几种人工纳米材料的生态毒理学研究

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1、摘要摘要纳米技术被认为是下一次的工业革命，目前发展迅速，已引起全球范围内的科学技术、工业和农业等发生革命性变革，将给人类社会带来巨大的变化。而人工纳米材料(Manufacturednanomaterials，以下简称MNMs)iE是这一新兴产业的基础。由于MNMs具有许多优良而又奇异的物理或化学性质(例如由纳米尺度所引起的尺寸效应，量子效应、巨大的表面效应以及界面效应等)，因而在医药，工业，建筑，染料、涂料、食品，化妆品和环保等产业中具有十分诱人的前景，其产量越来越多，应用越来越广泛。但是，也正因为MNMs的这些奇异特性，及其日益增加的产量和应用，人们担心

2、MNMs潜在的对环境、入体健康和社会的有害影响最终是否会超过他带给人类社会的效益。MNM$可能在其生命周期(生产、贮存、运输、消费、处置或回收再生产)中泄漏进入水体，造成水环境和沉积物的污染，导致对水生生态系统的污染胁迫，甚至可能通过食物链对人类健康产生潜在的危害。但遗憾的是，迄今为止有关纳米材料水生生态毒理学的数据仍极为匮乏。基于上述认识，为评价纳米颗粒泄漏进入水环境后对水生生态系统可能造成的影响及其影响机制，确定其潜在的生态风险，以便能及早采取相应的风险管理措施，本文以生态毒理学理论为基础，从以下几个方面进行了前瞻性的探索：1I对传统生态毒性测试方法进

3、行修改，以应用于人工纳米材料的生态毒性测定，在此基础上集中比较了2类6种人工纳米材料(金属氧化物纳米颗粒：纳米二氧化钛n丽02、纳米氧化{辛mZnO、纳米氧化铝hal203；碳纳米颗粒：富勒烯C补单壁碳纳米管Swa唧多壁碳纳米管MwcNTs)对模式生物——斜生栅藻(&enedesrauaobliquua)和大型蚤(Daphniamagna)的毒性效应。结果发现：(1)人工纳米颗粒进入水环境后确实能产生一定的生态毒性。6种纳米材料水悬浮液均能抑制斜生栅藻的生长，抑制大型蚤的活动，并导致大型蚤死亡。根据6种纳米材料对斜生栅藻生长的96hEC50值，可排出其毒性

4、大小顺序为：nZnO>C60、nTi02、MWCNTs、SWCNTs>nAl203；而根据对大型蚤活动抑制的48hEC50值，可得到6种纳米材料水悬浮液的毒性大小顺序为：nZnO>SWCNTs>c∞、MWCNTs>nTi02>hAl203。总体而言，无论对大型蚤还是对斜生栅藻，nZnO的毒性均较其他纳米材料大，对藻类有毒，对大型蚤为剧毒；T摘要而hal203则最小，可认为基本无害或低毒；3种碳纳米材料的毒性大致相当，对藻类有害，对大型蚤则是有毒，考虑到C6D在一定条件下能溶于水中形成稳定的纳米尺度悬浮聚合物，而且浓度高达20mga．以上，可认为是最有可能带

5、来环境风险的碳纳米材料形式。因此，可以考虑以r,．ZnO和C60作为金属氧化物纳米颗粒和碳纳米材料的代表性种类，应用于Mmls的生态毒理学研究。(2)通过对现有的评价化学物质生态毒性的标准方法／程序进行适当地修改，在使实验体系最优化后，纳米颗粒的生态毒性测定将是可能的。对藻类而言，人工纳米材料可能遮蔽光，导致实验体系内实际光强下降而抑制藻类的生长。可通过降低光径、减少溶液体积扩大受光面积、保持实验体系处于紊流状态等措施加以解决。(3)实验发现，纳米颗粒对大型蚤的毒性大于其相对应的大尺度物质，推测大型蚤能更多地滤食纳米颗粒以及纳米颗粒本身更高的生物活性是造成

6、上述毒性差异的原因。2．在上述研究基础上，采用生命早期发育阶段技术，进一步研究了代表性人工纳米材料(nZnO纳米颗粒)进入水体后形成的水悬浮液对斑马鱼(Daniorerio)鱼卵和仔鱼的发育毒性及其相关作用模式，结果发现：(1)nZnO纳米颗粒进入水体后形成的水悬浮液对斑马鱼鱼卵和仔鱼具有显著的发育毒性，并呈浓度依赖性和时间依赖性。nZnO水悬浮液对斑马鱼胚胎孵化率具有很高的毒性，84hEC50仅为1．174mg／L，低浓度下即可造成胚胎发育延迟：nZnO水悬浮液暴露条件下，能导致斑马鱼胚胎—仔鱼发生心包囊水肿和血流障碍，最终导致斑马鱼胚胎或仔鱼的死亡。(

7、z)在本实验条件下，nZnO纳米颗粒进入水环境中后形成的水悬浮液对斑马鱼鱼卵和仔鱼的发育毒性除了nZnO纳米颗粒在水中溶出的自由锌离子作用机制之外，还可能存在接触毒性作用，即nZnO水悬浮液中的nT_．nO能通过某种途径(如吸附或沉积等)到达斑马鱼受精卵的卵膜表面或仔鱼机体表皮，引起细胞膜的损伤从而造成对斑马鱼的伤害。而氧自由基的检测结果表明，nZnO水悬浮液中氧自由基的生成并不是nZnO水悬浮液对斑马鱼鱼卵和仔鱼产生发育毒性的主要途径。3．本文还研究了代表性碳纳米材料C60纳米颗粒进入水体后形成的水悬浮液(nC60)对斑马鱼鱼卵和仔鱼的发育毒性及其相关毒

8、性机制，结果发现：(1)nc60的制备过程以及nc硒本身的结构能影