人工纳米颗粒对生物体内主要生物分子和多环芳烃的吸附
纳米材料已日益广泛地应用于电子、生物医药、催化和材料等各个领域。在这些纳米产品的生产和使用过程中，其产生的人工纳米颗粒(NPs)能够通过各种途径进入环境中，其潜在的环境风险和对人类健康带来的负面影响引起了广泛的关注，相关研究已成为国际上的热点。NPs进入人体后能够与生物分子如蛋白质和酶类发生相互作用，从而产生毒性效应。此外，NPs特别是碳纳米管(CNTs)由于对有机污染物具有极强的吸附能力和吸附容量，能够成为有机污染物(如多环芳烃)的载体，二者之间可能产生复合毒性作用。因此，本论文主要研究NPs对生物体神经系统、消化系统和呼吸系统中的生物分子的吸附作用，以及这些生物分子存在条件下，NPs对多环芳烃类污染物的吸附和解吸附行为。
乙酰胆碱酯酶(AChE)作为人类神经系统的关键酶存在于大脑和血液中。基于NPs能够吸附酶活性检测过程中显色反应中的黄色产物5-MNBA，采用调整后的Ellman法对AChE酶活性进行检测。8种NPs包括SiO2、TiO2、Al2O3、Al、Cu、碳包铜(Cu-C)、多壁碳纳米管(MWCNT)和单壁碳纳米管(SWCNT)均对AChE具有吸附和抑制作用。CNTs对AChE具有极高的吸附能力，其中SWCNT的吸附能力最强(94％)，而SiO2和Al2O3 NPs在所有NPs中吸附能力最弱。NPs的吸附是造成AChE酶活性降低的首要因素，然而Cu和Cu-C NPs在悬浮液中能够释放Cu2+进而分别导致40％和45％的酶活性降低。作为CuNPs和CNTs的对照，微米级Cu和活性炭对AChE的抑制作用要远远小于其对应的纳米级颗粒。Cu、Cu-C、MWCNT和SWCNT对AChE的抑制呈现剂量-反应关系，半数抑制浓度(IC50)分别为4，17，156和96mg L-1。这些研究表明，NPs特别是CNTS和Cu可能具有神经毒性，应引起广泛关注。
CNTs的吸附能力不仅体现在与生物体内生物分子的相互作用上，CNTs对疏水性有机污染物如多环芳烃(PAHs)也具有极强的吸附能力。通过在模拟消化液中CNTs对菲的吸附和解吸附研究发现，生物分子如胃蛋白酶和胆盐存在下，菲在CNTs上的吸附明显降低，这主要是由于生物分子对菲的增溶作用以及二者之间发生竞争吸附所致。解吸附动力学的研究表明，菲在3种CNTs上的快解吸附时间均少于1 h。通过胃液和肠液消化，禁食和进食状态下分别有43％-69％和53%-86％的菲随CNTs进入到胃肠液中，这些进入胃肠液的菲能够快速被人体吸收，从而产生毒性作用。
当吸附有菲的CNTs进入呼吸系统时，肺部表面活性剂影响着菲在肺部的生物有效性。采用Passive dosing研究了肺部表面活性剂(Curosurf)及其组分(DPPC、BSA等)对溶液中菲的吸附作用，发现Curosurf、DPPC和BSA对菲的增溶(吸附)均为线性，其中Curosurf对菲的增溶作用较强，而单一组分如DPPC的增溶作用较弱。磷脂混合物的增溶作用要高于单独磷脂的增溶作用之和。Curosurf、DPPC或者BSA存在下，MWCNTs对菲的吸附均有不同程度的降低，说明肺部表面活性剂和菲在MWCNTs表面存在竞争，并且Curosurf与菲的竞争最为激烈。当吸附有PAHs的CNTs进入呼吸系统后，由于肺部表面活性剂的增溶作用和与菲在MWCNTs表面的竞争吸附，一部分PAHs将从CNTs表面解吸附出来。这些解吸附下来的PAHs极有可能对人体造成新的伤害。
纳米颗粒;乙酰胆碱酯酶;多环芳烃;肺部表面活性剂;毒性效应;吸附行为
中国海洋大学
博士
环境科学
王震宇;邢宝山
2011
中文
TB383
124
2012-12-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）