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.     

污染水体中河蚬的生物毒性响应研究进展

河蚬作为广泛分布于世界各国的典型底栖生物,由于其活动性低、滤食性等特征被广泛用作指示生物研究多种水体污染物的生物有效性。但迄今为止,尚没有系统论述污染水体中河蚬生物毒性响应的研究进展。为此,本文从污染物种类、测试指标、试验参数等角度探讨了过去30多年间河蚬在氨、重金属、有机污染物生物富集及生物毒性效应等方面的研究过程及主要成果。以往研究主要以河蚬生物体内累积、形态学及行为学观察、生化指标、代谢组学、基因完整性等指标表征污染水体的生物毒性效应,并随着分子生物学的发展已逐步由多指标全面表征代替单一指标测试。此外,现有研究多偏重于重金属和持久性有机污染物,对氨、新型污染物及纳米材料的河蚬生物毒性效应探讨尚处于起步阶段。河蚬在自然水体污染状况评估、污染水体的生物修复、水体毒性预测等方面具有较高适用性,但河蚬在沉积物毒性鉴定评估(TIE,Toxicity Identification and Evaluation)中的应用研究依然较为缺乏,有待进一步开展。     

废碳粉中新污染物的环境健康风险与资源化利用

随着印刷业的快速发展,碳粉的产量不断增加,致使废碳粉排放量升高。目前,国际上对废碳粉的处置以直接填埋为主,在环境中持续累积且具有暴露风险。废碳粉中含有微纳米塑料、纳米氧化物、纳米炭等多种新污染物,存在潜在生态环境和人体健康风险。如何科学处置废碳粉,实现其资源化利用是管控废碳粉中新污染物环境健康风险的关键。该综述首先探讨了多种典型颗粒新污染物的单独和复合生态效应以及其与环境中土壤、水体等介质的相互作用,提出废碳粉可能具备生物毒性和生态风险。废碳粉可通过呼吸、接触及食物链传递等途径造成人体暴露,可能会对人体呼吸系统、肾脏、肝脏、肠道代谢、神经发育、心脏代谢、血管、生殖等产生毒性,其毒性具有尺寸、剂量和暴露时间依赖性。依据废碳粉的成分组成和性能分析归纳总结了其可能的回收和高值化利用技术,并对未来废碳粉的环境地球化学过程、环境健康和资源化利用等方面研究进行了展望,包括：1）发展环境中废碳粉的分离提取与检测定量技术,明确废碳粉的环境赋存量和赋存形态;2）结合实验室和中宇宙模拟与机器学习来探究环境相关浓度下废碳粉的生态和人体健康效应,并实现其风险评估;3）加强废碳粉回收和资源化利用的技术的创新,发...     

纳米复合材料中纳米颗粒的释放行为及环境残留

纳米颗粒是粒径在1~100 nm之间的粒子,具有良好的导电、感光、传热等性能。为了更好地发挥纳米颗粒的作用,工业上制备出了各种工业纳米颗粒(ENPs),如SiO_2-ENPs、TiO_2-ENPs、Ag-ENPs、碳纳米管等。随着纳米技术的发展,通过添加ENPs的纳米复合材料因其优异的性能而被大量生产和使用,这就不可避免地导致了ENPs被不断地释放至环境中,使其在水、污泥、土壤、大气和生物体中的残留量逐渐增多,给环境带来了潜在的生态风险。文章在总结相关研究的基础上,综述了多种纳米复合材料(包括纳米复合纺织品、纳米复合护理品、纳米复合塑料制品、纳米复合涂料、纳米复合食品行业、纳米复合能源)中ENPs的释放行为及ENPs在环境中(水体、污泥、土壤、大气以及生物体)的残留特点。综述表明,ENPs的释放行为因纳米复合材料及ENPs的种类而异,且纳米复合材料的暴露方式、使用条件等均可影响其中ENPs释放的浓度及形态。另外,ENPs的释放导致其在环境中被频频检出,各类ENPs在水体、土壤、大气中的残留质量浓度在1 ng·L~(-1)~1 mg·L~(-1)不等。由于ENPs在一定条件下可对生态产生危害,其对环境产生的风险应引起重视。今后可在环境因素对纳米复合材料中ENPs释放的影响、释放的ENPs在环境中的迁移及分布、释放的ENPs与污染物的相互作用这三方面加强研究。     

微囊藻毒素及其与其他环境污染物的联合毒性研究进展

微囊藻毒素(microcystins,MCs)是一种蓝藻代谢产物,在全球富营养淡水生态系统中广泛分布,高浓度的MCs不仅对水生生物造成负面影响,还会与水体中共存污染物发生相互作用,影响彼此在生物体内转化代谢和毒性效应.因此,开展MCs与多种环境污染物的复合污染对不同生物的毒性研究十分必要,其对水体复合污染风险评价和防控...     

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.     

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...     

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。     

基于毒性效应的间隙水致毒物质鉴别技术进展

沉积物作为污染物迁移转化过程中重要的"源"和"汇",与整个生态系统及人类健康有着密切联系。间隙水很大程度上反映了水体沉积物的污染状况,同时可以真实反映生物的实际暴露情况,间隙水中关键致毒物质的鉴别是科学准确地评价间隙水及沉积物毒性与风险的重要基础。毒性鉴别评估(Toxicity Identification Evaluation,TIE)和效应引导的污染物识别(Effect Directed Analysis,EDA)技术作为致毒物质识别的主要方法,已在沉积物和间隙水的致毒物筛选中得到了初步的应用。本文介绍并比较了常用的间隙水提取方法,总结了TIE和EDA在间隙水致毒物质异位及原位鉴别方面的应用与发展,及鉴别过程中使用到的基本毒性量化方法与其适用条件。在当前间隙水关键致毒物质识别研究的基础上,指出了异位分析难以避免毒性损失和有机污染物鉴别方面的局限等问题,并提出应推广原位毒性试验技术且进一步发展有机物的精细分离技术和质谱识别技术等发展方向。     

环境污染物诱导神经毒性的表观遗传机制研究进展

表观遗传修饰与神经系统功能密切相关,其在环境污染物暴露致神经毒性中的作用机制已引起广泛关注。本文综述了重金属、有机污染物和空气颗粒物等典型环境污染物对人体和模式生物表观遗传修饰(DNA甲基化、组蛋白修饰和ncRNA等)和神经系统功能的影响,指出环境污染物可直接或(通过引起氧化胁迫)间接改变表观遗传修饰状态,导致相关基因表达失调,从而诱导一系列神经毒性,并提出当前研究存在的局限性。建议未来针对污染物的神经毒性机制研究,应着重关注组蛋白修饰和ncRNA以及不同类型表观遗传修饰之间的交互作用;同时,环境污染物复合暴露导致神经毒性的表观遗传机制有待深入研究;如何从表观遗传角度解释环境污染物诱导神经毒性的年龄易感性及性别特异性也值得进一步探讨。     

表面活性剂对二氧化钛纳米颗粒和锌离子复合细菌毒性的影响

纳米颗粒和重金属的复合生态毒性已受到广泛关注.作为水体中的常见污染物,表面活性剂可能会影响纳米颗粒和重金属的复合毒性.本文选取常见的阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和非离子表面活性剂Tween 80,以Zn~(2+)为重金属代表,通过细菌毒性实验研究表面活性剂对nano-TiO_2和Zn~(2+)对大肠杆菌复合毒性的影响,通过纳米颗粒性质表征、颗粒沉降实验、吸附实验、细菌细胞外膜渗透性测定等揭示毒性影响机制.研究表明,nano-TiO_2通过吸附Zn~(2+)降低了Zn~(2+)在介质中的溶解浓度,两者复合毒性小于其叠加毒性; SDBS和Zn~(2+)作用后降低了Zn~(2+)自身的生物可利用性,同时增强了细胞外膜渗透性.当SDBS浓度大于50 mg·L-1,Zn~(2+)浓度大于4 mg·L-1时,两者复合毒性表现为协同效应.3种污染物共存时,nano-TiO_2的存在降低了Zn~(2+)和SDBS的复合毒性.Tween 80对nano-TiO_2和Zn~(2+)的单独毒性及复合毒性影响均不明显.本研究结果可为表面活性剂存在下纳米颗粒和重金属对细菌或其它生物的复合毒性评价提供理论依据.     

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。     

脂环族溴代阻燃剂的生物富集、代谢及毒性效应研究进展

以六溴环十二烷（HBCD）为代表的脂环族溴代阻燃剂（CBFRs）被广泛应用于纺织、建材、电子、电气、化工、交通、建材等领域.随着HBCD作为《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》增列持久性有机污染物,与HBCD具有相似结构和性能的四溴环己烷（TBECH）和四溴环辛烷（TBCO）等CBFRs被当作HBCD的潜在替代产品.迄今为止,HBCD、TBECH和TBCO已在大气、水体、土壤等多种环境介质和生物体中被检出,它们在生物体内的代谢转化以及内分泌干扰、神经、生殖、发育等毒性效应亦受到广泛关注.值得指出的是,所有CBFRs均含有同分异构体,表现出异构体选择性的生物富集、代谢和毒性效应.遗憾的是,目前相关研究还十分匮乏.本文从CBFRs的环境暴露水平、生物富集、毒性效应、以及CBFRs的生物转化等方面展开综述,特别强调了从异构体水平研究HBCD及其替代物的必要性.本文有助于全面了解CBFRs生物富集、代谢及毒性效应,对于正确认识和准确评价CBFRs的生态和健康风险具有重要的科学意义.     

人工纳米材料对斑马鱼生态毒理效应研究进展

随着纳米技术的快速发展,人工纳米材料在光电、生物医药、化妆品等诸多领域得到了广泛应用。人工纳米材料在生产、使用和废弃处理等过程中,不可避免地通过水体、土壤、大气等进入环境,其对环境产生的生态效应逐渐引起国内外的广泛关注。斑马鱼(Danio rerio)作为一种重要的脊椎模式生物,在环境毒理学研究中应用广泛,可以作为检测人工纳米材料生态毒理效应的一种重要工具。本文介绍了人工纳米材料对水生态环境的影响及斑马鱼在生态毒理学研究中的优势,总结了其对斑马鱼的毒性效应,主要包括急性毒性和对个体发育的影响、对组织细胞及基因表达的影响,分析了人工纳米材料对斑马鱼的毒性机制,以期为人工纳米材料毒理学研究提供基础信息。     

被动加标在水生生态风险评价中的应用——以多氯联苯分配系数的测定为例

准确的水生生态风险评价需要可靠的毒性数据,而其获取要求在一定时间范围内,水体中污染物的浓度保持恒定。对疏水性有机污染物进行水体生物毒性测试时,通常采用有机溶剂加标,然而该方式可能因为污染物的挥发和降解、容器壁吸附、生物摄取等问题,水体中污染物浓度持续下降,导致污染物的浓度-效应关系难以明确。近期为了克服这些问题,被动加标用于替代溶剂加标,通过污染物在加标体系中平衡分配来维持精确和恒定的水体浓度,同时还可通过测定加标聚合物中污染物的浓度来监测水体浓度。首先介绍了被动加标方法及其材料选择,讨论了该方法在生态风险评价中的主要应用,包括分配系数的测定、体外细胞测试、体内生物积累及毒性测试,以及沉积物毒性评价等。然后,以测定代表污染物多氯联苯在聚二甲基硅氧烷与水间的分配系数为例,详细说明被动加标的操作流程。最后,讨论了被动加标方法的优缺点,并对其在水生生态风险中的应用前景进行了展望。     

有害结局路径(AOP)框架在水体复合污染监测研究中的应用

由于包含复杂的毒害化学污染物质,水体复合污染一直威胁着人类健康和水生生态安全。对复合污染水体进行监测、评估和治理是水环境管理的重点之一。监测并识别水体关键毒害污染因子是进行水质管理的前提,也是复合污染研究的难点。目前国内外在水复合污染毒性监测研究上主要基于动物活体试验或者生物体外测试。由于受限于毒理学测试方法,常见的应用通常仅关注于某方面的毒性效应或者少数的分子指标,因而受到质疑和挑战。有害结局路径(Adverse outcome pathway, AOP)的概念将化学污染物的结构、致毒的分子启动事件和生物毒性的有害结局建立关联,为污染物的毒性测试、预测和评估提供了新的模式。本文旨在论述有害结局路径在复合污染毒性评估和关键毒害物质鉴别中的指导性价值和意义。在有害结局路径的指导框架下,借助于生物体外高通量测试技术、化学分析的靶向和非靶向分析技术、和生物信息学技术,可以系统地分析化学混合物在分子、细胞水平上健康相关指标的响应水平,评估水体中复杂结构污染物,与不同生态和健康有害结局之间的关联,为水环境评价和优先污染物的筛选管理提供有效支撑。本文通过综述AOP框架在复合水体中毒害物质风险研究的现状和优势,对AOP在水环境环境管理上的应用前景提出展望。