水体中金属(氧化物)纳米颗粒的环境行为与污染控制研究进展

金属(氧化物)纳米材料在生产和使用过程中,可以通过各种途径进入到水环境中,对水生生物、生态环境和人体健康产生威胁.理解纳米颗粒在水体中的环境行为,对于评估纳米材料的归趋及其对环境和人体的健康风险至关重要.本文概述了金属(氧化物)纳米颗粒的性质、来源和毒性危害,汇总了表征纳米颗粒浓度、粒径及形貌的分析方法与技术,分析了它们在水环境中的环境行为以及影响其稳定性的主要环境因素,并总结了水体中金属(氧化物)纳米颗粒的去除方法和效果的最新研究进展.随着金属(氧化物)纳米材料的广泛应用,未来有必要加强对自然水体中纳米颗粒环境行为的研究,并系统开展纳米颗粒健康风险评估工作,为预测纳米材料进入水环境后的归趋和风险提供科学依据.     

纳米材料的食品暴露及其毒性研究进展

纳米材料作为一类新兴化学品广泛用于食品加工、作物栽培和包装运输等领域,来改善营养成分、生物活性和包装材料性能,经摄食进入人体后能分布于血液、消化道和组织细胞中,广泛参与多种生理代谢过程.当前,纳米材料在食品中的暴露途径、分类、存在状态和毒性机制引起了广泛关注,但尚未形成完整、广泛接受的科学研究体系.结合近几年文献,本文分析了食品中纳米颗粒的暴露途径,探讨了当前食品中纳米颗粒分析检测技术的优缺点,阐述了生物化学转化、生物过程环境及分布状态对纳米毒性的诱导机制,在结尾归纳相关研究不足并对今后研究的趋势进行了展望.     

人工纳米材料的生物效应及其对生态环境的影响

人工纳米材料由于具有独特的物理化学性质而得到广泛的应用,其对人体健康及环境的潜在影响也已引起科学界及政府部门的关注.通过总结近年来的相关研究资料,分类归纳了目前国内外对一些常见的人工纳米材料如富勒烯、碳纳米管、量子点、二氧化钛、纳米铁材料及纳米铝材料的生物和生态效应研究,详细总结了纳米材料毒理学的研究对象、研究方法以及最新研究成果,同时分析了各种纳米材料生物毒性的可能机制,最后对纳米材料安全性今后的研究方向进行了展望.     

纳米颗粒对淡水藻类生长的影响:毒性机制与复合毒性

近年来,纳米颗粒在生活、工业生产中的应用日益广泛,而这些纳米颗粒的应用引起的一系列环境问题越来越被密切关注.纳米材料在使用过后不可避免地会释放到水环境中,不仅会影响水生生物的生长代谢,也会污染水体,影响水源水质.而藻类作为水生食物链的初级生产者,对于纳米颗粒在水环境中的积累和迁移起着至关重要的作用.本文首先总结了不同种类的纳米颗粒对水环境中不同藻类生长代谢的影响和相关的毒性机制,包括破坏细胞完整性、氧化应激胁迫、破坏光合系统、基因水平异常和有毒物质的释放等.其次,系统总结了纳米颗粒表面特性(如粒径、晶型、表面电荷、亲疏水性、光敏性、表面涂覆、老化和纳米颗粒的均相与非均相等)、水环境影响因素(如自然有机物质、环境胶体、离子强度、pH、硬度、光照和温度等)和藻类胞外聚合物对纳米材料毒性的影响.最后,还综述了水环境中关键污染物和纳米颗粒对藻类的复合毒性.对于纳米颗粒对水环境中藻类生长的毒性作用、影响机制以及复合毒性的系统总结,有利于全面了解纳米颗粒的环境行为和生物毒性.     

海洋环境中纳米金属的生物吸收及生物效应

当前随着纳米科技的发展,纳米材料,特别是纳米金属,因其独特的物化性质,在各行各业中的使用量呈指数增长,致使其在大气、水域、土壤环境中的安全性问题引起公众关注。尤其是在受到人类活动密切影响的近岸海洋环境中,纳米金属的潜在生态效应成为当前国内外研究的热点之一。本文重点综述了由于海洋环境的理化因子以及纳米金属独特的物化性质导致的纳米金属的环境行为,海洋生物对纳米金属的吸收,以及纳米金属的生物效应和可能的致毒机制,旨在为评估海洋环境中纳米金属的潜在生态危害,完善纳米材料的监管机制及保障纳米科技的可持续发展提供思路。     

纳米材料对藻细胞毒性效应及致毒机理

纳米材料因其独特的性质被广泛应用于生物医疗、光学工程、催化等领域。随着纳米材料的生产量逐年增大,越来越多的纳米粒子被释放到水生生态环境中,其生态毒性效应影响也备受人们的关注。本文根据纳米材料的分类总结了不同种类纳米材料对水生生态系统的初级生产者藻类的毒性效应,归纳了纳米材料影响藻类毒性大小的主要因素,如纳米材料的物理化学性质、水体性质和藻种等,并探讨了纳米材料对藻类的致毒机理,如金属离子溶出、氧化损伤和遮光效应等,最后总结展望了纳米毒理学研究的发展方向,以期为纳米材料对藻类的毒性研究提供一定的理论依据。     

人工纳米材料对贝类生态毒理效应的研究进展

纳米技术已成为21世纪发展最迅猛的技术领域之一。纳米材料因其具备新异的物理、化学特性而广泛应用于各种领域,包括农业,电子工业,生物医学,制造业,医药品和化妆品等,因此纳米颗粒不可避免会释放到水环境中。贝类由于其具有分布广,处于食物链中的关键位置,滤食食性,对重金属及污染物有较强的生物累积能力,且很多贝类具有养殖和商业价值,因而纳米颗粒对贝类的生态毒性效应备受关注。本文通过对已有相关研究成果进行归纳分析,重点阐述了3方面的内容:1)人工纳米材料在水环境中的行为;2)贝类作为水生污染监测指示生物的重要意义;3)人工纳米材料对贝类的毒性效应,主要包括贝类对纳米颗粒摄取、积累和转移,并从组织细胞水平,分子和基因水平,胚胎发育和个体生长水平等阐述了纳米材料对贝类的毒性效应。     

纳米材料在放射性废水处理中的吸附应用

随着核能的开发与利用,放射性污染已经成为一个严峻的环境问题,放射性废水的处理日益引起人们的重视.近年来,纳米技术飞速发展,纳米材料已成为一种新型材料.纳米材料具有独特的物理化学性质,如小尺寸效应、巨大比表面积、极高的反应活性等,这些特性使纳米材料在水处理领域展现了巨大的应用潜力.利用新颖高效的纳米材料吸附去除废水中的放射性核素已越来越受到研究者的关注.本文综述了国内外纳米材料吸附处理废水中放射性核素的研究进展,主要总结了碳纳米材料、纳米金属氧化物、钛基纳米材料、零价金属纳米颗粒对放射性废水的处理性能,简要阐述了纳米材料对放射性核素的吸附机理.最后,对纳米材料去除放射性核素污染研究的未来发展方向及待研究问题进行了展望.     

单细胞质谱揭示四膜虫对极低剂量纳米颗粒的摄入特征

水生单细胞微生物的摄取是纳米材料进入食物网的重要途径之一.研究纳米材料在单细胞水生生物体内累积,对理解纳米材料在生态环境中的环境行为和生态毒理学效应具有重要意义.前期研究表明,暴露浓度是纳米材料生物累积过程中最重要的影响因素之一.然而,目前大多的研究中的纳米材料暴露浓度比实际环境浓度高多个数量级,无法反映实际环境暴露特征.此外,基于群体平均水平的研究方法不能识别具有独特的生理或摄取特性的个体,可能造成一些重要信息的丢失.当前,在单细胞水平研究极低暴露浓度下纳米颗粒的累积特征和毒性效应仍然面临严峻挑战.     

纳米材料分类是风险评估不可或缺的一环

2013年6月13日来源:纳米毒理学据欧盟的纳米安全集群(该组织联合了欧盟资助的纳米项目)的工作小组称,目前纳米材料的人类健康和环境危险评估工作的第一步也是最重要的一步就是找到纳米材料的分类办法。该工作小组在报告中提出了纳米材料的未来毒性实验战略建议。欧盟启动的纳米安全集群计划旨在帮助公众在纳米毒理学方面达成共识并为未来的纳米材料风险评估程序研究工作确定关键领域。德国巴斯夫     

Exigency for fusion of graphene and carbon nanotube with biomaterials

Biomaterial industry is a widely growing field that is closely related to advanced materials. With development in fabrication techniques new materials are being created by researchers daily. The currently used biomaterials for biomedical applications have some limitations. This review examines those limitations such as corrosion, short fatigue life, less wear resistance, and inadequate mechanical properties. These limitations may lead to adverse effects. To overcome these limitations carbon-based nanomaterials may be incorporated such that these biomaterials reach the level of ideal biomaterials. Upgrade of biomaterials with graphene and carbon nanotubes (CNTs) needs to be done only after checking the safety profile of these materials. Biocompatibility of functionalized graphene and CNT is found to be adequate for the use in many applications such as drug delivery, biosensing and imaging, cancer therapeutics, and tissue regeneration whereas pristine graphene and CNT may produce adverse effects. The potential of carbon-based nanomaterials and graphene (and its derivatives) in overcoming those limitations and enhancing biological activities of ongoing biomaterials by acting as composites and coating material is examined. In addition, nanomaterials employ new techniques in biomedical application such as cancer therapy for more efficient results.     

纳米材料的环境行为及其毒理学研究进展

随着纳米科技的迅速发展,纳米材料被广泛应用于工业、农业、食品、日用品、医药等领域.在纳米材料广泛应用的同时,其不可避免地会被释放到环境中(包括水体、空气和土壤),对生态系统产生不利影响.与常规物质相比,纳米材料具有独特的物理、化学性质,其对生态系统生物种群和个体的潜在负面影响不容忽视.在总结国内外相关研究基础上,论文对纳米材料在水体、大气和土壤中的环境行为和生态毒性进行了综述.     

表面涂层影响铜纳米材料和溶解性铜对大型溞的蓄积动力学和急性毒性

本研究评价了未涂覆或有三种不同表面涂层（即羧基化，聚乙二醇化和氨基团）的氧化铜纳米材料（CuO-NMS）对大型溞（Daphnia magna）的急性毒性和累积动力学。首先利用生物动力学模型确定了溶解铜和CuO-NMS水溶液对大型溞的吸附和消除速率常数。然后评估模型参数与急性毒性终点之间的关系，以考察累积动力学参数是否可作为急性毒性的预测指标。采用朗格缪尔方程表征铜纳米材料和氯化铜（溶解铜对照）的生物吸附动力学。得到的吸收速率依次为：CuO-NMs>NH3-CuO-NMs>Cu水溶液>PEG-CuO-NMs>COOH-CuO-NMs。采用单室模型测定大型溞对铜的去除率。估算了每种被测化学物质的不同消除速率常数。结果显示，容易被生物吸收的物质也更容易从生物体中去除。纳米材料在悬浮液中的吸附和净化性能与Zeta电位值和纳米材料团聚体直径有关。而生物吸附和毒性之间没有联系。水性暴露于较难生物吸附的CuO-NMs比易被生物吸附的CuO-NMs更易诱发不良反应。本文提出了纳米材料在介质中的某些物理化学性质，包括Zeta电位和团聚体直径，可以导致较高的生物吸附，但不一定影响毒性。总而言之，纳米材料与生物体的相互作用模式似乎很复杂，取决于生物体内纳米材料的化学形态和物理化学性质。     

Applications of nanotechnology in agriculture and water quality management

Due to their small size and unique physico-chemical characteristics, nanomaterials have gained importance in the agri-food sector, notably in preservation and packaging. Future applications will focus on shelf life, food quality, safety, fortification and biosensors for contaminated or spoiled food, irrigating water and drinking water. Different types and shapes of nanomaterials are being used depending upon the needs and nature of the work in agriculture and water quality management. Here we review the application of nanotechnology in agriculture. The major points discussed are: (1) Nanomaterials for agriculture and water quality management. (2) Research interests such as nanoscale carriers, fabricated xylem vessels, nanolignocellulosic materials, clay nanotubes, photocatalysis, bioremediation of resistant pesticides, disinfectants, agricultural wastewater treatment, nanobarcode technology, quantum dots for staining bacteria and nanobiosensors. (3) Nanotechnological applications for agriculture, which includes nanolignodynamic metallic particles, photocatalysis, desalination, removal of heavy metals and wireless nanosensors.     

Environmental friendly food nano-packaging

Nanotechnology has found many applications in various fields. Nanotechnology promises many interesting changes for a better life, such as to improve health, wealth, products and quality of life, as well as reducing impact on the environment. Food nano-packaging is, however, still poorly developed despite several potentials to improve packaging materials and functions. This article reviews recent advances in food nano-packaging, including bio-based packaging, improved packaging, active packaging and smart packaging. Bio-based packaging, including biodegradable packaging and biocompatible packaging, is an alternative to actual packaging that uses non-degradable plastic polymers. Improved packaging focusses on nanomaterials that improve barrier properties, strength, flexibility and stability. Active packaging is based upon active nanomaterials such as antimicrobials and oxygen scavenging materials. Smart packaging refers to smart functions provided by nanomaterials, such as nanosensors and nanodevices that detect freshness or monitor changes in packaging integrity.     

Phase change materials for advanced cooling packaging

Controlling the temperature of food packages during transport is needed with the rise of online shopping. During transport, food requires cold temperatures to maintain freshness. A major issue is the undesired warming of food when packages are exposed to warm temperatures on airport tarmacs and temporary unrefrigerated storage during air transportation. To solve this problem, phase change materials (PCMs) can maintain package temperature by changing their phase from liquid to solid or vice versa, to absorb or release latent heat. Although this technology is still not fully commercially viable yet, it has good potential. This article reviews all aspects of PCM packaging, including their classification, technical approaches, and commercial applications, with focus on the direct integration of PCM into food package systems. The article also provides guidelines for future research and reveals aspects that still hinder the full exploitation of PCM in the food packaging industry. To make PCM packaging commercially viable, research needs to consider aspects such as cost, consumer acceptance and confidence, regulatory aspects, e.g., labeling, and multifunctionality.     

纳米材料诱导细胞自噬及其"双刃剑"作用

细胞自噬是细胞维持自身稳态的关键生物学过程。近年来,纳米材料诱发的细胞自噬效应及其生物学结局受到了研究人员的高度关注,成为纳米医学和纳米毒理学的重要研究方向。一方面,纳米材料诱发的自噬效应可作为纳米药物发挥治疗作用的重要过程,另一方面,其诱发的自噬效应也可成为纳米材料诱发细胞死亡和机体损伤的重要原因。本文重点阐述纳米材料诱导自噬发生的过程及相关机制,进一步探讨纳米材料诱导自噬的不同结局、机制和影响因素,以期为深入认识纳米材料自噬效应并对其进行毒理学评价提供科学依据。     

Nano-inspired systems in food technology and packaging

Creation of food-based nanomaterials for food processing and packaging applications is actually gaining in importance. Indeed, the design of a suitable food carrier system controls the encapsulation efficiency, the product stability and release of bioactives such as micronutrients, antimicrobial compounds and antioxidants. The smaller size of nanomaterials provides higher thermodynamic and kinetic stability. Whereas the higher surface area enhances compound solubility. Nanoemulsions both encapsulate bioactive compounds effectively and address the food safety concerns of the fresh produce associated with foodborne pathogens. Nanoliposomes encapsulate bioactive whey peptides and fat-soluble vitamins with improved functionalities. Encapsulated bioactive molecules are released by diffusion into the surrounding environment after degradation of the surrounding polymeric matrix.     

Applications and genotoxicity of nanomaterials in the food industry

The use of nanomaterials in industrial sectors is currently widely accepted because of their unique beneficial properties. However, those unique properties can also induce toxic effects. Toxicity responses are induced by kinetic, dynamic, and catalytic properties, and by functionalization, net particle reactivity, agglomeration, and functional environment. Here, we review nanomaterial applications in food and consumer industries, genotoxic mechanisms, methods to study nanomaterials, and factors of toxicity.     

金属和非金属纳米材料对四膜虫生物毒性研究

纳米材料是"21世纪最有前途的材料",以其优良的性能广泛应用于许多领域,随之以多种形式释放到环境中。目前,关于纳米材料的安全性还没有明确的论断。本文介绍了四膜虫在纳米材料生物效应研究中的优势,重点论述了金属纳米材料、非金属纳米材料对四膜虫的生物效应以及毒性机制的研究状况,并对今后纳米材料生物毒性效应研究提供了建设性的方法及意见。