核技术研究典型金属纳米材料的环境转化

With the wide applications of nanotechnology in industrial productions and daily life, a large quantity of nanomaterials will be inevitably released into the environmental media (i.e. water, soil, and sediments, etc.). The unique properties of nanomaterials have arouse great attention on their potential risks to human health and pollution to the environment. Related studies have become a research hotspot in toxicology and environment science.. Because of their high specific area and high reactivity, nanomaterials might react with natural organic materials and inorganic ions under environmental conditions. Following exposure to the environment, any engineered nanoparticle may be altered from its original composition and structure, and, as a consequence, the physicochemical properties of the altered nanomaterial may change. Therefore, it is important to understad the transformation of nanomaterials in the environmental media for assessing their effects on human health and the environment. But such studies are very scarce.. In this project, two representive metallic nanomaterials, nano-silver, and nano-ceria are selected. Their environmental trannsformation will be innvestigated using nuclear and related techniques. Effects of the transformation on the environmental behavior and biological effects of the nanomaterials will be evaluated. The results will provide scientific information on the environmental health risk assessment of nanomaterials and development of environment friendly nanomaterials.

随着纳米技术在工业生产和日常生活中的大规模应用，大量的人造纳米材料不可避免地释放到环境介质（如水体、土壤、沉积物等）中。纳米材料所具有的独特性质引发了人们对其潜在的健康风险和环境危害的密切关注,相关研究已成为毒理学、环境科学等领域的研究热点。.纳米材料具有高比表面积和高反应活性，土壤、水体中的天然有机物、无机离子在环境条件下可能与其相互作用，改变纳米材料原有结构、化学组成，导致其物理、化学特性的彻底变化。因此，明确纳米材料进入环境介质后的形态转化，对正确评价其对环境和健康的影响至关重要。但目前这方面的研究还很缺乏。.本项目拟选择两种有代表性的金属纳米材料－纳米银和纳米二氧化铈为对象，利用核及相关技术研究这些纳米材料的环境转化，比较转化对其环境行为和生物效应的影响。研究结果将为评价纳米材料的环境、健康风险和开发环境友好的新型纳米材料提供科学信息。

纳米材料具有高比表面积和高反应活性，可与环境介质发生作用，改变纳米材料原有结构、化学组成，进而引起其生物效应的变化。因此，明确纳米材料进入环境介质后的形态转化，对正确评价其对环境和健康的影响至关重要。但目前这方面的研究还很缺乏。本项目拟选择代表性的金属纳米材料－纳米二氧化铈和纳米银为对象，利用核及相关技术研究这些纳米材料的环境转化，主要结果如下：. 1) 纳米银的生物环境转化与生物效应. 纳米银的性质活泼，在各种介质中均易于转化，在去离子水和植物营养液中释放出银离子。强络合剂半胱氨酸与纳米银共同处理，能够彻底消除纳米银的毒性效应，说明其毒性效应主要来自于释放的银离子。. 2）纳米二氧化铈的生物环境转化. 在纳米二氧化铈处理过的黄瓜植株根表面和细胞间隙均发现大量针状纳米结构，STXM证实为磷酸铈。模拟实验证明还原物质在转化过程起关键作用，而有机酸促进了二氧化铈的溶解。分根短时间暴露和叶柄暴露实验证明，纳米二氧化铈的转化只发生于根的外表面。磷酸盐会显著影响纳米二氧化铈的生物转化过程以及转化产物在植物中的分布。. 不同植物对纳米二氧化铈转化产物Ce(III)敏感度不同，导致了纳米二氧化铈植物毒性的种属差异。暴露介质会影响纳米二氧化铈的植物毒性，添加柠檬酸或磷酸盐能够降低Ce的转运及纳米二氧化铈的毒性，进一步证明毒性主要源自释放的铈离子。. 在研究稀土氧化物纳米颗粒与大肠杆菌的作用时发现纳米颗粒与细胞的接触促进了离子的释放，在颗粒-细胞界面释放的离子导致了观察到的毒性。. 3）表面修饰对纳米颗粒生物效应的影响. 发现荧光标记有可能改变纳米颗粒的物理化学特性，进而改变其生物效应。表面化学和聚集状态影响纳米二氧化铈的呼吸毒性。通过与电子供体发生电子转移，可以使原本不具有模拟酶活性的纳米二氧化铈活化，获得超氧化物歧化酶活性，且活性远远超过天然酶。. 本研究结果将为评价纳米材料的环境、健康风险和开发环境友好的新型纳米材料提供科学信息。