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    環境化學與生態毒理學國家重點實驗室發表綜述論文討論納米材料的環境健康風險與納米產業的可持續發展
    2018-09-19 | 編輯: | 【 】【打印】【關閉

      隨著納米技術的迅速發展和納米材料的大量應用, 納米材料將不可避免地進入到環境中,從而通過多種暴露途徑對人類健康產生很大風險(如圖1所示)。因此,研究納米材料的環境健康安全性(EHS)對于促進納米技術及相關產業的可持續發展至關重要。近日,劉思金、呂永龍研究員與南開大學陳威教授等合作,針對納米產業可持續發展中的環境暴露、環境健康風險和實驗室的風險管控上升為產業規模的風險管理問題發表綜述論文,相關綜述在線發表于Nano Today (Liu, et al.2018, DOI: 10.1016/j.nantod.2018.09.002)和Environmental Science: Nano (Zhang, et al. 2018, DOI: 10.1039/C8EN00688A)。

     

     

    圖1. 納米材料的環境暴露與人群暴露風險示意圖

     

      論文作者針對納米材料環境健康風險研究中存在的關鍵問題和面對的挑戰,特別是納米材料環境轉化對納米材料毒性和機制的影響進行了討論。目前,盡管關于納米材料的EHS研究已經取得了較大進展, 但是仍然存在許多亟待解決的問題和挑戰:1)多數研究沒有關注納米材料在實際環境中的轉化和暴露劑量對其生物效應和毒性的影響。因此,在對納米材料進行環境暴露和健康風險評估時,需要綜合考慮其在現實環境中的轉變、劑量以及與污染物的相互作用(如圖2所示)。2)國際上還沒有形成被廣泛接受的針對納米材料EHS的評估框架,而用于評估傳統化學藥品毒性的檢測方法并不適用于納米材料,因此,需要發展針對納米材料EHS評估的新方法或者替代測試策略;例如,現有用于納米材料表征的分析方法具有局限性, 需要在原有基礎上進行改進和創新,更好地識別、分離和表征復雜環境介質中的納米材料;再比如,目前用于表征納米毒理學的計算模型仍然存在著障礙和局限性,在識別納米顆粒的組成和結構與其生物活性之間的關系上,欠缺用于多元分析、計算模擬和預測研究的模型,以指導人工納米材料的安全設計;同時也需要考慮納米材料進入環境介質和人體的實際情況,更好地選擇合適的暴露模型以及確定選擇性生物標志物,包括表觀遺傳替代物(如DNA甲基化、組蛋白修飾、microRNAs和長時間非編碼RNA)3)截至目前,納米技術的發展缺乏對其在產業發展層面的風險管理;亟需在技術改進、政策制定、用戶實踐、基礎設施和產業結構等方面采取一系列措施,促進實驗室衍生的風險法規、標準和協議有效地轉化到納米產業發展的實際應用。如圖3所示,作者進一步總結和更新了納米材料環境健康風險評估的框架圖。相關綜述于近日在線發表于國際知名期刊Nano Today。

     

     

     

          圖2. 納米材料的環境過程對其理化性質、賦存狀態及生物效應的影響示意圖

      

      納米材料進入環境介質后,在多種環境因素的作用下會發生物理、化學和生物轉化,從而使其物理化學性質發生顯著改變,這些變化最終會影響納米材料的毒性(如圖2所示)。因此,深入理解納米材料環境轉化相關的毒性效應對于預測納米材料EHS至關重要。以高環境暴露風險的金屬納米材料為例,討論了納米材料的環境轉化對生物體毒性的影響和可能機制。具體內容包括以下幾個方面:1)金屬納米材料的環境轉化可以發生在空氣、土壤和水體等環境介質中。2)金屬納米材料與環境因子的作用可以改變其對環境中生物體和細胞的毒性效應,包括增強或減弱金屬納米材料的抗菌活性;改變金屬納米材料在陸地植物中的分布和蓄積情況;改變金屬納米材料對藻類、水生無脊椎動物、水生脊椎動物生存率、生長速率和胚胎發育的毒性。3)作用機制方面,環境轉化引起的尺寸和表面化學性質的改變、離子釋放率的改變,以及這些變化導致的生物有效性的改變是導致轉化態金屬納米材料的毒性顯著不同其原始態納米材料的主要機制。同時,影響金屬納米材料與生物大分子(如蛋白分子)的作用以及對環境污染物的吸附作用也是環境轉化改變金屬納米材料毒性效應的重要機制。上述一系列變化會進一步影響細胞對轉化態金屬納米材料的識別、吸收、信號傳遞和反應,最終導致其毒性顯著不同于原始態金屬納米材料。相關綜述于近日在線發表于國際期刊Environmental Science: Nano (2018, DOI: 10.1039/C8EN00688A)。本論文的第一作者是博士研究生張潔。

     

    圖3. 納米材料環境健康風險評估的框架圖

     

      該研究得到了中科院先導專項B、科技部973項目、國家自然科學基金委的支持。

     

      文章鏈接1:https://doi.org/10.1016/j.nantod.2018.09.002

     

      文章鏈接2://dx.doi.org/10.1039/C8EN00688A

     

      環境化學與生態毒理學國家重點實驗室

     

    2018年9月19日

     

     

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