紫外辐射对医用敷料中纳米银释放和毒性的物化机制研究

Abstract：Rapid development of nanotechnology in recent decades led to a full scale commercialization with more and more products containing engineered nanomaterials (ENMs) available in the market. This phenomenon raised concerns about the release and transformation of ENMs, and the corresponding environmental risks in the public. Nanosilver wound dressing is an important appliance of nanotechnology in healthcare, but the product may be exposed to ultraviolet radiation (UVR, for sterilization) in the temporary storage room of medical institutions, causing release and transformation of nanosilver with possible environmental risks. In this research, we plan to investigate the influence of UVR upon the release and transformation of nanosilver from wound dressing in a controlled simulative system through physic/chemical analyses, and their toxicity on Caenorhabditis elegans. Our work may provide new thoughts and evidence for the assessment on the environmental risk of real products containing ENMs.

摘要：纳米科技经过最近几十年的迅速发展，达到了大规模的商业化程度，但是对于真实产品中纳米材料在环境中的释放和转化及其环境风险等方面的研究尚处在起步阶段。纳米银医用敷料是纳米技术在医疗护理方面的重要应用，在使用后的暂存过程中可能受到紫外辐射等环境条件的影响，造成纳米银的释放和转化，进而引起相应的环境风险。因此，本项目期望在建立具有精确条件控制的模拟环境中，表征和量化敷料产品中纳米银释放和转化的产物，明确紫外辐射对该过程的影响，进一步以秀丽隐杆线虫为模式生物，从物化机制的角度分析纳米银释放和转化产物的生物毒性，为深入评价实际纳米材料产品的环境风险提供研究思路和科学依据。

针对真实产品中纳米材料的释放、环境转化以及后续的生物毒性变化这一环境领域的重要问题，本项目选取了某品牌纳米银创伤贴为研究对象，在确认了其中含有纳米银这一事实的基础上，我们根据产品的实际使用环境设计了其在水体中释放和转化的实验体系，考察了数个环境因素对于纳米银释放的影响，结果显示在单一条件变化下，释放时间的延长、水体离子强度的升高、环境温度的上升、紫外辐射的加强有助于纳米银脱离产品进入环境，其中紫外辐射处理后的纳米银提取液颜色变淡，预示着可能存在的环境转化。进一步分析发现紫外辐射造成了所释放纳米银水合粒径的显著增加和SPR消光峰的消失，同时利用模式生物秀丽隐杆线虫检测发现其生物毒性被降低。聚焦紫外处理的变化过程，我们发现随着处理时间的延长，溶液中出现了比原生颗粒更小的次生纳米银颗粒，随后次生颗粒消失，原生颗粒相互融合成为超过纳米尺寸的大型片层结构，对应之前所检测到的水合粒径增加现象。通过LA-ICP-MS调查纳米银在线虫体内的分布以及直接检测纳米银在线虫体内的积累，结果都显示紫外处理组的纳米银摄入量更多，同时我们还发现紫外处理会造成溶液中具有更强生物毒性的银离子释放量增加，但在此情况下造成的生物毒性却更低。对比未处理组、紫外处理组次生颗粒形成阶段、紫外处理组片层结构形成阶段的线虫生殖细胞凋亡结果，发现尺寸大的纳米银毒性小，表明毒性的变化的主要影响因素是纳米银颗粒的形貌转化。我们的研究结果显示，使用后废弃的纳米银创伤贴应在低温干燥环境下暂存，紫外消毒过程应加长以避免纳米银的释放并降低可能造成的生态风险。