纳米材料与水体其他污染物的复合暴露毒性研究进展

纳米材料被广泛应用于食品、医疗、化妆品等领域,大量的纳米材料被排入水体,由此引起广泛的水环境污染问题。纳米材料因其小尺寸,较大比表面积的特性,在环境中极易吸附其他污染物而造成复合暴露风险,增加其生物效应的复杂性。本文着重讨论纳米塑料、氧化石墨烯、纳米二氧化钛及单壁碳纳米管与水环境中农药、重金属、持续性有机污染物等的复合暴露风险及对生物体产生的毒性影响,从纳米材料与水体污染物的交互作用和细胞毒作用机制方面论述了纳米材料介导的复合暴露毒性机理,并就构建复合暴露模型进行展望,提出从分子水平上揭示复合毒性规律的研究方向,为水生态污染风险评估提供依据。     

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.     

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.     

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。     

纳米二氧化铈对蛋白核小球藻和大型溞的毒性及其在大型溞体内的形态转化

随着纳米技术的飞速发展,纳米材料的应用日益广泛。同时,这类具有独特物理化学特性的微小颗粒对环境和健康的影响引起了人们的关注。本工作参考国际经济合作与发展组织(OECD)化学品生态毒理测试方法,以蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)和大型溞(Daphnia magna)为受试生物,研究了CeO_2纳米颗粒暴露对小球藻生长、叶绿素含量和细胞内活性氧水平以及大型溞运动能力的影响,分析了大型溞体内铈的形态。随着暴露浓度的升高和时间延长,CeO_2纳米颗粒逐渐抑制小球藻的生长,导致叶绿素水平的降低和活性氧水平升高。暴露96 h后,CeO_2纳米颗粒对小球藻生长的EC50为30.4 mg·L-1,而对大型溞活动抑制的24 h、48 h-EC50分别为430.2 mg·L-1和142.7 mg·L-1。根据中华人民共和国环境保护行业标准中的毒性分级标准,CeO_2纳米颗粒对小球藻属于中毒性物质,对大型溞属于低毒性物质。CeO_2纳米颗粒在大型溞体内主要以Ce(IV)的形式存在,约有3%转化为Ce(III)。对CeO_2纳米颗粒的水生态效应给予足够重视并深入研究其毒性作用机制。     

包装材料及食品中纳米材料的检测与表征技术

随着纳米技术的发展,纳米材料在包装行业及食品工业中得到了广泛的应用。然而,纳米材料的安全应用高度依赖于对其生物及环境效应的了解。有研究表明,纳米材料对人类健康及生态环境存在着潜在危害,这使得纳米材料的安全性成为毒理学领域的热点研究课题。同时纳米材料的安全性问题也成为纳米复合包装材料及纳米食品研究和开发的新瓶颈。在对纳米材料没有充分认识的情况下,为了消费者和生态环境的安全,必须控制包装材料及食品中纳米颗粒的种类、来源、含量及可能的释放,这就需要可靠的方法对纳米颗粒的性质和结构进行检测及表征。首先,综述了目前纳米材料在复合包装材料及食品加工中的应用,然后总结了包装材料及食品中纳米材料的检测技术及表征方法,例如显微技术、色谱分离技术、光谱与质谱技术等。由于纳米材料的理化性质参数众多,应用多种分析手段来检测和表征纳米材料成为必然。最后对目前检测技术及表征方法的不足和今后发展方向进行了探讨。     

二氧化钛纳米材料的环境健康和生态毒理效应

伴随着纳米科技的迅猛发展,各式各样的纳米材料被开发和生产出来,逐步进入到周围环境及生命体中,纳米材料的生物安全性和生态毒理学问题已引起了社会各界的普遍关注.纳米二氧化钛(TiO2)因具有良好的光催化特性、耐化学腐蚀性和热稳定性,而被广泛应用于涂料、废水处理、杀菌、化妆品、食品添加剂和生物医用陶瓷材料等与日常生活紧密相关的领域,因此,其将不可避免地进入环境和生态系统中引起相应的生物学效应(毒理学).论文从流行病学调查和实验研究两方面出发,综述了纳米TiO2对生物体(皮肤、肺、肝、肾和脑)、细胞(细胞膜、细胞生长和凋亡)和生态系统的影响,探讨了其毒性产生的可能机制.希望今后进一步加强对纳米TiO2的环境健康和生态毒性研究,以建立纳米TiO2的环境健康安全暴露评价体系,促进纳米技术的健康、安全和可持续发展。     

微塑料在哺乳动物的暴露途径、毒性效应和毒性机制浅述

微塑料广泛存在于大气、土壤和水体环境中,其对人体的危害正受到广泛关注.本文阐述了当前对微塑料在哺乳动物的暴露途径、毒性作用和毒性机制的认识.空气-呼吸系统、食物/饮水-消化系统以及洗漱/护肤产品-皮肤等都是目前最常见的微塑料人体暴露途径,其中消化系统暴露是最主要的方式.目前的研究显示肠道、肝脏和肾脏是主要的微塑料富集部...     

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.     

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.     

水介质中C60纳米晶体颗粒的光化学反应活性木

C60作为一种新型纳米材料,其环境负效应日益受到关注.C60的光化学反应特性是其具有生物毒性的重要原因之一,但C60在水中形成纳米晶体颗粒后失去了C60分子本身的光化学反应活性,不能产生氧自由基.C60在水介质中光化学反应活性的转变使其生物毒性机制研究复杂化.本文综述了水介质中C60纳米晶体颗粒的光化学反应活性相关研究...     

碳纳米材料的水环境行为及对水生生物毒理学研究进展

随着纳米科技的迅猛发展,人工碳纳米材料的生产和使用逐年递增,越来越多的碳纳米材料进入水环境中,对水生生物产生毒性效应。本文在介绍了碳纳米球、石墨烯、碳纳米管3种碳纳米材料的基础上,分析了碳纳米材料的水环境行为,重点综述了碳纳米材料对水生生物毒性效应研究现状,以及可能的致毒机制,并指出今后碳纳米材料对水生生物毒理学亟待加强的研究领域。     

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.     

近红外长余辉纳米颗粒经小鼠眼部暴露后体内分布和代谢情况

为了研究纳米颗粒通过眼部暴露后进入体内的路径及在体内的分布和代谢情况,实验采用近红外长余辉纳米探针作为示踪剂,对小鼠进行眼部暴露,随后利用活体成像技术观察其进入小鼠体内的过程及分布情况,于暴露第4天收集代谢产物,第7天取重要脏器和血液,并检测纳米探针的存在情况.结果显示纳米探针可由眼经口腔进入胃肠道中,并且纳米颗粒暴露4天后在小鼠的粪便中检测到强荧光信号,而尿液中的荧光信号较弱,暴露7 d后在小鼠的眼睑结膜、胃及眼球中检测到强荧光信号,而其余器官的荧光信号较弱.这表明通过眼部暴露后,纳米颗粒主要分布在眼和消化系统中,最后大部分经消化系统代谢.     

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。     

4种典型纳米材料对小鼠胚胎成纤维细胞毒性的初步研究

为探讨不同种类纳米材料对原代培养小鼠胚胎成纤维细胞(Mouse embryo fibroblasts,MEF)的毒性效应及作用机制,选择4种典型的纳米材料(纳米碳、单壁碳纳米管、纳米氧化锌、纳米二氧化硅)制备颗粒悬液,设立5个剂量组(5、10、20、50、100μg·mL-1)对BALB/c小鼠MEF细胞进行24、48、72h染毒培养,利用细胞形态学观察和噻唑蓝实验(MTT比色法)检测上述4种纳米材料对MEF细胞活性的影响,同时,测定染毒24h后细胞培养液上清中乳酸脱氢酶(LDH)活性以探讨纳米颗粒对细胞膜完整性的影响.结果显示:1)4种纳米材料均能明显影响MEF细胞的生长形态.染毒24h后,MEF细胞发生不同程度的回缩变形,细胞间隙增大,排列稀疏,胞内颗粒物增多,细胞透明度下降.2)纳米碳、纳米氧化锌、纳米二氧化硅对MEF细胞增殖的抑制作用和对细胞膜完整性的损伤作用均随染毒剂量的升高而增强,具有明显的剂量-效应关系,其半数致死浓度(24h-IC50)分别为21.85、21.94、461.10μg·mL-1;碳纳米管组的剂量-效应之间不呈对数线性关系,未能得出其24h-IC50.3)在不同染毒剂量水平上,4种纳米材料的毒性对比差异显著:低剂量水平上纳米碳与碳纳米管的毒性强于纳米氧化锌和纳米二氧化硅,随着剂量的升高纳米氧化锌的细胞毒性升高最为显著.结果提示,纳米材料能够对MEF细胞造成毒性损伤,破坏细胞膜的完整性可能只是作用途径之一;纳米材料的毒性可能受粒径、形状、化学组成等许多因素的影响.     

不同培养介质中纳米氧化铜对小麦毒性的影响

采用琼脂培养和水培方法比较了纳米氧化铜(CuONPs)在不同暴露介质中的环境化学行为及其对小麦根生长的影响,并探讨了不同培养介质对CuONPs植物毒性的影响机制.结果表明,琼脂介质相对水相(营养液)环境可以减少CuONPs的团聚,增强其分散性.在琼脂和水相中Cu离子溶出随CuONPs浓度变化规律存在明显差异,在50～1000mg CuONPs·L-(1以Cu计)范围内,CuONPs在琼脂中无论是Cu2+的溶出浓度还是溶出比率均低于其在水相中的值.CuONPs在不同介质中表现出显著的小麦毒性差异.琼脂培养下小麦根生长半抑制效应浓度EC50(以CuONPs浓度表示)为108mg·L-1,而在水培方式下为9.0mg·L-1,说明琼脂介质极大缓解了CuONPs引起的植物毒性.分析表明,Cu2+溶出浓度较CuONPs投放量与小麦根生长抑制效应之间存在更好的指数相关关系,这说明该研究体系下CuONPs小麦毒性主要是由纳米颗粒释放Cu2+引起的.此结论较好地解释了当培养介质从水相变成琼脂时,Cu2+溶出减少,纳米毒性降低的现象.该研究结果认为,当前国内外使用水培法获得的纳米材料植物毒性研究结果在外推至实际土壤状况时将高估其环境安全性风险,推荐使用琼脂作为纳米材料土壤环境风险评价的模拟介质.     

双酚S毒理学、人体暴露水平与健康效应研究进展

双酚S(BPS)是类雌激素干扰物双酚A(BPA)的主要替代品.尽管BPS已被广泛用于塑料等产品中,但其生态安全性和对人体暴露产生的毒性作用却不明了.随着BPS分子和细胞水平毒理学研究的深入,特别是其对动物体繁殖和神经内分泌系统表现出的毒性,使BPS人体暴露的安全性遭到了质疑.本文以BPS毒理学和人体暴露水平研究为聚焦点,阐述了近年来BPS不同水平毒理学研究进展和结论.在此基础上介绍当前人体BPS暴露研究的相关内容,包括人体BPS暴露途径、暴露水平和健康效应最新的调查结果.基于当前研究中存在的争论和有待解决的科学问题,未来的热点将集中在暴露的潜在毒性和风险评价方面.应该加快人体BPS暴露水平及暴露毒性研究,而BPS暴露形态、浓度及时间是人体BPS暴露毒性、特别是BPS早期暴露毒性深入研究不可忽略的重要因素.     

磁性纳米颗粒对不同模式生物的毒性研究

磁性纳米颗粒在生物医学等领域应用广泛,而其毒性研究尚未深入,对生物的影响及作用机制仍未阐明。本文综述了磁性纳米颗粒近年来对于细胞、鼠、家兔和秀丽隐杆线虫的毒理学研究,为磁性纳米颗粒的应用提供参考。