纳米零价铁的微生物毒性效应研究进展

纳米零价铁(nanoscale zero-valent iron,NZVI)是一种新型的地下水修复材料,NZVI的生物安全性研究已经引起了世界各国学者的广泛关注。本文综述了国内外有关NZVI微生物毒性的研究成果,重点介绍了NZVI对微生物的毒性效应及致毒机理,归纳总结了影响NZVI颗粒毒性效应的各种因素,并对未来NZVI材料毒性研究的发展方向进行了展望,以期为NZVI的生物安全性研究提供参考。     

纳米银对鱼类的毒性效应研究进展

纳米银作为一种新兴的纳米材料,由于其独特的抗菌性能而被广泛应用于各种商业化产品中。广泛的应用增加了它进入环境尤其是水环境的机率,从而对鱼类等水生生物产生潜在毒性效应。因此,近年来陆续开展了关于纳米银对鱼类的毒理学研究。本文根据国内外文献查阅及分析,综述了纳米银的制备、特性、应用、释放情况以及近几年来纳米银对鱼类的毒理学研究进展,对今后进一步开展相关研究工作提供参考。     

纳米银污染对蚕豆根尖微核率影响及评价研究

近年来国际上对银系抗菌材料的研究非常活跃,甚至提倡用纳米粒子净化水源。但水体中纳米银浓度达到何种程度会对生物细胞产生危害至今未见相关研究报道。本文利用蚕豆(Vicia faba L.)根尖微核技术研究水体中纳米银的遗传毒性,以期为纳米银的生态安全评价提供理论依据。将不同浓度的纳米银溶液对蚕豆根尖细胞微核率进行了多重比较,以P0.01作为差异有显著统计学意义的判断标准来确定纳米银浓度差异的显著性。并根据《全国生物技术监测规范——蚕豆根尖微核技术》所规定的污染指数划分标准,就蚕豆根尖对水体中纳米银污染程度进行评价。当水体中纳米银质量浓度为5μg·m L~(-1)时,微核率3.33‰,污染指数1.11,该纳米银质量浓度与空白对照组无极显著性差别,参考污染指数划分标准和评价方法,为基本无污染;当水体中纳米银质量浓度为50μg·mL~(-1)时,微核率为4.67‰,污染指数1.56,污染程度为轻度污染。随水体纳米银含量的增加,蚕豆根尖微核率和污染指数逐渐加大。当纳米银质量浓度为100和150μg·mL~(-1)时,微核率分别为6.67‰和10.67‰,污染指数分别为2.22和3.56,污染程度分别为中度污染和重度污染。多重比较显示,虽然纳米银质量浓度分别为5和50μg·mL~(-1)在微核率上差异未达极显著水平,但纳米银质量浓度50μg·mL~(-1)与空白对照组相比差异已经达极显著了。据此推断,当水体中纳米银质量浓度超出50μg·mL~(-1)时,会对生物细胞产生毒性效应。     

纳米银的体内毒性及毒作用机制研究进展

很多研究表明纳米银对机体的消化系统、呼吸系统、生殖系统等多个系统均会产生毒作用,且其毒作用受到多种因素的影响。目前关于纳米银的毒作用机制尚未明确,研究发现纳米银的毒作用机制可能与银离子释放、活性氧自由基产生、氧化应激的发生、炎症反应等有关,最新研究指出纳米银的毒性作用还可能与内质网应激和自噬有关,本文将就纳米银的体内毒性及毒作用机制进行了综述。     

纳米银和银离子对斑马鱼胚胎早期生长发育的影响及作用机制

为探究纳米银对水生生物的毒性作用,选取斑马鱼胚胎为受试生物,考察了纳米银对斑马鱼胚胎早期生长发育的影响,同时比较了纳米银与银离子对斑马鱼胚胎的毒性作用和机理。实验将受精后4小时(4 hpf)的斑马鱼胚胎分别暴露于不同浓度的纳米银和银离子溶液中至96 hpf,观察并记录了胚胎的死亡、孵化和畸形等指标。应用吖啶橙(AO)染色实验研究了胚胎暴露之后的细胞凋亡情况,并且应用荧光定量PCR技术分析了相关基因的表达水平。研究结果表明,随着暴露浓度的增加,纳米银和银离子均能导致斑马鱼胚胎的死亡率增加和孵化率降低,并且引起孵化延迟。纳米银和银离子的96 h半数致死浓度(96 h-LC50)分别为11.75 mg·L-1和0.054 mg·L-1。银离子毒性远大于纳米银毒性。暴露的斑马鱼胚胎均表现出体长变短和卵黄囊肿大的畸形。AO染色结果表明,纳米银和银离子处理组胚胎的躯干和卵黄囊部位存在细胞凋亡信号。基因表达分析结果显示,1.93 mg·L-1纳米银显著提高了斑马鱼胚胎caspase9的表达(P0.05),而0.006 mg·L-1的银离子就能显著上调COX-2a(P0.01)和COX-17(P0.05)基因的表达,同时0.036 mg·L-1银离子增加了斑马鱼体内p53基因的表达(P0.05)。以上研究结果说明,纳米银可能通过caspase通路诱导细胞凋亡进而影响斑马鱼胚胎的生长发育;而银离子不但影响氧化系统基因通路,还能通过p53诱导凋亡进而阻滞斑马鱼胚胎的生长发育。     

纳米银对无脊椎动物毒性效应的研究进展

纳米银（AgNPs）因优良的抗菌特性,已成为全球使用量最多的纳米材料.随着AgNPs使用量的增多,其不可避免流入环境中,对生态系统造成危害.无脊椎动物是动物类群重要的组成部分,本文主要从累积效应、急性毒性、生长发育毒性、组织病症、生殖毒性、遗传毒性和回避行为等方面总结了AgNPs对无脊椎动物的影响和潜在毒性机制,介绍了AgNPs对无脊椎动物毒性的影响因素,分析了AgNPs关于无脊椎动物毒性研究的不足并对研究趋势进行了展望.本文旨在为AgNPs对无脊椎动物的毒性研究以及AgNPs的安全生产和合理使用提供参考.     

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。     

纳米银的体内毒性及毒作用机制研究进展

很多研究表明纳米银对机体的消化系统、呼吸系统、生殖系统等多个系统均会产生毒作用，且其毒作用受到多种因素的影响。目前关于纳米银的毒作用机制尚未明确，研究发现纳米银的毒作用机制可能与银离子释放，活性氧自由基产生，氧化应激的发生，炎症反应等有关，最新研究指出纳米银的毒性作用还可能与内质网应激和自噬有关，本文将就纳米银的体内毒性及毒作用机制进行综述。     

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。     

纳米银与银离子对土壤微生物及酶活性的影响

为研究纳米银和银离子对土壤微生物的影响,采用土壤培养方式,对不同剂量纳米银(10、50、100 mg·kg~(-1))和银离子(1、5、10 mg·kg~(-1))暴露下黄褐土、砖红壤中可培养微生物数量及土壤酶活性(脲酶、荧光素二乙酸酯水解酶、蔗糖酶、过氧化氢酶)进行研究,并采用纯培养方法对纳米银和银离子暴露下的大肠杆菌(Escherichia coli)、金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)凋亡情况进行检测,对纳米银释放的银离子毒性进行评估。结果表明,随着纳米银剂量的增加,土壤可培养微生物数量显著减少,脲酶和过氧化氢酶活性降低,蔗糖酶、荧光素二乙酸酯水解酶(FDA酶)活性没有显著变化;银离子处理中微生物数量明显减少,但土壤酶活性被激活。10 mg·L~(-1)纳米银暴露1 h后大肠杆菌、金黄色葡萄球菌凋亡率、死亡率增高;随着培养时间的延长,纳米银缓慢释放银离子,并促进大肠杆菌的凋亡。综上分析,纳米银能够抑制土壤可培养微生物生长和酶活性,其中脲酶、过氧化氢酶对纳米银较为敏感,蔗糖酶、FDA酶受纳米银的影响较小;纳米银的毒性一方面是其本身的特异抗菌性,也有部分来自缓慢释放的银离子。     

Verhalten von Nanosilber in Kläranlagen und dessen Einfluss auf die Nitrifikationsleistung in Belebtschlamm

Background, aim and scope The application of nanosilver is increasing. Knowledge on the fate and behavior of nanosilver in wastewater and wastewater treatment plants is scarce. Studies under real world conditions are completely lacking. We studied (1) the impact of nanosilver on the nitrification of sewage sludge, (2) quantified the mass flow of nanosilver in a pilot-plant, and (3) verified the mass balance in a full-scale municipal wastewater treatment plant where nanosilver is introduced to the municipal plant by an indirect discharger. Materials and Methods The addition of four different nanosilver additives on ammonia oxidation in activated sludge has been studied in batch-reactors at two concentrations (1, 100?mg/L Ag) with two exposure times (2?h, 6?days). The pilot-plant treating 70 population equivalents of domestic wastewater is operated with a 12?day sludge age. Nanosilver was applied to the activated sludge tank within two sludge ages. The silver concentrations were measured in sludge and effluent samples during dosing and the following two sludge ages. The adsorption and speciation of silver particles has been analyzed using scanning electron microscopy (SEM) coupled with energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX). Influent, effluent and sludge were sampled on a full-scale plant (60?000 equivalent inhabitants) and analyzed for silver. Results Silver nitrate, metallic nanosilver, nano-scaled silver chloride and microcomposite silver did not show any effect on ammonia oxidation after the addition of 1?mg/L Ag to the activated sludge (corresponding to 250?mg Ag per kg solids). In contrast, 100?mg/L Ag inhibited the nitrification process by 100?% after the addition of silver nitrate and 20–30?% after addition of colloidal polymer-coated nanosilver. A complete mass balance of the pilot-plant, a steady-state system with known fluxes, demonstrates significant enrichment of silver in the sewage sludge (96?%) after the addition of silver chloride to the plant and small losses of silver into the secondary effluent (4?%). The mass fluxes are similar to metallic colloidal nanosilver investigated under the same conditions. The mass balance has been consistently confirmed by the full-scale study in a municipal wastewater treatment plant. The silver fluxes correspond to the fluxes of the suspended solids in sludge and effluent. Overall, it is estimated that from public wastewater treatment plants about 4–40?mg/a Ag per inhabitant equivalent are discharged annually to the receiving water. The analysis by SEM-EDX demonstrates adsorption and incorporation of nanosilver on biological flocs. This method yields first insight into complex building and transformation of silver associated with sulfide after adding metallic nanosilver and silver chloride to wastewater. Discussion Silver ions released from nanosilver react immediately with large amounts of chloride present in wastewater to form silver chloride. Silver ions may react with organic ligands or sulfide groups additionally. Consequently, even silver nitrate added with 1?mg/L Ag (250?mg Ag/kg TS) to activated sludge did not inhibit nitrification activity. Very high amounts of nanosilver, i.?e. 100?mg/L Ag, overburdened the system and equilibrium condition between silver ion release and ligands was not reached. The mass balance reflects the excellent attachment of nanosilver to activated sludge and biological flocs. Therefore, the main elimination process of nanosilver is attachment to the activated sludge. The elimination of nanosilver is high compared to organic and inorganic micro pollutants omnipresent in wastewater. Any further reduction of suspended solids in the effluent water will reduce the silver load. Conclusions Generally, in wastewater nanosilver occurs bonded to activated sludge flocs and therefore the elimination of nanosilver is efficient under operation conditions typical for wastewater treatment plants. The major fraction of nanosilver is removed from the system by the excess sludge withdrawal. Nonetheless, the efficiency may be further improved by a tertiary filtration step. All analyses of influent, effluent and sludge confirmed that silver exists as silver sulfide. Due to a negligible water solubility of this silver species, silver ions are not subsequently released. Recommendations and perspectives Nanosilver research should be driven to the identification of transformation processes in real environmental matrices and the influence of coatings on the adsorption behavior. There is no need for action to take special measures for nanosilver removal in the area of municipal wastewater treatment plants compared to ubiquitous hazardous organic pollutants may present in wastewater. Nevertheless, source control measures following the precautionary principle should be performed.     

纳米银复合材料与抗生素的联合抗菌性能及相关机制研究

抗生素的滥用导致细菌耐药问题日益严重,人类迫切需要开发出新的抗菌药物以减少细菌耐药问题。基于纳米银制备而成的纳米银复合材料在兼顾纳米银抗菌性能的同时不仅能够克服单一纳米银释放速度快、不稳定等缺点,还能缓解细菌耐药的问题,因此被认为是一类具有广泛应用前景的新型抗菌剂。已有研究表明,单一纳米银与某些抗生素的联合使用可以达到协同抗菌效果,但目前尚缺乏对纳米银复合材料与抗生素的联合抗菌性能及机制的研究。本文首先制备出3种不同结构的纳米银复合材料,包括二氧化硅-聚多巴胺-纳米银复合材料(SiO_2-PD-AgNPs)、纳米银@二氧化硅复合材料(AgNPs@SiO_2)和纳米银@二氧化硅-聚多巴胺-纳米银复合材料(AgNPs@SiO_2-PD-AgNPs)。随后测定了纳米银复合材料对大肠杆菌(Escherichia coli, E. coli)和枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis, B. subtilis)的单一毒性效应。结果显示,AgNPs@SiO_2-PD-AgNPs复合材料对2种菌的单一毒性均大于其余2种纳米银复合材料。因此,笔者以AgNPs@SiO_2-PD-AgNPs作为代表,测定了纳米银复合材料与硫酸卡那霉素(kanamycin sulfate, KS)/盐酸土霉素(oxytetracycline hydrochloride, OH)的二元联合抗菌性能,发现AgNPs@SiO_2-PD-AgNPs与KS联合可以对E. coli产生协同效应。协同效应产生的主要原因可能是:AgNPs@SiO_2-PD-AgNPs释放出的纳米银会和KS发生键合反应生成KS-纳米银复合物,导致纳米银释放出大量的Ag+增加了细胞膜的通透性,从而使得进入细菌内的Ag~+和KS比单独作用时进入胞内的抗菌剂增多,产生更强的抗菌性能,从而表现出协同抗菌效应。本研究基于新型纳米银复合材料与抗生素的联合抗菌性能实验探究了纳米银复合材料与特定抗生素联合用药的最佳组合和相关机制,为今后开发新型抗菌材料提供了新思路并为相关联合用药提供参考。     

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。     

纳米材料对心血管系统影响的研究进展(Research Progress of the Influences of Nanoscale Materials on the Cardiovascular System)

随着纳米材料生物安全性及纳米毒理学相关研究的深入,纳米尺度物质对心血管系统的潜在危害受到极大关注.论文综述了纳米尺度物质对心血管系统影响的流行病研究和实验研究的最新进展,探讨了纳米尺度物质对心血管系统影响的分子机制,提出了心血管系统是纳米尺度物质所致毒性效应的主要靶点之一的观点,在此基础上对纳米尺度物质对心血管系统影响研究的发展方向进行了展望.     

Toxicity evaluation of 10 oil gelling agents北大核心CSCD

Oil gelling agents are widely used in emergency response of marine oil spills. However, the biological toxicity of oil gelling agents is not well understood. This research aimed to evaluate the environmental safety of oil gelling agents used for rapid removal and cleanup of marine oil spills. We used luminescent bacteria (Acinetobacter sp. Tox2 and Acinetobacter sp. RecA) combined with exposure experiment using marine medaka (Oryzias melastigma) juveniles to detect the acute toxicity and genotoxicity of 10 oil gelling agents. As a result, a certain level of acute toxicity was detected from the oil gelling agent FOA and GMN-01 (the toxicity equivalent to 0.067 mg/L and 0.084 mg/L of HgCl2, respectively), and a certain level of genotoxicity was detected from the oil gelling agent NORSOREX (the toxicity equivalent to 0.307 mg/L of MMC) by the luminescent bacteria test. However, no obvious acute toxicity or genotoxicity was detected from the above three oil gelling agents in fish-exposure experiments. Our results suggest that the 10 oil gelling agents have no obvious acute toxicity or genotoxicity to higher organisms (including marine medaka). The luminescent bacteria test is more sensitive in detecting biological toxicity of oil gelling agents. This study provides a reference for environmental safety evaluation of the oil gelling agents used in the cleaning up of the marine oil spills.