水环境中纳米TiO2 -表面活性剂的迁移机制及水生生物有效性

纳米材料的环境行为、潜在的生物富集以及在食物链中传递的研究十分薄弱。本项目运用环境化学、水力学、生物、数学等技术手段建立学科交叉研究体系，研究纳米TiO2-表面活性剂在水环境中迁移行为及对斜生栅藻、大型蚤、斑马鱼构成的三级营养生物食物链的传递作用机制，同时研究纳米TiO2-表面活性剂对目标生物产生的生物有效性影响；探讨纳米TiO2经表面活性剂分散后形成的水力学聚集沉积、迁移理论及作用于生物体并经生物传递后对生物体产生的慢性毒性及多代遗传毒性；建立纳米TiO2-表面活性剂聚集沉积模型、水动力学迁移模型及与生物体系交互作用机理的新方法体系。研究成果有助于揭示纳米TiO2在水环境多介质中的迁移行为及归宿、食物链中的传递及传递过程对生物体产生的生物有效性，为纳米材料的生态安全与人群健康的风险评估和如何规范纳米材料的生产、使用和管理等提供科学依据。

纳米二氧化钛（nTiO2）由于其特殊的性质，能够在水环境中进行迁移、扩散，并进入水生生物体内进行传递。本课题开展了nTiO2与表面活性剂共存的水体中进行分散、沉降、迁移行为以及nTiO2沿二级、三级食物链的传递等研究，探讨nTiO2在水环境中的迁移扩散及对水生生态系统中食物链的传递、生物毒性作用等。.由于pH改变了nTiO2颗粒表面的带电性，从而影响了nTiO2在水中的形态，在接近nTiO2的等电点时，nTiO2的分散性最差；电解质的加入使nTiO2颗粒表面吸附不同荷电性的离子，对nTiO2分散迁移产生影响；而表面活性剂分子主要通过在nTiO2表面吸附、增加空间位阻等改善nTiO2水环境行为；在不同pH值nTiO2水体中加入不同浓度表面活性剂，改变nTiO2表面所带电荷，引起nTiO2对表面活性剂的单层与多层吸附；而腐殖酸则通过表面荷电性的改变，引起长链分子交联网状结构变化，产生不同的捕集作用等，影响nTiO2在水中的分散、沉降、迁移等行为。.由于nTiO2的水环境行为，导致nTiO2可以在水生生态系统不同食物链中进行传递。nTiO2可由丰年虫传递到斑马鱼，但未出现生物放大效应（BMF<1）；食物链暴露后nTiO2主要分布于斑马鱼心脏器官中，暴露途径是影响nTiO2生物有效性的重要因素；由于SDBS的加入，nTiO2在丰年虫（24h）和斑马鱼（8周）体内的最大蓄积量分别增加1.26和1.42倍。nTiO2在沿斜生栅藻-大型蚤的食物链传递过程出现了生物放大效应（BMF>1）。nTiO2在沿大型蚤-青鳉鱼的食物链传递过程BMF<1，nTiO2主要分布于心脏和性腺组织，但未对青鳉鱼的生殖行为产生影响。在丰年虫-斑马鱼-锂鱼食物链传递中，nTiO2通过丰年虫、斑马鱼传递到鲤鱼，在鲤鱼体内积累量存在一定的组织差异性。有SDBS存在时nTiO2在鲤鱼（12周）体内积累量比没有SDBS时增加1.50倍，斑马鱼到鲤鱼明显出现生物放大（BMF>7）。不同粒径的nTiO2对A549细胞进行暴毒，细胞存活率随nTiO2粒径的增大而降低，随着颗粒物浓度的增大而下降；细胞的活性氧产生量随着nTiO2粒径的增加而减小；nTiO2能够导致细胞内相关凋亡基因的相对表达量增大。.研究nTiO2-表面活性剂水环境行为及沿多级水生食物链传递，对准确评估nTiO2的环境风险及生态效应有重要意义。