人工纳米颗粒对重金属在水生生物中的富集与毒性研究进展

属复合污染可能的研究方向 .
大量 研 究 . 这些研究大多以常见的碳基纳米材 料如足球烯 ㊁ 碳 量 子 点㊁ 碳 纳 米 管 等, 以及金属 纳米材 料 如 T 然 i O F e A l 2, xO 2O 3 等 为 对 象. y, 而, 环境自身是一个非常复杂的介质 , 当纳米颗 粒进 入 环 境 后 , 不可避免地会与环境中的其他 污染 物 发 生 相 互 作 用 . 重金属便是这些污染物 , , , 生物毒性显 H C d P b C r以及类金属 A s等 , g 著且 不 易 被 生 物 降 解 , 容易沿食物链传递最后 在人 体 内 富 集 . 重金属在人体内能和蛋白酶等 发生强烈作用 , 使其失去活性 , 并且在人体某些 器官 中 累 积 , 造 成 慢 性 中 毒. H g沉积影响神 经㊁ 心血管 ㊁ 肺㊁ 胃肠道 , 特别是 肾 系 统 ; C r中 毒 会造成人体四 肢 麻 木 , 精 神 异 常; C d中毒会破 坏骨 钙 , 引 起 肾 功 能 失 调, 其典型的病症是 痛 痛病 ; 会直接损害脑 P b 进入人体很难被排除 , [ ] 6-9 细胞 不同的金属离子间还会产生协同 ㊁ 加 . 和㊁ 拮抗等复合作用 , 呈现出与单一金属完全不 同的 毒 性 效 应 , 对整个生态系统以及人类健康
: , , A b s t r a c t H e a v e t a l s a sc o n v e n t i o n a lp o l l u t a n t s h a v er e c e i v e dal o to fc o n c e r n sf o rm o r et h a nh a l fac e n t u r ym y
性
E n i n e e r e dn a n o a r t i c l e e f f e c t so nh e a v e t a l b i o a c c u m u l a t i o n g p ym a n dt o x i c i t i na u a t i ce c o s s t e m y q y
重 金 属 离 子 共 存 条 件 下, 纳米颗粒因其表 面具 有 大 量 的 带 电 基 团 , 会对溶液中的重金属 离子 产 生 吸 附 作 用 , 从而改变重金属的环境行 为. 纳米颗粒对重金属吸附动力学方面的研究 是探索其对重金属生物富集与毒性影响的前 提. 常用 L 单 分 子 层 吸 附) 和 a n m u i r模型 ( g ( ) F r e u n d l i c h 模型 多分子层吸附 来解释物质 间
人工纳米颗粒对重金属在水生生物中的富集 与毒性研究进展
谭凌艳 , 杨柳燕 , 缪爱军 *
( ) 污染控制与资源化研究国家重点实验室 , 南京大学环境学院 , 南京 , 2 1 0 0 2 3 摘 而言 , 纳米材料近 2 其 潜 在 的 生 态 风 险 已 有 大 量 报 道. 但是环境自身 0 年来才被广泛应用于社会生活 的 各 个 领 域 , 是一个非常复杂的介质 , 不存在单一的重金属或纳米颗粒污染 . 当重金属与纳米 颗 粒 在 环 境 中 共 存 时 , 两者之间会 发生怎样的相互作用 , 对各自环境行为与生物效应 有 何 影 响 , 目 前 并 不 十 分 清 楚. 有 限 的 研 究 表 明, 由于纳米颗粒 粒径介于 1~1 比表面积大且其表面存在多种官能团 , 对重金属离子有较强的吸附作 用 , 从而降低重金 0 0n m 之间 , 属自由离子浓度 . 此种情况下 , 重金属在水生生物中 的 富 集 ㊁ 分 布 与 毒 性 将 会 发 生 显 著 改 变. 另一方面环境中大量
颗粒物质的总称 , 具有诸多独特的理化性质 . 2 1 化妆品等领域 . 例如 , 纳米 T i O 2 能有效地阻 挡 紫外线中的 UVA 与 UV 是防晒霜中的重要 B, 组成成分
[ ] 1-3
纳 米 颗 粒 是 粒 径 介 于 1~1 0 0n m 之间的
将会产生怎样的影响 , 值得深入探讨 . 近年来这 方面研究已经零星开展 , 但缺乏系统性 , 所得到 的结论能否外推到其它生物或其他纳米颗粒也
2+ 2+ , , 存在的无机离子 ( 如C 会降低纳米颗粒的稳定 性 , 使其发生团聚从而改变纳米颗粒的赋存形态与生 a M g 等)
要: 重金属作为传统污染物具有显著生态毒性和健康风险 , 早在半个世纪之 前 就 引 起 人 们 的 广 泛 关 注 . 相比较
物效应 .
关键词 : 生物富集 , 吸附作用 , 生物分布 , 重金属 , 纳米颗粒 , 毒 中图分类号 : T P 2 3 7 文献标识码 : A
1 6] 的吸附作用 [ 有关纳米颗 粒 对 重 金 属 离 子 的 . 2+ 2+ , , 现有 研 究 表 明 纳 米 T i O d C u 2 可吸附 C [ ] 2+ 2+ 2+ 2 0 且金属吸附 N i , P b 和Z n 等金 属 离 子 , 1 7-2 0] 吸附作用 , 近 年 来 已 开 展 相 关 研 究 工 作[ .
, s u r r o u n d i n n v i r o n m e n tr e d u c et h es t a b i l i t fn a n o a r t i c l e s i n d u c et h e i ra r e a t i o na n df u r t h e rc h a n et h e i r ge yo p g g g g s e c i a t i o na n db i o l o i c a l e f f e c t s . p g : , , , , , K e o r d s b i o a c c u m u l a t i o n a d s o r t i o n d i s t r i b u t i o n h e a v e t a l n a n o a r t i c l e s t o x i c i t p ym p y yw
[] 放量都大于 1 随着纳米科技的飞速发 0 0吨 4 .
展, 必然有越来越多的纳米颗粒被有意无意地 排放 到 环 境 中 , 其可能的生态风险引起了人们 纳米颗粒甚至被人类定义为新 . 型环 境 污 染 物 , 其行为归趋相互作用 及其对各自环境行为的影响
( , , S t a t eK e a b o r a t o r fP o l l u t i o nC o n t r o l a n dR e s o u r c eR e u s e S c h o o l o f t h eE n v i r o n m e n t yL yo , , ) N a n i n n i v e r s i t N a n i n 2 1 0 0 2 3, C h i n a j gU y j g
yantal1发入tig32通过胞吞四o2能充当载体携带作用进膜虫tetrahymenacthdermophila体内此种情况下2在四膜虫细胞内的浓度显著提高并且主要在食物泡中富集cd入四膜虫细胞cd单独存在时主要以自由离子形式进这时2离散型且富集量较少cchlamydomonad在生物体内的分布呈同样是单细胞生物莱茵衣藻sreinhardt情况与直接吸收纳米过吸附tii四膜虫完全不同衣藻具有完整的细胞壁无法此种情况下纳作io2米用降低胞外溶液中的t自io2只能通由c2浓度从而降低其在细胞内的富集变d无法改的分布cd吸收途径也无法改变其在衣藻细胞内除了对重金属在单细胞生物体内的分布产
] 1 4-1 5 不明确 [ 有 鉴 于 此, 本文对现有相关工作 .
世纪以来 , 纳 米 颗 粒 被 广 泛 应 用 于 材 料㊁ 化 工㊁
进行 了 回 顾 , 同时展望了未来纳米颗粒与重金
.近 年 来 ,纳 米 T i O S i O 2, 2, F e A l Z n O 等十余种纳米材料的年排 xO 2O 3, y,
l a r e l n c l e a r . T h ee x i s t i n e s e a r c hs h o w st h a tn a n o a r t i c l e sc a na b s o r bh e a v e t a l sa n dt h u sr e d u c et h e i rf r e e g yu gr p ym , , f u n c t i o n a l r o u so nt h es u r f a c e . H e a v e t a la c c u m u l a t i o n d i s t r i b u t i o n a n dt o x i c i t na u a t i co r a n i s m sw i l lb e g p ym yi q g
第5 2卷 第4期 2 0 1 6年7月
J OUR NA LO F NAN J I NG UN I V E R S I T Y ( ) NATUR A LS C I E N C E S
南京大学学报 ( 自然科学 )
V o l . 5 2, N o . 4 , J u l 2 0 1 6 y
: / D O I 1 0. 1 3 2 3 2 . c n k i . n u . 2 0 1 6. 0 4. 0 0 2 j j j
第4期
谭凌艳等 : 人工纳米颗粒对重金属在水生生物中的富集与毒性研究进展
㊃5 8 3㊃
2+ 2+ , ( , , ) c h a n e dd r a m a t i c a l l n d e r t h i sc o n d i t i o n . O nt h eo t h e rh a n d a b u n d a n t i n o r a n i c i o n s i . e . C a M e t c i nt h e g yu g g ,
, v a r i o u sp o l l u t a n t s . W h e nh e a v e t a l sa n dn a n o a r t i c l e sc o m ea c r o s sw i t he a c ho t h e r i nt h ee n v i r o n m e n t h o wt h e ym p y
* , , T a nL i n a n Y a n i u a n M i a oA i u n g y gL y j
, ( ) r e a r d i n h e i rp o t e n t i a l r i s k s i ne n v i r o n m e n t a l s a f e t n dh u m a nh e a l t h . B o n t r a s t n a n o m a t e r i a l s NM s h a v en o t g gt ya yc , b e e nw i d e l s e du n t i lr e c e n tt w od e c a d e s . N e v e r t h e l e s s t h e i rp o t e n t i a lt o x i c i t ov a r i o u so r a n i s m so rc e l l sh a s yu yt g b e e n i n t e n s i v e l n v e s t i a t e di nr e c e n ty e a r s . N a t u r a le n v i r o n m e n th a sac o m l i c a t e dm a t r i xw i t ht h ep r e s e n c eo f yi g p m a i n t e r a c tw i t he a c ho t h e ra n dh o wt h e s e i n t e r a c t i o n sm a i n f l u e n c e t h eb e h a v i o r a n de f f e c t so f e a c ho t h e r r e m a i n y y
, , i o nc o n c e n t r a t i o na sar e s u l to ft h e i re x t r e m e l m a l ls i z e l a r es e c i f i cs u r f a c ea r e a a n da b u n d a n tm e t a l b i n d i n ys g p g ) 基金项目 : 国家自然科学基金 ( 4 1 2 7 1 4 8 6, 4 1 0 0 1 3 3 8, 2 1 2 3 7 0 0 1 收稿日期 : 2 0 1 6-0 4-0 5 : * 通讯联系人 , E m a i l m i a o a @n u . e d u . c n j j