發(fā)布時(shí)間：2020-08-21 05:31

【摘要】：納米二氧化鈦(TiO_2 NPs)是最早實(shí)現(xiàn)商業(yè)化并且應(yīng)用廣泛的一種納米材料。隨著納米TiO_2產(chǎn)量的不斷提升,其在環(huán)境中的持有量不斷增長。在實(shí)際水環(huán)境中,納米TiO_2不可避免的與其他共存污染物(如重金屬)接觸并發(fā)生相互作用,從而改變共存污染物的環(huán)境行為與生態(tài)毒性。然而,納米材料與重金屬之間的相互作用及潛在的環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)在很大程度上仍是未知的,復(fù)合生物效應(yīng)及其機(jī)制研究尚處于起步階段。本課題以秀麗隱桿線蟲為實(shí)驗(yàn)生物,對納米TiO_2與重金屬鎘(Cd)、砷(As)和鎳(Ni)的相互作用,納米TiO_2聯(lián)合重金屬暴露的水環(huán)境分布及暴露水平變化,以及納米TiO_2聯(lián)合鎘暴露的多代生殖毒性及其機(jī)制進(jìn)行了研究。具體研究結(jié)果如下:1、納米TiO_2與重金屬的相互作用研究:利用多種表征手段分別對納米TiO_2及其與重金屬相互作用后樣品的形貌特征、分散性、水合粒徑、Zeta電位等進(jìn)行表征。結(jié)果發(fā)現(xiàn):1)該實(shí)驗(yàn)所用銳鈦礦型納米TiO_2在水環(huán)境中對重金屬離子具有較強(qiáng)的吸附和富集作用。2)分散介質(zhì)的離子強(qiáng)度可顯著影響納米TiO_2的水合粒徑,高離子強(qiáng)度的KM溶液顯著增大其水合粒徑;重金屬離子的加入可進(jìn)一步的增大其水合粒徑。分散介質(zhì)亦可顯著影響納米TiO_2的Zeta電位,KM使納米TiO_2的Zeta電位絕對值降低,重金屬離子的加入可進(jìn)一步的降低其Zeta電位絕對值。但As(Ⅲ)對納米TiO_2的Zeta電位的影響與Cd、Ni存在差異,這與As在溶液中的存在價(jià)態(tài)密切相關(guān)。納米TiO_2的Zeta電位與團(tuán)聚程度之間具有密切相關(guān)性。2、納米TiO_2對重金屬的水環(huán)境分布及暴露水平的影響:以秀麗隱桿線蟲為實(shí)驗(yàn)生物,對納米TiO_2及其與重金屬的混合物在水環(huán)境中的沉降作用及其暴露水平、生物毒性和積累水平的變化進(jìn)行研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn):1)納米TiO_2極易在水環(huán)境中發(fā)生動(dòng)態(tài)沉降,離子強(qiáng)度是影響納米TiO_2沉降效率的重要因素,高離子強(qiáng)度的KM對納米顆粒的團(tuán)聚與沉降具有顯著的促進(jìn)作用,且重金屬的加入也可進(jìn)一步的增強(qiáng)其沉降作用。2)納米TiO_2及其負(fù)載重金屬的沉降作用導(dǎo)致重金屬在水環(huán)境中的垂直分布發(fā)生變化。水環(huán)境底層的重金屬濃度隨著時(shí)間的延長而逐步增強(qiáng),而水環(huán)境上層的重金屬濃度則逐步下降,這導(dǎo)致不同水層的水生生物的污染物暴露水平受到不同程度的影響。3)納米TiO_2劑量依賴的促進(jìn)重金屬對底棲生物秀麗隱桿線蟲的生物積累、生殖和發(fā)育毒性,但納米TiO_2對As(Ⅲ)的影響低于對Cd和Ni的影響。3、納米TiO_2聯(lián)合鎘暴露的多代生殖毒性及其機(jī)制研究:1)親代暴露于納米TiO_2(無毒劑量)不僅能增強(qiáng)Cd對當(dāng)代線蟲的生殖毒性,還能增強(qiáng)其子一代和子二代的生殖毒性。此外5 nm TiO_2對Cd的多代生殖毒性的促進(jìn)作用高于15nm TiO_2。2)積累與排泄實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),納米TiO_2的存在促進(jìn)了生物體對重金屬的攝取和積累,納米TiO_2與Cd在生物體內(nèi)的積累具有密切相關(guān)性。納米TiO_2與Cd團(tuán)聚體被攝入腸道后會(huì)受腸道pH環(huán)境的影響。溶液pH值的改變影響納米TiO_2的表面電勢,從而影響納米TiO_2對Cd的吸附作用。腸道的酸性pH促進(jìn)納米TiO_2與Cd的解吸附,增強(qiáng)Cd離子在腸道中的釋放,從而進(jìn)一步提高其生物利用度。金屬硫蛋白mtl-2的基因表達(dá)水平的上調(diào)對重金屬生物積累水平的上升做了進(jìn)一步的驗(yàn)證。3)利用突變品系發(fā)現(xiàn),金屬敏感基因mtl-2和pcs-1參與線蟲對污染物的響應(yīng)以及納米TiO_2對Cd毒性的調(diào)控作用。4)利用原位成像技術(shù)LA-ICP-MS直觀的發(fā)現(xiàn),納米TiO_2促進(jìn)了 Cd的生物積累,且納米TiO_2與Cd的生物體分布存在差異,Cd在線蟲中的分布范圍較大,而納米TiO_2則大量積累于腸道、咽泵、陰部和肛門。更進(jìn)一步的我們發(fā)現(xiàn),納米TiO_2促進(jìn)了重金屬在生殖細(xì)胞和胚胎中的積累,從而增強(qiáng)了重金屬沿生殖系的世代間傳遞作用。綜上所述,納米TiO_2通過增加重金屬的局部暴露濃度和生物積累水平來增加重金屬對秀麗隱桿線蟲的生殖和發(fā)育毒性,該結(jié)果為納米TiO_2對重金屬的水層分布和生物效應(yīng)的影響提供新的數(shù)據(jù)參考。更進(jìn)一步的,納米TiO_2可通過增加Cd的生殖系統(tǒng)積累而增強(qiáng)Cd的多代生殖毒性,該結(jié)果對重金屬聯(lián)合納米材料暴露的多世代毒性研究做了新探索,并為污染物的生殖系傳遞提供了新證據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：X171.5
【圖文】：

１．２．１納米材料的定義與分類逡逑納米材料（ＮＭｓ）是指物質(zhì)結(jié)構(gòu)在三維內(nèi)至少有一個(gè)處于納米尺度，即逡逑０．１￣丨００邋ｎｍ邋（圖１．１），或是由基本單元（Ｂｕｉｌｄｉｎｇ邋Ｂｌｏｃｋｓ）組成的材料。納米材逡逑料亦可定義為具有納米結(jié)構(gòu)的材料。逡逑Ａｎｔ邐Ｈａｉｒ邋Ｍａｍｍａｌｉａｎ邋ｃｅｌｌ邋Ｂａｃｔｅｒｉａ邋Ｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉｏｎ邋Ｖｉｒｕｓ邋Ｐｒｏｔｅｉｎ邋Ｓｍａｌｌ邋ｍｏｌｅｃｕｌｅ邋Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ逡逑＾邋８邋＠逡逑ｉ邐ｉ邐ｉ邐ｉ邐ｉ邐ｉ邐ｉ邐ｉ逡逑１邋ｎｉｍ邐１００邐Ｉ0邋Ｍｍ邐１邐１００邋ｎｍ邐１０邋ｎｍ邐１邋ｎｍ邐０．１邋ｎｍ逡逑卜■■■■■■■邐■■■■■■■邋Ｎａｎｏｓｃａｉｅ邋邐Ｉ逡逑圖１．１納米粒徑范圍逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．１邋Ａ邋ｎａｎｏｍｅｔｅｒ邋ｉｓ邋ｏｎｅ邋ｂｉｌｌｉｏｎｔｈ邋ｏｆ邋ａ邋ｍｅｔｅｒ逡逑納米材料按照不同的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)可以有不同的分類。逡逑（１）

的現(xiàn)場修復(fù)，零價(jià)納米鐵也由此進(jìn)入水環(huán)境２５。逡逑１．２．３．２納米材料的暴露風(fēng)險(xiǎn)逡逑環(huán)境中的納米材料可通過多種途徑進(jìn)入生物體（圖１．４），并可通過食物鏈進(jìn)逡逑行傳遞：１）空氣暴露或者吸入途徑可能是納米材料特別是納米顆粒進(jìn)入機(jī)體的逡逑主要途徑。研究發(fā)現(xiàn)，粒徑在１０邋ｐｍ以下的空氣懸浮顆粒（ＰＭｉａ）均可被吸入逡逑并在呼吸道的不同區(qū)域發(fā)生沉積２６。２）納米材料可通過消化道吸收途徑進(jìn)入機(jī)逡逑體，如生物直接攝入納米材料污染的食物或通過食物鏈間接攝入２７，２８。３）近年逡逑來納米材料在化妝品中的應(yīng)用逐漸增多，例如Ｔｉ０２和ＺｎＯ納米顆粒，皮膚接觸逡逑的這些納米材料可能會(huì)穿過表皮和真皮細(xì)胞，進(jìn)入毛細(xì)血管或淋巴管２９。４）作逡逑為藥物載體或治療性藥物，納米材料還可能通過靜脈注射等途徑進(jìn)入血液從而產(chǎn)逡逑生毒性效應(yīng)３（），３１。逡逑納米材料進(jìn)入逡逑Ｉ生物體的主要逡逑途徑逡逑：空氣暴露／消化道吸化妝品皮藥物載體／逡逑吸入途徑收途徑膚接觸治療性藥逡逑、邐Ｖ，邐Ｖ邐、物逡逑圖１．４納米材料進(jìn)入生物體的主要途徑逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．４邋Ｔｈｅ邋ｍａｉｎ邋ｗａｙ邋ｆｏｒ邋ｎａｎｏｍａｔｅｒｉａｌｓ邋ｔｏ邋ｅｎｔｅｒ邋ｏｒｇａｎｉｓｍｓ逡逑納米技術(shù)的發(fā)展為人們的生產(chǎn)、生活帶來巨大利益。然而

蛋白質(zhì)、Ｃａ２＋等具有很強(qiáng)的吸附能力，因此加入到生物復(fù)雜，有可能形成二次顆粒物。這種與生物分子結(jié)合后細(xì)胞的離子通道、主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)而進(jìn)入細(xì)胞，具有更高的生鈦逡逑鈦的特征與應(yīng)用逡逑型是Ｔｉ０２應(yīng)用較多兩種形式，其都可以描述為Ｔｉ０２體分別與１０個(gè)和８個(gè)八面體接觸邋＇邋如Ｐ邋１．６所示。２的八面體的變形和排列形式不同，銳鈦礦中Ｔｉ－Ｏ距離離則大于金紅石。這些差別導(dǎo)致了二者具有不同的質(zhì)銳鈦礦型表現(xiàn)出較高的活性和氧化能力，表面吸附ｈ２，光催化活性較高６１。逡逑銳鈦礦型逡逑

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 王晶晶;許安;代慧;王娟;王牧笛;;利用模式生物秀麗線蟲評(píng)價(jià)磁場生物效應(yīng)進(jìn)展[J];應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報(bào);2015年06期

2 王晶晶;王希楠;代慧;劉峗;許安;;二氧化鈦納米顆粒與重金屬聯(lián)合毒性研究進(jìn)展[J];生態(tài)毒理學(xué)報(bào);2015年02期

本文編號(hào)：2798992