（94%），而SiO2和Al2O3NPs在所有NPs中吸附能力最弱。NPs的吸附是造成AChE酶活性降低的首要因素，然而Cu和Cu-C NPs在悬浮液中能够释放Cu2+进而分别导致40%和45%的酶活性降低。作为Cu NPs和CNTs的对照，微米级Cu和活性炭对AChE的抑制作用要远远小于其对应的纳米级颗粒。Cu、Cu-C、MWCNT和SWCNT对AChE的抑制呈现剂量-反应关系，半数抑制浓度(IC50)分别为4，17，156和96mg L-1。这些研究表明，NPs特别是CNTs和Cu可能具有神经毒性，应引起广泛关注。 CNTs的吸附能力不仅体现在与生物体内生物分子的相互作用上，CNTs对疏水性有机污染物如多环芳烃（PAHs）也具有极强的吸附能力。通过在模拟消化液中CNTs对菲的吸附和解吸附研究发现，生物分子如胃蛋白酶和胆盐存在下，菲在CNTs上的吸附明显降低，这主要是由于生物分子对菲的增溶作用以及二者之间发生竞争吸附所致。解吸附动力学的研究表明，菲在3种CNTs上的快解吸附时间均少于1h。通过胃液和肠液消化，禁食和进食状态下分别有43%-69%和53%-86%的菲随CNTs进入到胃肠液中，这些进入胃肠液的菲能够快速被人体吸收，从而产生毒性作用。 当吸附有菲的CNTs进入呼吸系统时，肺部表面活性剂影响着菲在肺部的生物有效性。采用Passive dosing研究了肺部表面活性剂（Curosurf）及其组分（DPPC、BSA等）对溶液中菲的吸附作用，发现Curosurf、DPPC和BSA对菲的增溶（吸附）均为线性，其中Curosurf对菲的增溶作用较强，而单一组分如DPPC的增溶作用较弱。磷脂混合物的增溶作用要高于单独磷脂的增溶作用之和。Curosurf、DPPC或者BSA存在下，MWCNTs对菲的吸附均有不同程度的降低，说明肺部表面活性剂和菲在MWCNTs表面存在竞争，并且Curosurf与菲的竞争最为激烈。当吸附有PAHs的CNTs进入呼吸系统后，由于肺部表面活性剂的增溶作用和与菲在MWCNTs表面的竞争吸附，一部分PAHs将从CNTs表面解吸附出来。这些解吸附下来的PAHs极有可能对人体造成新的伤害。

关键词： 纳米颗粒   抗氧化酶活性   脂质过氧化   玉米  

摘要： 随着纳米技术的飞速发展,纳米材料在涂料、颜料、陶瓷、防晒化妆品、空气净化、污水处理、抗菌除毒、食品包装、抗癌以及各种电子产品等方面已被广泛应用。然而,已有研究表明,一些纳米颗粒对环境和人体健康均会带来一定的负面影响。这主要是由于纳米颗粒具有显著的配位、极性、亲脂特性,比表面积大,粒子表面的原子数多,周围缺少相邻原子以及存在许多空键,故其具有很强的吸附能力和很高的化学活性,更容易与有机体作用产生细胞或组织损伤。近年来,人们对于纳米颗粒进入环境后所带来的风险和益处存在着广泛的争论,为了评价纳米颗粒对生态系统和人类健康的潜在危害,研究者们对纳米颗粒的生态效应越来越关注。纳米颗粒在环境中存在的浓度一般较低,但它们一旦被生物体吸收后,即可在特定组织或器官内不断积累,最终产生显著毒性效应。而植物是自然界的生产者,也是生物蓄积的起点。纳米颗粒通过食物链逐级高位富集,可导致高级生物的毒性效应。在较多学者研究纳米颗粒对动物或菌类的影响的同时,关于纳米颗粒对植物生长的影响的研究还很有限。关于纳米颗粒对植物的种子发芽率、根伸长和新陈代谢等生长情况的影响,以及其在植物体的吸收迁移、生物可利用性以及生物富集已有零星报道。本研究的目的是通过研究人工合成纳米颗粒对玉米幼苗生物量、根系形态、抗氧化酶活性、脂质过氧化的影响以及纳米颗粒在植物体的分布和转运,探讨纳米颗粒对高等植物生长的影响机制。 本文首先对比研究了纳米TiO2和多壁碳纳米管(MWCNTs)对油菜、黄瓜和玉米的发芽率的抑制作用。结果表明,在受试的植物中,纳米TiO2对玉米的抑制作用最强,半效应浓度(EC50)为100mg/L,因此选用玉米作为下一步纳米颗粒植物毒性的研究植物。研究发现纳米TiO2能显著抑制玉米幼苗植株的生长,且随着纳米TiO2浓度的增大,植株生物量和根系形态呈下降趋势：而MWCNTs刘植株生长的抑制效应不明显。在两种不同晶型(金红石相DJ3和锐钛矿相HR3)纳米TiO2处理下,玉米生物量和根系形态呈下降趋势,叶绿素含量显著减少,而微米级TiO2对玉米幼苗生长没有毒性效应。纳米TiO2处理下,玉米幼苗的生长受到明显抑制,表现为植株叶片发黄、植株矮缩,根尖细胞膜损伤,细胞器减少,细胞出现空泡。 进一步的研究表明,纳米金属氧化物CuO(粒径<10nm)和TiO2(粒径<50nm)的毒性效应是纳米颗粒自身产生的,与金属离子的释放无关；通过引起植物细胞内活性氧自由基(ROS)含量的变化,进而导致超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)等抗氧化体系酶活性的应激变化,最终对植物细胞造成过氧化损伤,导致脂质过氧化。因此,过氧化损伤可能是金属氧化物纳米颗粒抑制植物生长的主要机制之一。 另外,通过透射电镜观察,发现纳米CuO能够进入玉米根细胞膜和细胞壁,并且能够向上运输至植株地上部。纳米Ag能够进入植物根细胞。这些结果为研究纳米颗粒在植物体的吸收、迁移和蓄积提供了重要的理论依据。

关键词： 超顺磁   高热   发热   MFH   癌症   纳米颗粒   磁流体   铁流体   胶体   AC   磁场   电磁场