毒理學(xué)-納米材料環(huán)境毒理學(xué)研究進(jìn)展課件

納米材料的環(huán)境毒理學(xué)研究進(jìn)展納米材料的環(huán)境毒理學(xué)研究進(jìn)展納米材料的環(huán)境毒理學(xué)研究進(jìn)展納米技術(shù)與納米材料納米材料進(jìn)入環(huán)境的途徑納米材料的水環(huán)境行為納米材料可能的毒性機(jī)制納米材料水生態(tài)毒理效應(yīng)的研究研究展望納米材料的環(huán)境毒理學(xué)研究進(jìn)展納米技術(shù)與納米材料納米材料進(jìn)入環(huán)1.納米技術(shù)與納米材料納米技術(shù)概述：納米技術(shù)是一個(gè)包括物理、化學(xué)、生物、工程以及電子過(guò)程和材料應(yīng)用等為一體的多學(xué)科技術(shù)，包括生產(chǎn)、處理及應(yīng)用粒徑在100nm以?xún)?nèi)的特殊材料——納米材料。納米材料粒徑非常小，處于原子簇和宏觀(guān)粒子交界的過(guò)渡區(qū)域。它和微米級(jí)的材料相比；具有非常大的比表面積和特殊的量子效應(yīng)，這使其擁有了許多奇異的特性。納米材料在電子、磁學(xué)、光學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、藥學(xué)、化妝品、能源、傳感器、催化劑以及材料學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域均有廣泛的用途。1.納米技術(shù)與納米材料納米技術(shù)概述：納米技1.納米技術(shù)與納米材料納米材料分類(lèi)：（1）按顆粒形態(tài)：

納米管、納米線(xiàn)、納米晶體、量子點(diǎn)等。（2）按化學(xué)組成：

納米金屬、納米晶體、納米高分子和納米復(fù)合材料等。（3）按材料物性：

納米半導(dǎo)體、納米磁性材料、納米非線(xiàn)性光學(xué)材料和納米超導(dǎo)材料等。1.納米技術(shù)與納米材料納米材料分類(lèi)：（1）按顆粒形態(tài)：（2）1.納米技術(shù)與納米材料納米材料的環(huán)境特性：（1）生物大分子的強(qiáng)烈結(jié)合性。（2）生態(tài)系統(tǒng)的潛在累積毒性。（3）多種污染物的組合復(fù)合性。（4）擴(kuò)散和遷移的傳播廣闊性。1.納米技術(shù)與納米材料納米材料的環(huán)境特性：（1）生物大分子的2.納米材料進(jìn)入環(huán)境的途徑納米材料進(jìn)入環(huán)境的途徑：納米材料可以通過(guò)多種途徑進(jìn)入環(huán)境而成為納米污染物?？偟膩?lái)說(shuō)，在研究、生產(chǎn)、運(yùn)輸、使用及廢物處理等過(guò)程中的直接或間接釋放，是納米材料進(jìn)入環(huán)境的主要途徑。（1）隨著近年來(lái)納米材料研究的廣泛興起以及生產(chǎn)納米材料的工廠(chǎng)在世界范圍內(nèi)的迅速增加，工廠(chǎng)和實(shí)驗(yàn)室的廢物排放是當(dāng)前納米材料進(jìn)入環(huán)境的重要途徑。2.納米材料進(jìn)入環(huán)境的途徑納米材料進(jìn)入環(huán)境的途徑：2.納米材料進(jìn)入環(huán)境的途徑納米材料進(jìn)入環(huán)境的途徑：（2）與人們生活密切相關(guān)的納米產(chǎn)品的使用。如個(gè)人防護(hù)品(化妝品、遮光劑)、納米運(yùn)動(dòng)器材以及納米纖維等都可以通過(guò)在使用與處理等過(guò)程被釋放到環(huán)境。（3）納米材料的環(huán)境直接釋放。如納米監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(如傳感器)、污染物控制和清除系統(tǒng)以及對(duì)土壤和水體的脫鹽處理等。目前己經(jīng)有多種納米材料用于環(huán)境治理，當(dāng)處理不當(dāng)很可能造成環(huán)境二次污染。2.納米材料進(jìn)入環(huán)境的途徑納米材料進(jìn)入環(huán)境的途徑：3.納米材料的水環(huán)境行為

鑒于納米材料的特性及其潛在的環(huán)境影響，納米材料一旦進(jìn)入水環(huán)境，明確其在水環(huán)境中的行為是非常關(guān)鍵的問(wèn)題，這直接關(guān)系到納米材料在水環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化、納米材料特性及毒性變化等。（1）團(tuán)聚作用納米材料的粒徑小、比表面積大、表面活性高，一旦進(jìn)入水體就很難分散，極易發(fā)生團(tuán)聚。納米材料在水中的粒徑與其濃度相關(guān)，隨著濃度的提高粒徑增大。3.納米材料的水環(huán)境行為鑒于納米材料的特性及3.納米材料的水環(huán)境行為（2）吸附作用一般來(lái)說(shuō)，納米材料表面都帶有電荷，如納米TiO2的零電勢(shì)點(diǎn)為5.2，而天然水體的pH一般都高于此值，所以天然水體中納米TiO2。表面都帶有負(fù)電荷。另外，納米材料擁有大比表面積，在水中可以吸附多種類(lèi)型的分子。（3）生物積蓄生物降解與生物積蓄是相互聯(lián)系的，能在生物體內(nèi)積蓄的納米材料一般不被生物降解，而目前生產(chǎn)的納米材料以不可生物降解的居多，所以納米材料在生物體內(nèi)的積蓄作用不可忽略。3.納米材料的水環(huán)境行為（2）吸附作用一般3.納米材料的水環(huán)境行為（4）納米材料與有機(jī)質(zhì)的相互作用有機(jī)質(zhì)是天然水體中普遍存在的物質(zhì)，由于納米材料具有較強(qiáng)的吸附性能，所以存在于天然水體中的納米材料極有可能與其中的有機(jī)質(zhì)相互作用，從而改變納米材料本身的特性，進(jìn)而影響到納米材料的水生態(tài)毒性。（5）納米材料的水環(huán)境微界面行為由于較強(qiáng)的吸附作用，納米顆粒會(huì)富集在天然水體中的各種大顆粒物表面，組成微界面，且微界面的納米材料的濃度高于天然水體中的濃度，因此微界面上納米材料的水環(huán)境行為會(huì)更強(qiáng)烈。3.納米材料的水環(huán)境行為（4）納米材料與有機(jī)質(zhì)的相互作用4.納米材料可能的毒性機(jī)制細(xì)胞能夠直接攝取納米顆粒，同時(shí)納米顆粒也可以直接穿透細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞，這主要是由于納米材料粒徑小(比細(xì)胞小1000～10000倍)，并且有文獻(xiàn)表明，細(xì)胞對(duì)納米顆粒的攝取主要取決于其粒徑。這些被細(xì)胞攝取的納米顆粒一般都富集在細(xì)胞的特定部分(如線(xiàn)粒體)，位于細(xì)胞內(nèi)的納米顆粒能夠產(chǎn)生細(xì)胞內(nèi)毒性。部分納米材料與光或紫外線(xiàn)一起暴露時(shí)，活性氧化自由基的產(chǎn)生速率明顯加快，納米材料的毒性明顯加強(qiáng)。4.納米材料可能的毒性機(jī)制細(xì)胞能夠直接攝取5.納米材料水生態(tài)毒理效應(yīng)的研究人工制備的納米顆?？赏ㄟ^(guò)工業(yè)生產(chǎn)、納米產(chǎn)品分解、納米材料自組裝等途徑釋放到空氣中，并與空氣中的化學(xué)污染物、重金屬及各種細(xì)粒子結(jié)合，反應(yīng)形成二次粒子來(lái)增強(qiáng)納米材料的毒性作用。有研究發(fā)現(xiàn)，多種納米材料可以對(duì)受試動(dòng)物造成明顯的毒理效應(yīng)。有許多研究表明：納米材料可以通過(guò)消化道、呼吸道及皮膚接觸等方式進(jìn)入生物體，被生物體所攝取的納米顆粒不僅可以在生物體相應(yīng)組織中沉積，而且可以通過(guò)血液循環(huán)等方式進(jìn)入其他組織中。5.納米材料水生態(tài)毒理效應(yīng)的研究人工制備的5.納米材料水生態(tài)毒理效應(yīng)的研究對(duì)水生動(dòng)物的毒理效應(yīng)水生動(dòng)物對(duì)納米材料的攝取途徑主要包括通過(guò)攝食過(guò)程進(jìn)入生物體內(nèi)和納米材料直接穿透表皮進(jìn)入生物體。納米TiO2顆粒會(huì)在虹鱒魚(yú)的消化道和鰓內(nèi)積蓄，并且通過(guò)消化道和表皮攝取的納米TiO2顆?？梢赞D(zhuǎn)運(yùn)到其他的器官組織中。毒理學(xué)實(shí)驗(yàn)表明，不管從細(xì)胞水平還是生物個(gè)體水平來(lái)看，納米材料對(duì)水生動(dòng)物均有一定的毒性作用。將黑鱸暴露于含0.5mg/kg可溶性納米C60的水溶液中，48h后發(fā)現(xiàn)黑鱸出現(xiàn)了明顯的腦部脂質(zhì)過(guò)氧化損傷、鰓部總谷胱甘肽顯著下降及肝基因表達(dá)的改變。5.納米材料水生態(tài)毒理效應(yīng)的研究對(duì)水生動(dòng)物的毒理效應(yīng)5.納米材料水生態(tài)毒理效應(yīng)的研究對(duì)浮游植物的毒理效應(yīng)浮游植物作為水環(huán)境中重要的生產(chǎn)者，在整個(gè)水生態(tài)系統(tǒng)中占重要的地位，納米材料對(duì)浮游植物的毒害及浮游植物對(duì)納米顆粒的積蓄均能直接或間接地影響整個(gè)水生態(tài)系統(tǒng)。納米C60為90mg/L時(shí)，對(duì)藻的生長(zhǎng)速率的抑制大約為30％，當(dāng)藻與納米C60顆粒團(tuán)聚體接觸時(shí)，會(huì)加速水體中其他污染物在藻細(xì)胞內(nèi)的富集。將納米材料制成納米殺藻布，用于納米殺藻的研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)納米殺藻布面積為0.08cm2/mL、光照下處理24h時(shí)，藻懸浮液中微囊藻、魚(yú)腥藻、裸藻和衣藻的細(xì)胞密度分別下降了77.0％、69.1％、89.1％和56.9％，硅藻舟型藻的葉綠素下降了18．7％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。5.納米材料水生態(tài)毒理效應(yīng)的研究對(duì)浮游植物的毒理效應(yīng)5.納米材料水生態(tài)毒理效應(yīng)的研究對(duì)微生物的毒理效應(yīng)

納米材料具有胞內(nèi)毒性，對(duì)微生物具有抑制殺滅作用，而且在實(shí)際應(yīng)用中已將納米材料用于殺毒抗菌等方面。納米顆粒懸浮液的滅菌活性隨著納米顆粒濃度的升高而加強(qiáng)；革蘭氏陽(yáng)性菌對(duì)納米顆粒的敏感性要強(qiáng)于革蘭氏陰性菌，這可能與細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)及細(xì)胞的代謝方式相關(guān)。光照對(duì)部分納米材料的毒性作用也有一定的影響。

5.納米材料水生態(tài)毒理效應(yīng)的研究對(duì)微生物的毒理效應(yīng)6.研究展望不足之處現(xiàn)有的資料大部分都著重于研究納米材料對(duì)魚(yú)類(lèi)的毒理效應(yīng)，對(duì)于水生態(tài)系統(tǒng)中其他生物研究還很少，這限制了整體認(rèn)識(shí)納米材料在水環(huán)境中的生物效應(yīng)。并且對(duì)納米材料的致毒機(jī)制的研究還不夠深入。展望(1)建立納米材料的研究策略與評(píng)價(jià)方法。(2)納米顆粒的毒理學(xué)研究。(3)建立納米材料的生命周期評(píng)估系統(tǒng)。(4)把納米生物效應(yīng)的研究結(jié)果與化學(xué)領(lǐng)域相結(jié)合。(5)納米材料的安全性評(píng)價(jià)和綠色化生產(chǎn)。6.研究展望不足之處現(xiàn)有的資料大部分都著重于Thankyou!Thankyou!納米材料的環(huán)境毒理學(xué)研究進(jìn)展納米材料的環(huán)境毒理學(xué)研究進(jìn)展納米材料的環(huán)境毒理學(xué)研究進(jìn)展納米技術(shù)與納米材料納米材料進(jìn)入環(huán)境的途徑納米材料的水環(huán)境行為納米材料可能的毒性機(jī)制納米材料水生態(tài)毒理效應(yīng)的研究研究展望納米材料的環(huán)境毒理學(xué)研究進(jìn)展納米技術(shù)與納米材料納米材料進(jìn)入環(huán)1.納米技術(shù)與納米材料納米技術(shù)概述：納米技術(shù)是一個(gè)包括物理、化學(xué)、生物、工程以及電子過(guò)程和材料應(yīng)用等為一體的多學(xué)科技術(shù)，包括生產(chǎn)、處理及應(yīng)用粒徑在100nm以?xún)?nèi)的特殊材料——納米材料。納米材料粒徑非常小，處于原子簇和宏觀(guān)粒子交界的過(guò)渡區(qū)域。它和微米級(jí)的材料相比；具有非常大的比表面積和特殊的量子效應(yīng)，這使其擁有了許多奇異的特性。納米材料在電子、磁學(xué)、光學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、藥學(xué)、化妝品、能源、傳感器、催化劑以及材料學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域均有廣泛的用途。1.納米技術(shù)與納米材料納米技術(shù)概述：納米技1.納米技術(shù)與納米材料納米材料分類(lèi)：（1）按顆粒形態(tài)：

納米管、納米線(xiàn)、納米晶體、量子點(diǎn)等。（2）按化學(xué)組成：

納米金屬、納米晶體、納米高分子和納米復(fù)合材料等。（3）按材料物性：

納米半導(dǎo)體、納米磁性材料、納米非線(xiàn)性光學(xué)材料和納米超導(dǎo)材料等。1.納米技術(shù)與納米材料納米材料分類(lèi)：（1）按顆粒形態(tài)：（2）1.納米技術(shù)與納米材料納米材料的環(huán)境特性：（1）生物大分子的強(qiáng)烈結(jié)合性。（2）生態(tài)系統(tǒng)的潛在累積毒性。（3）多種污染物的組合復(fù)合性。（4）擴(kuò)散和遷移的傳播廣闊性。1.納米技術(shù)與納米材料納米材料的環(huán)境特性：（1）生物大分子的2.納米材料進(jìn)入環(huán)境的途徑納米材料進(jìn)入環(huán)境的途徑：納米材料可以通過(guò)多種途徑進(jìn)入環(huán)境而成為納米污染物?？偟膩?lái)說(shuō)，在研究、生產(chǎn)、運(yùn)輸、使用及廢物處理等過(guò)程中的直接或間接釋放，是納米材料進(jìn)入環(huán)境的主要途徑。（1）隨著近年來(lái)納米材料研究的廣泛興起以及生產(chǎn)納米材料的工廠(chǎng)在世界范圍內(nèi)的迅速增加，工廠(chǎng)和實(shí)驗(yàn)室的廢物排放是當(dāng)前納米材料進(jìn)入環(huán)境的重要途徑。2.納米材料進(jìn)入環(huán)境的途徑納米材料進(jìn)入環(huán)境的途徑：2.納米材料進(jìn)入環(huán)境的途徑納米材料進(jìn)入環(huán)境的途徑：（2）與人們生活密切相關(guān)的納米產(chǎn)品的使用。如個(gè)人防護(hù)品(化妝品、遮光劑)、納米運(yùn)動(dòng)器材以及納米纖維等都可以通過(guò)在使用與處理等過(guò)程被釋放到環(huán)境。（3）納米材料的環(huán)境直接釋放。如納米監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(如傳感器)、污染物控制和清除系統(tǒng)以及對(duì)土壤和水體的脫鹽處理等。目前己經(jīng)有多種納米材料用于環(huán)境治理，當(dāng)處理不當(dāng)很可能造成環(huán)境二次污染。2.納米材料進(jìn)入環(huán)境的途徑納米材料進(jìn)入環(huán)境的途徑：3.納米材料的水環(huán)境行為

鑒于納米材料的特性及其潛在的環(huán)境影響，納米材料一旦進(jìn)入水環(huán)境，明確其在水環(huán)境中的行為是非常關(guān)鍵的問(wèn)題，這直接關(guān)系到納米材料在水環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化、納米材料特性及毒性變化等。（1）團(tuán)聚作用納米材料的粒徑小、比表面積大、表面活性高，一旦進(jìn)入水體就很難分散，極易發(fā)生團(tuán)聚。納米材料在水中的粒徑與其濃度相關(guān)，隨著濃度的提高粒徑增大。3.納米材料的水環(huán)境行為鑒于納米材料的特性及3.納米材料的水環(huán)境行為（2）吸附作用一般來(lái)說(shuō)，納米材料表面都帶有電荷，如納米TiO2的零電勢(shì)點(diǎn)為5.2，而天然水體的pH一般都高于此值，所以天然水體中納米TiO2。表面都帶有負(fù)電荷。另外，納米材料擁有大比表面積，在水中可以吸附多種類(lèi)型的分子。（3）生物積蓄生物降解與生物積蓄是相互聯(lián)系的，能在生物體內(nèi)積蓄的納米材料一般不被生物降解，而目前生產(chǎn)的納米材料以不可生物降解的居多，所以納米材料在生物體內(nèi)的積蓄作用不可忽略。3.納米材料的水環(huán)境行為（2）吸附作用一般3.納米材料的水環(huán)境行為（4）納米材料與有機(jī)質(zhì)的相互作用有機(jī)質(zhì)是天然水體中普遍存在的物質(zhì)，由于納米材料具有較強(qiáng)的吸附性能，所以存在于天然水體中的納米材料極有可能與其中的有機(jī)質(zhì)相互作用，從而改變納米材料本身的特性，進(jìn)而影響到納米材料的水生態(tài)毒性。（5）納米材料的水環(huán)境微界面行為由于較強(qiáng)的吸附作用，納米顆粒會(huì)富集在天然水體中的各種大顆粒物表面，組成微界面，且微界面的納米材料的濃度高于天然水體中的濃度，因此微界面上納米材料的水環(huán)境行為會(huì)更強(qiáng)烈。3.納米材料的水環(huán)境行為（4）納米材料與有機(jī)質(zhì)的相互作用4.納米材料可能的毒性機(jī)制細(xì)胞能夠直接攝取納米顆粒，同時(shí)納米顆粒也可以直接穿透細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞，這主要是由于納米材料粒徑小(比細(xì)胞小1000～10000倍)，并且有文獻(xiàn)表明，細(xì)胞對(duì)納米顆粒的攝取主要取決于其粒徑。這些被細(xì)胞攝取的納米顆粒一般都富集在細(xì)胞的特定部分(如線(xiàn)粒體)，位于細(xì)胞內(nèi)的納米顆粒能夠產(chǎn)生細(xì)胞內(nèi)毒性。部分納米材料與光或紫外線(xiàn)一起暴露時(shí)，活性氧化自由基的產(chǎn)生速率明顯加快，納米材料的毒性明顯加強(qiáng)。4.納米材料可能的毒性機(jī)制細(xì)胞能夠直接攝取5.納米材料水生態(tài)毒理效應(yīng)的研究人工制備的納米顆?？赏ㄟ^(guò)工業(yè)生產(chǎn)、納米產(chǎn)品分解、納米材料自組裝等途徑釋放到空氣中，并與空氣中的化學(xué)污染物、重金屬及各種細(xì)粒子結(jié)合，反應(yīng)形成二次粒子來(lái)增強(qiáng)納米材料的毒性作用。有研究發(fā)現(xiàn)，多種納米材料可以對(duì)受試動(dòng)物造成明顯的毒理效應(yīng)。有許多研究表明：納米材料可以通過(guò)消化道、呼吸道及皮膚接觸等方式進(jìn)入生物體，被生物體所攝取的納米顆粒不僅可以在生物體相應(yīng)組織中沉積，而且可以通過(guò)血液循環(huán)等方式進(jìn)入其他組織中。5.納米材料水生態(tài)毒理效應(yīng)的研究人工制備的5.納米材料水生態(tài)毒理效應(yīng)的研究對(duì)水生動(dòng)物的毒理效應(yīng)水生動(dòng)物對(duì)納米材料的攝取途徑主要包括通過(guò)攝食過(guò)程進(jìn)入生物體內(nèi)和納米材料直接穿透表皮進(jìn)入生物體。納米TiO2顆粒會(huì)在虹鱒魚(yú)的消化道和鰓內(nèi)積蓄，并且通過(guò)消化道和表皮攝取的納米TiO2顆粒可以轉(zhuǎn)運(yùn)到其他的器官組織中。毒理學(xué)實(shí)驗(yàn)表明，不管從細(xì)胞水平還是生物個(gè)體水平來(lái)看，納米材料對(duì)水生動(dòng)物均有一定的毒性作用。將黑鱸暴露于含0.5mg/kg可溶性納米C60的水溶液中，48h后發(fā)現(xiàn)黑鱸出現(xiàn)了明顯的腦部脂質(zhì)過(guò)氧化損傷、鰓部總谷胱甘肽顯著下降及肝基因表達(dá)的改變。5.納米材料水生態(tài)毒理效應(yīng)的研究對(duì)水生動(dòng)物的毒理效應(yīng)5.納米材料水生態(tài)毒理效應(yīng)的研究對(duì)浮游植物的毒理效應(yīng)浮游植物作為水環(huán)境中重要的生產(chǎn)者，在整個(gè)水生態(tài)系統(tǒng)中占重要的地位，納米材料對(duì)浮游植物的毒害及浮游植物對(duì)納米顆粒的積蓄均能直接或間接地影響整個(gè)水生態(tài)系統(tǒng)。納米C60為90mg/L時(shí)，對(duì)藻的生長(zhǎng)速率的抑制大約為30％，當(dāng)藻