银与植物的相互作用:吸收、转化与毒性

硝酸银做为传统抗菌剂的使用由来已久.近年来纳米银做为广谱杀菌剂的使用亦日益广泛.硝酸银及纳米银可进入污水处理系统转化为硫化银并随污泥堆肥进入环境.由于银的使用与环境释放,银离子、纳米银及硫化银广泛存在于实际环境中.植物是生态系统的基本组成部分.一方面银作为植物非必需元素会对植物的生长造成影响,另一方面植物会影响银在环境中的迁移转化及在食物链中的传递.本文总结了硝酸银、纳米银及纳米硫化银与植物的相互作用,强调了银在植物体内的吸收转化与毒性,指出了未来研究需要注意的方向.     

纳米银的迁移转化对环境微生物毒性的影响

纳米银(AgNPs)因其优越的抗菌、导电、催化等性能,被广泛应用于工业领域和日常生活中,成为当前产量和用量最高的纳米材料之一。但纳米银产品在生产、运输、洗涤、侵蚀、废弃的过程中,不可避免地会被释放到自然环境中。在复杂环境因素影响下,纳米银本身的赋存状态发生转化,并对生态环境构成严重威胁。因此,探究纳米银在环境中的迁移转化过程及其对生态环境的潜在风险成为相关领域的研究热点。针对纳米银研究现状中存在的不足,综述了天然有机质、pH值、溶解氧、离子强度、光照等环境因素对纳米银迁移转化行为以及其对微生物毒性效应的影响,并进一步深入探讨了纳米银的毒理机制,旨在为纳米银的环境行为特征研究以及风险评估提供理论基础。     

光照、硫化和浓度效应对水环境中胞外聚合物与银离子相互作用的影响机制

本文研究了紫外光照、银离子浓度和硫化反应对水环境中胞外聚合物(EPS:用海藻酸钠模拟)与银离子交互作用的影响.紫外-可见吸收光谱结果显示,在无硫有紫外光照的条件下,EPS先把银离子转化为零价纳米银,纳米银继而聚凝生成银沉淀.银离子的初始浓度会影响生成的纳米银的稳定性,失稳速度依次为初始浓度4 mmol·L~(-1)8 mmol·L~(-1)2 mmol·L~(-1)1 mmol·L~(-1).高分辨透射电子显微镜(HRTEM)图表明,在有硫有紫外光照条件下,硫化反应和EPS共同作用使银离子生成硫化银和零价银两种纳米颗粒.初始银离子浓度较低(2 mmol·L~(-1)和4 mmol·L~(-1))时硫化反应有助于纳米银保持较好的稳定性;而初始银离子浓度较高(8 mmol·L~(-1))时,硫化反应会降低纳米银的稳定性.在无硫无紫外光照的条件下,EPS未能使银离子转化为纳米银,说明遮光条件会抑制EPS对银离子的还原效率.而在有硫条件下,即使遮光,银离子也会在硫离子和EPS的交互作用下转化为纳米银和纳米硫化银(除了银离子浓度为1 mmol·L~(-1)的样品).这表明硫化过程即使在黑暗环境中也能使银离子转化为纳米银.细菌可以通过胞外聚合物与银离子的相互作用,来抵御银对细胞的生态毒性.在黑暗的地下水环境中,EPS的还原能力弱于有光照的地表水(湖泊河流)环境,细菌更容易受到银的抑制;但地下水中若存在硫化物,硫化反应可以协助细菌的胞外聚合物将银离子转化为颗粒态甚至使其沉淀,从而增强EPS对细菌的保护效果.     

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。     

纳米银的植物毒性研究进展

纳米银因其具备良好的催化、超导性能及杀菌消毒活性,广泛应用于食品加工业及医药等领域,是目前市场上最为常见的金属纳米材料。纳米银的大量生产和应用大大增加了其向环境释放的机会,同时也增加了其对环境及人类健康的潜在风险。植物是生态系统中重要组成部分,纳米银可通过植物积累进入食物链,因此对纳米银的植物毒理学研究尤为重要。纳米银的植物毒性与其被植物体吸收、迁移及转化有关。它可影响植物种子的萌发、苗期的生理生化过程和细胞结构等营养生长,也影响植物的开花、结实等生殖过程,并影响DNA的稳定性。但目前纳米银的毒性是否由银离子引起尚未确定。     

氧化石墨烯纳米银复合材料的制备及其抗菌性

以柠檬酸钠为还原剂通过简单的超声加热处理,原位制备出氧化石墨烯纳米银复合材料.采用X射线光电子能谱、紫外可见吸收光谱、透射电子显微镜等手段对氧化石墨稀纳米银复合材料进行表征.结果表明纳米银呈球状均匀分布在氧化石墨烯表面.以大肠杆菌(MG1655)为模型菌,通过细菌生长动力学试验及荧光染色试验评价了氧化石墨烯纳米银复合材料的抑菌性能.结果表明,氧化石墨烯复合材料对大肠杆菌有较强的抑菌效果,且其卓越的抑菌效果是通过氧化石墨烯纳米银材料的协同作用来完成的.因此,氧化石墨烯纳米银是一种非常有效的抑菌材料.     

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。     

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.     

纳米银在多孔介质中的迁移过程与机制研究进展

纳米银(AgNPs)作为消费品中最常用的人工纳米材料,由于其优异的抗菌性能,在织物、医疗设备和食品及饮料包装中广泛使用.AgNPs可通过大气沉降、地表水径流、污水灌溉和生物污泥的土地施用等多种途径进入土壤等多孔介质,甚至进入地下水.AgNPs进入环境后可在动物和植物体内累积并产生毒性效应,对生态环境构成危害.因此,全面了解AgNPs在土壤等多孔介质中的迁移过程对正确评估其环境归趋和生态效应具有重要的理论和现实意义.本文针对近年来已发表的不同表面稳定剂、环境有机质、土壤矿物及微生物等对AgNPs性质及在多孔介质中迁移过程中产生的影响进行了全面的总结,并就目前研究中存在的问题和后续研究的发展方向进行了展望.     

欧盟科学委员会评估纳米银健康影响

正2013年12月16日欧盟委员会的新出现及新确定健康风险科学委员会(Scenihr)发布了一份关于纳米银的安全、健康和环境影响及其在抗菌药物耐药性方面的角色的初步意见。该意见旨在评估纳米银的使用,尤其是在医疗护理和消费品中的使用,是否可能相比银的传统使用导致任何额外风险。银在医疗护理产品中被广泛用于卫生用途。不过,Scenihr指出,由于它们以众多不同品牌销