合成纳米材料对神经系统的影响

合成纳米材料具有独特的物理化学特性,在能源、电子、食品、农业、环境科学、化妆品和医药等领域都得到广泛应用,与此同时其安全性也受到了广泛关注。体内和体外模型研究已报道合成纳米材料能够穿过或绕过血脑屏障,进入中枢神经系统,造成神经损伤。本文总结了合成纳米材料产生毒性的影响因素,进入中枢神经系统的途径以及诱导神经毒性的分子机制,包括氧化应激、DNA损伤、炎症、自噬和凋亡的诱导以及DNA甲基化等。通过系统地综述合成纳米材料神经毒性研究进展,并对该研究方向进行展望,为进一步深入研究合成纳米材料神经毒性提供参考。     

氧化石墨烯纳米材料的制备及其对Eu(Ⅲ)吸附性能

通过改良的Hummers法制备了氧化石墨烯纳米材料,用于水中核素的吸附.通过调节氧化剂用量,改变了氧化石墨烯的微观结构进而获得了良好的核素吸附性能.研究发现随着氧化剂用量的提高,氧化石墨烯结构的无序度逐渐增大,结构层缺陷增多,晶面间距增加,微晶尺寸减少,氧化石墨烯片层出现褶皱.静态单核素吸附实验表明,氧化石墨烯对核素有着良好的吸附效果,高氧化度的氧化石墨烯纳米材料对Eu（Ⅲ）的吸附性能良好,最大吸附容量为76.46 mg·g-1,吸附规律更接近于Langmuir模型.此外,本文还对氧化石墨烯的吸附动力学、固液比影响进行了研究.研究结果表明,氧化石墨烯在核电厂放射性废水的处理方面具有广阔的应用前景.     

Modified titanium oxide (TiO2) nanocomposites and its array of applications: a review

Titania (TiO₂) has been the focus of attention of researchers since the first demonstration of its capability to generate the photocatalytic splitting of water into hydrogen and oxygen. However, there seems to be a recent surge in the research activity, involving modified TiO₂ nanoparticles (NP), which are considered to be more effective due to different physicochemical properties in comparison to unmodified fine particle analogs. Several strategies have been employed to modify TiO₂ to reduce recombination rates of photogenerated charge carriers to enhance the optimal functioning of TiO₂. Doping with cations and anions and coupling it with another semiconductor are the most well-known modification methods used. Titania nanocomposites are known to have a plethora of applications. Photoexcitation of these particles are seen to be extraordinarily effective in eliciting microbial death which makes it an attractive candidate for the manufacturing of antimicrobial coatings. On the other hand, TiO₂ induces the oxidation of various organic refractory compounds like tetracycline, sulfamethazine, and bisphenol. The photo-electrocatalytic oxidation technique which amalgamates the principle of photocatalysis and electrolysis serves as a newer, unswerving, and cost effective water treatment process. In the biomedical arena, use is now acknowledged for the photodynamic therapy of cancer, cell imaging, biological sensors, drug delivery system, and as endonucleases. In the commercial front, it is utilized in creams owing to its small particle size, which facilitates absorption through skin. It is also employed as ultraviolet blocking agents in sunscreen and commonly encountered as a brilliant white pigment in paint due to its brightness, high refractive index and resistance to discoloration. Its use in solar cells has also been reported. This review aims to encompass the new progress of modified TiO2 nanocomposites for efficient applications, emphasizing the future trends of TiO2 in arenas like healthcare, environment, biomedical, food, personal care, and pharmacy and also highlights the commercial implications of this promising nanomaterial.     

纳米材料对微藻的生态毒性效应及机理

纳米材料因具有界面效应、尺寸效应和隧道效应等特点被广泛应用于污染环境修复领域,但在修复污染物的同时残存于环境中的纳米材料可以通过诸多途径进入水体,且与微生物、浮游微藻和有机质等相互作用后可能导致生态平衡被破坏,其对生态环境的影响和潜在威胁不容忽视。本文总结了常见纳米材料及其与有机物、重金属等的联合作用对微藻的生态毒性,在此基础上分析了颗粒粒径、颗粒浓度及环境因素等对纳米材料毒性的影响,探讨了纳米材料对微藻的致毒机理,并对今后的研究方向进行了展望,以期为纳米材料环境毒理学领域的研究提供参考和借鉴。     

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.     

基于土壤模式生物的纳米材料毒理研究进展

随着纳米科技与工业的高速发展,大量的纳米材料被广泛应用并最终汇聚到土壤环境中,对土壤生态和人体健康造成潜在影响。由于土壤生物具有多样性,选择具有代表性、敏感性并便于获取的土壤模式生物作为实验受体进行纳米材料的生物安全评估及环境毒理效应研究尤为重要。较为系统地回顾和总结了几种典型土壤模式生物的特点,为纳米材料毒理研究中受试生物的选择提供参考,在此基础上整理了大量基于典型土壤模式生物的纳米材料毒性研究资料,归纳了不同层次的研究方法,分析探索了纳米材料毒性机理,并展望了未来的研究重点。     

纳米材料的环境和生态毒理学研究进展

随着纳米技术的迅速发展及纳米材料的大量增多,纳米技术的安全性问题正引起世界范围的重点关注.纳米材料可以通过多种途径进入自然环境而产生多种环境行为,可能引起生物体的毒性效应,其生态学影响也不可忽视.目前国际上对纳米材料生态学影响特别是环境行为的研究仍处于起步阶段,有价值的研究结果非常少,仍有众多不确定的生态安全问题有待深入研究.在总结国内外相关研究的基础上,就纳米材料的来源、进入环境的途径、环境行为、生态毒理学研究现状及需要进一步研究的内容进行了简要综述.     

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.     

3种纳米材料对水稻幼苗生理及根际细菌群落结构的影响

随着纳米技术的快速发展,评估人工纳米材料(ENMs)对植物-微生物系统的潜在危害至关重要。本研究通过盆栽试验,分析不同浓度(0、0.50、1.00和2.00 mg·g^-1)的纳米材料即纳米二氧化硅(nSiO₂)、纳米二氧化钛(nTiO₂)和纳米氧化锌(nZnO)对水稻幼苗生理和根际细菌群落结构的影响。研究结果显示,3种纳米材料处理后,水稻幼苗的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性均显著增加(P<0.05,下同),可溶性蛋白(SP)含量仅在2.00 mg·g^-1 nTiO₂和0.50 mg·g^-1 nZnO处理时显著降低;2.00 mg·g^-1 nSiO₂处理及1.00 mg·g^-1和2.00 mg·g^-1 nZnO处理均可显著降低水稻幼苗的株高(PH)、鲜质量(FW)和干质量(DW),nTiO₂处理则对其没有显著性影响。高通量测序结果表明,与不加纳米材料的对照(CK)处理比,3种纳米材料处理的根际土壤优势菌门为变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)和拟杆菌门(Bacteroidetes),根际促生及反硝化细菌如芽孢杆菌属(Bacillus)、黄色土源菌(Flavisolibacter)、Kaistobacter、红游动菌属(Rhodoplanes)和Candidatus_Solibacter菌属的丰度均有显著提升。Pearson相关分析表明,Catellatospora等属的相对丰度与水稻的抗氧化酶活性和生物量呈显著正相关,而Candidatus_Koribacter等属的相对丰度与其呈显著负相关。同时,nSiO₂和nZnO处理浓度分别为1.00 mg·g^-1和2.00 mg·g^-1的水稻根际土壤细菌多样性均降低,群落结构变化明显,而nTiO₂处理对其影响不显著;nSiO₂和nTiO₂处理均诱导水稻根际细菌中编码氨基酸代谢等基因丰度显著升高,nZnO处理则降低与细胞运动等相关功能基因丰度。综上所述,3种尺度相同的纳米材料可直接对水稻幼苗产生生理毒性,但因nZnO和nTiO₂的水力直径分别为最小和最大而相应表现出最强和最弱的毒性效应。此外,3种纳米材料尤其是nSiO₂和nZnO还可通过改变根际土壤细菌基因功能,降低水稻根际土壤细菌多样性并改变群落组成及结构,间接造成水稻幼苗氧化应激和渗透胁迫,进而不同程度地影响幼苗生长和发育,其中nZnO的抑制效果最显著。3种纳米材料对水稻幼苗生理和根际细菌群落表现出的毒性大小顺序：nZnO > nSiO₂ > nTiO₂。本研究结果为纳米材料对水稻及根际土壤微生物的潜在危害及农田生态系统的环境保护与资源利用提供了科学依据。     

二氧化锰基纳米材料对重金属离子的去除及机理研究进展

重金属离子对人类健康和环境安全产生了严重威胁,因此重金属废水高效处理成为了环境领域最具挑战性的热点问题之一.二氧化锰（MnO₂）是一种环境友好型金属氧化物,具有来源广泛、成本低廉、形貌多样、晶型丰富、结构稳定、粒径可控等优异的性质,在重金属离子的去除应用上展现出巨大的潜力.近年来,人们利用MnO₂基纳米材料在重金属离子的有效治理方面开展了大量的研究.本文综述了MnO₂基纳米材料在重金属离子环境修复方面取得的研究进展,包括MnO₂的制备和改性方法,MnO₂基纳米材料在水溶液重金属离子去除中的应用及吸附作用机制,并对研究方向进行了总结和展望,旨在为进一步设计合成对重金属离子的吸附去除具有实际应用价值的MnO₂基纳米材料提供参考.