纳米材料的非毒性环境效应研究进展

纳米材料的广泛应用使其不可避免地释放到环境中,并对生态环境产生潜在不利影响.但是纳米材料的实际环境浓度较低,是否会对生态安全造成严重毒性危害依然存在争议.因此,近年来纳米材料对生物体无明显生长抑制或毒性胁迫表型情况下的非毒性环境效应逐渐引起人们的关注.笔者综述了近年来纳米材料非毒性环境效应研究的最新进展,探讨了纳米材料对植物及微生物的非毒性胁迫影响机制,旨在加深人们对纳米材料实际环境效应的理解,并为相关领域的科学研究提供新的思路.     

纳米银在水环境中的环境行为和毒性效应研究进展

纳米材料的环境行为和生态效应是目前国内外研究的热点,其中纳米银颗粒(Ag NPs)是使用量最高的纳米材料。本文主要总结了Ag NPs在水环境中的赋存、Ag NPs的环境行为、Ag NPs对不同种类微生物的毒性效应以及影响Ag NPs毒性效应的因素,最后对Ag NPs在河口区的研究进行了展望。     

Nano-QSAR: 纳米毒理学领域的新方法

随着纳米毒理学实验研究的不断深入,反映纳米材料生物毒性效应的数据也不断丰富,以这些数据为基础建立的定量结构活性关系(QSAR)模型开始发挥其在纳米材料潜在毒性研究和预测方面的作用。纳米材料的QSAR(Nano-QSAR)研究以经典QSAR模型为指导,结合纳米材料特殊的物理化学性质,提供了一种对纳米材料快速筛选和优先测试的新途径。本文就Nano-QSAR的前期研究现状,从纳米材料结构描述符、毒性效应数据和建模方法3个方面分析了模型的构建流程和框架;通过列举部分研究成果和主要的模型指标,初步探讨了建模方法的选择和结构描述符的识别;最后指出目前Nano-QSAR研究面临的挑战和今后努力的方向。     

人工合成纳米材料的生物可给性与毒性

随着人工纳米材料在工业、生活、医疗等各领域中的广泛应用,其环境暴露已不可避免.由于纳米材料生物可给性决定了其环境危害与人体健康风险,因此近年来这方面的研究已成为环境科学领域关注的热点.本文基于细胞和微生物、动物、人体等,从纳米材料种类、暴露途径、摄入动力学、体内分布、消除行为等方面,对人工纳米材料的生物可给性与毒性进行了综述,为客观评价纳米材料的生物安全性提供了科学参考.     

重金属-纳米颗粒联合毒性评价模型研究进展

基于单一污染物的毒性研究无法准确评估真实环境中多污染物共存的生态与健康风险,因此大量研究开始关注混合物联合毒性这一更具挑战性和现实性的课题.本文围绕当前毒理学领域的主要研究对象——重金属、纳米材料,综述了重金属混合物、纳米颗粒混合物、以及两者混合物的联合作用评价方法,包括基于重金属间无相互作用或相互作用可忽略的浓度加和(concentrationaddition,CA)模型、独立作用(independent action,IA)模型及其改进模型,基于生物生理过程的生物配体模型(biotic ligand model,BLM)、毒代-毒效动力学模型(toxicokinetictoxicodynamic,TK-TD)、动态能量平衡(dynamic energy budget,DEB)理论,基于颗粒物结构性质的定量纳米结构-活性关系(quantitative nano structure-activity relationships,QNAR,或nano-QSAR)模型等,介绍了各类模型的基本原理、适用条件和应用情况.最后对重金属-纳米颗粒联合毒性的未来研究方向进行了展望.     

纳米材料与环境污染物的复合毒性

纳米材料因其独特的物理化学性质,不仅其自身具有毒性,还会与共存污染物相互作用,影响彼此的迁移转化和毒性效应。文中总结了纳米复合污染毒性的研究方法,并介绍了几种纳米材料(碳纳米材料、金属氧化物、量子点和零价金属)与重金属或有机物复合时造成的生物毒性,包括不同层次毒性指标响应(生物整体、生物积累、大分子水平)和毒性机制的探讨,展望了纳米复合污染毒性领域今后的发展方向和亟待研究的重要问题。     

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。     

纳米材料对底栖动物的毒性效应研究进展

随着纳米技术的飞速发展,纳米材料被广泛应用于各个领域,在纳米材料生产运输、使用以及使用后的废弃过程中,纳米材料不可避免地会被释放到环境中。一旦纳米材料进入到水体,它们会经过一系列的迁移转化最终沉降在底泥中,并可能会对底栖动物产生潜在毒性效应。笔者重点总结和归纳了不同类型的常见人工纳米材料对底栖动物的毒性效应与其暴露环境和纳米材料自身物理化学特性的关系,发现在不同的毒性评价指标包括筑穴行为、生存率、发育繁殖、摄食率以及生物累积效应中,生物累积是底栖动物对纳米材料反应最为灵敏的评价指标。同时,底栖动物对纳米材料的生物累积不仅与纳米颗粒的大小和聚集程度有关,而且也与生物体内的消化微环境和和消化过程(pH、消化速率、同化效率和肠道的停留时间)相关。在归纳总结基础上,提出了完善纳米水生生物毒性效应研究的建议。     

典型纳米材料的土壤微生物效应研究进展

纳米材料的大量生产和广泛应用使其不可避免地进入环境中,而土壤是人工纳米材料释放到环境的主要的汇。土壤中的微生物群落能敏感地反映土壤环境质量的变化,其对物质循环与能量转换具有极重要的生态学意义,然而纳米材料因其独特的物理化学特性,对土壤微生物群落及其功能的影响尚不明确。在参考纳米材料对微生物影响相关研究的基础上,总结了土壤中纳米材料的主要类型及来源,综述了典型纳米材料对土壤微生物群落结构、丰度、功能的影响及可能的影响机制,探讨了环境因子对人工纳米材料土壤生物效应的调控作用,对需要深入研究的方向进行了展望。     

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.     

邻苯二甲酸酯类增塑剂的体外细胞毒性评价

邻苯二甲酸酯(Phthalate esters, PAEs)是环境介质中的一类典型的有机污染物。已有研究表明,PAEs具有明显的内分泌干扰毒性,并会对动物和人体的生殖发育与神经系统造成损伤。体外细胞评价模型因具有高通量、测试周期短、成本低和毒性效应易于探明等技术优点,被广泛应用到PAEs毒理学效应的研究中。本文从内分泌干扰毒性、胚胎发育毒性、神经毒性、免疫毒性、遗传毒性以及致癌作用等方面,对PAEs的一些体外细胞毒性评价模型进行了分类和总结,并对其相应的研究进展进行了综述。本文旨在为体外细胞毒性评价模型的有效利用提供借鉴,并对PAEs毒性作用机制的深入研究提供思路和依据。     

硝化作用作为生态毒性指标评价土壤重金属污染生态风险

土壤质量评价基准的确立是土壤污染研究的重要方向.目前评价重金属对土壤微生物生态风险的终点指标主要有土壤生物量、土壤呼吸、酶活性、硝化作用和固氮等.解决土壤中的重金属污染是环境领域的重大课题,评价和确定一个能较早预知重金属毒性的敏感指标则具有重要意义.硝化作用因其对重金属污染的敏感性及在全球氮循环中的重要作用,在评价土壤重金属毒性研究中具有广泛的应用.在总结国内外相关研究基础上,对硝化作用的机制、影响因素以及在指示环境变化中的作用及局限性等方面进行了综述.     

石墨烯纳米材料对哺乳动物的毒性及其作用机制

石墨烯是一种新兴纳米材料,具有独特的电学和光学性质、超大的比表面积以及潜在的生物相容性,在材料和电子产业、能源、环境以及生物医学等领域得到广泛应用。与此同时,石墨烯的环境行为和生物毒性也随之引起日益广泛的关注。本文通过对石墨烯纳米材料的生物毒性、细胞毒性、毒性影响因素和毒性机制等相关研究进展进行总结。石墨烯纳米材料可通过气管滴注、吸入、静脉注射、腹腔注射以及口服等方式进入体内,通过机械屏障、血脑屏障和血液胎盘屏障等积累在肺、肝、脾等部位引起急性或者慢性损伤;目前有关石墨烯毒性机制的研究主要集中于线粒体损伤、DNA损伤、炎性反应、凋亡等终点及氧化应激参与的复杂信号通路,不同石墨烯纳米材料的浓度、尺寸、表面结构和官能团等对石墨烯的生物毒性影响不同。鉴于当前该领域研究的局限性,对石墨烯纳米材料生物毒性研究的发展方向进行了展望,进而为石墨烯材料的安全应用提供理论借鉴和实践参考。     

纳米Ag粒子在我国主要类型土壤中的迁移转化过程与环境效应

随着纳米技术的快速发展,纳米材料进入环境并不断累积,因此开展纳米材料的环境安全性研究具有重要意义.纳米银(Ag NP)是目前应用最广泛的人工纳米材料之一.本课题组拟以Ag NP为研究对象,系统研究其在我国主要类型土壤中的迁移、转化过程及其生态环境效应;基于同步辐射技术、同位素技术和量子化学计算等方法,揭示Ag NP与土壤中主要矿物或有机质之间的相互作用规律;探明Ag NP对土壤中微生物、动物和植物的致毒过程及其作用机制;发展Ag NP在土壤中迁移的数学模型,预测其在土壤中的迁移、滞留通量进而评价其淋溶风险,为Ag NP的安全利用提供重要理论基础和技术支撑.     

碳纳米材料在环境中的转化

碳纳米材料主要包括富勒烯、碳纳米管和石墨烯.随着碳纳米材料的研究和应用范围不断扩大,其对环境的影响和在环境中的行为也逐渐受到关注,而在环境中的转化是环境行为的一个重要方面.首先,环境转化会改变碳纳米材料的性质,从而影响其它行为如聚集沉降和生态毒性.同时,作为一种以碳为骨架的材料,能否被自然界转化、从而进入碳循环是评价碳纳米材料长期环境影响的必要信息.因此,本文重点总结了碳纳米材料在自然环境条件和水处理条件下可能发生的生物或非生物转化,并分析影响碳纳米材料转化的因素,和转化过程对其环境行为的影响.     

3种新型污染物对发光菌的毒性作用研究

分析了3种常见的代表性新型污染物对发光菌的单一毒性和等毒性比例下的联合毒性,基于毒性单位法(TU)、相加指数法(AI)和混合毒性指数法(MTI)评价混合体系联合毒性作用类型。三氯生、五氯酚、双酚A对发光菌的半数效应浓度(EC_(50))分别为:0.045、0.035、0.74 mg·L~(-1)。不同的评价方法对3种新型污染物的联合效应评价结果具有较好的一致性,多元混合体系呈现为不同程度的拮抗作用,结合分子结构特征和不同取代基的相互作用,初步分析了联合毒性机理,进一步毒性作用机制还需要通过对生物生理生化响应等进行深入研究。新型污染物混合体系对发光菌的联合作用呈现以拮抗作用为主,表明此类污染物环境残留可导致相关化学品功效降低,引发微生物耐药性的产生和传播的风险。     

因子分析法在化学物质生态危害评价中的应用

运用因子分析法对61种环境优先污染物的环境行为和生物毒性等7项指标进行分析,筛选出3个或4个主因子,3因子分别定义为生物毒性、分配性和降解性因子,4因子分别定义为生物毒性、蓄积性、吸附性和降解因子;选取3因子模型对61种环境优先污染物和12种新化学物质进行生态危害评价,以主因子对总信息量的贡献率为权重求得各化学物质生态危害的分值,依据综合得分得到新化学物质相对于该61种环境优先污染物的生态危害综合排序,以评价新化学物质的生态危害性.结果表明,预测结果与实际情况基本相符.     

石墨烯纳米材料对哺乳动物的毒性及其作用机制

石墨烯是一种应用广泛的新兴非金属纳米材料，具有独特的电学机械性能、超大的比表面积以及潜在的生物相容性，在材料、电子、能源、光学以及生物医学等领域得到广泛应用。与此同时，石墨烯的环境行为和生物毒性也随之引起日益广泛的关注。本文通过对石墨烯纳米材料的动物毒性、细胞毒性、毒性影响因素和毒性机制等相关研究进展进行总结。石墨烯纳米材料可通过气管滴注、吸入、静脉注射、腹腔注射以及口服等方式进入体内，通过机械屏障、血脑屏障和血液胎盘屏障等积累在肺、肝、脾等部位引起急性或者慢性损伤；目前有关石墨烯毒性机制的研究主要集中于线粒体损伤、DNA损伤、炎性反应、凋亡等终点及氧化应激参与的复杂信号通路，不同石墨烯纳米材料的浓度、尺寸、表面结构和官能团等对石墨烯的生物毒性影响不同。鉴于当前该领域研究的局限性，对石墨烯纳米材料生物毒性研究的发展方向进行了展望，进而为石墨烯材料的安全应用提供理论借鉴和实践参考。     

纳米材料对鼠科动物的生殖毒性及致毒机理

纳米材料是近几年应用越来越多的一种新型材料,因此国内外科研单位对其毒性的研究也逐年增加。但是目前对鼠科动物生殖毒性及其机理的了解还相对较少,亟需大量研究填补此领域的空白。本文主要从亲代和子代2个方面阐述了纳米材料对鼠科动物的生殖毒性,从不同生物水平等方面概述了纳米材料对亲子两代鼠科动物的损伤效应及可能的机制。最后,试探性地提出了今后在纳米材料领域对鼠科动物生殖毒性的研究重点。     

工业废水毒性鉴定评价方法体系的建议及其应用示例

工业废水是自然环境中毒害污染物的主要来源,对其进行毒性鉴定和评价,是废水毒性管控的基础。我国目前仍缺乏规范的工业废水毒性鉴定和评价体系,本文针对这一状况,综述了美国环保局颁布的废水毒性鉴定评价（TIE）指南和欧盟采用的效应导向分析（EDA）方法,提出了结合TIE方法和EDA方法的优点建立工业废水毒性鉴定评价方法体系的建议,并选取珠三角地区电镀废水作为该体系的应用示例,采用发光菌和重组基因酵母菌进行快速毒性测试,并结合化学分析方法,确定电镀行业废水毒性主要来源于金属Cu和壬基酚聚氧乙烯醚类有机物。