纳米颗粒与生物大分子的相互作用及其生物毒性机制

纳米颗粒已得到广泛的应用,同时其潜在的毒性及生物学效应也引起了广泛的关注。许多文献证实纳米颗粒对生物体具有毒性作用,但在分子水平上对其毒性机制的研究较少。本文对近年来纳米颗粒与生物大分子相互作用的最新研究进行了综述,包括纳米颗粒与蛋白质、脂类、核酸等生物分子间的相互作用。     

纳米生物效应及安全性研究

纳米生物效应是研究纳米尺度物质与生命过程相互作用及其结果的一个新兴科学领域。介绍了纳米生物效应研究的内容、科学意义、国际发展现状和我国的研究进展。     

金属型纳米颗粒对植物的生态毒理效应研究进展

纳米技术的高速发展和人工纳米颗粒(NPs)的广泛应用带来的潜在环境风险已经引起国内外的广泛关注.金属型纳米颗粒(MB NPs)具有金属毒性和纳米毒性的双重效应,其生物毒性和生态风险已成为纳米毒理学的研究热点之一.植物作为生态系统中的重要组分,是NPs生物累积并进入食物链的潜在途径.本文论述了MB NPs在植物中的吸收、转运和累积过程,总结了MB NPs对植物的毒性效应及其机制,探讨了MB NPs植物毒性的影响因素,综合评述了近年来关于MB NPs对植物特别是农作物的生态毒理效应的研究进展,同时分析了目前研究中存在的问题,对今后的研究方向进行了展望.     

水环境中工程纳米颗粒物的生态毒理学机理及理想模式生物的筛选

随着纳米技术产业的高速发展,大量工程纳米颗粒物(Engineering nano-particles,ENPs)被排放到自然水环境中,因此对其进行生态毒性及环境风险的研究尤为迫切。综述了ENPs在水环境中的毒理学机理及理想模式生物筛选的研究进展。目前的研究表明ENPs的毒性作用机制主要包括两方面:一是影响细胞信号通路,二是氧化应激造成基因表达的变化。此外,光催化活性、细胞表面附着、溶解特性、表面特征、赋存形态、溶剂效应及与其他环境污染物的协同作用也是可能的毒性作用机理。模式生物的筛选与确定在纳米生态毒理学研究中极为重要。鱼类作为水环境中普遍存在的脊椎动物,群落庞大,其具有行为端点敏感性高、且在生物毒性实验中存在明显的量效关系等特征,被认为是研究ENPs生态毒理学最适合的水生模式生物。研究表明针对在ENPs影响下的未成年鱼类的行为特征研究比传统的胚胎发育及致死率研究更为有效。无脊椎动物和浮游植物同样在各种水环境中普遍存在,对环境污染物极为敏感,且对有害物质具有显著的富集放大效应,因此作为模式生物也具有一定的优势。     

三种金属氧化物纳米颗粒的水生态毒性

参考国际经济合作与发展组织(OECD)化学品生态毒性测试标准方法,以绿藻(Scenedesmus oblignus)和大型蚤(Daphnia magna)为受试生物,研究了3种金属氧化物纳米颗粒(纳米氧化锌nZnO、纳米二氧化钛nTiO2、纳米氧化铝nAl2O3)水悬浮液的水生生态毒性.结果发现,不同的纳米颗粒具有不同的毒性:nZnO、nTiO2和nAl2O3对斜生栅藻生长的 96 h半效应浓度(EC50)值分别为1.049、15.262、>1000 mg · L-1,而对大型蚤活动抑制的 48 h EC50 值则分别为0.622、35.306 mg · L-1和114.357 mg · L-1.据此可得到3 种金属氧化物纳米颗粒水悬浮液的毒性大小顺序为:nZnO ＞nTiO2 ＞ nAl2O3.此外,不同的生物对金属氧化物纳米颗粒的敏感性也不同,除nTiO2以外,大型蚤对另外2种纳米颗粒的敏感性强于斜生栅藻.实验结果表明,人工纳米材料的生态毒性和环境效应不容忽视,应重视并深入研究此类纳米材料的毒性作用机制和影响因子,以便能对其进行更好的风险管理.     

内质网在纳米材料毒性效应形成中的作用及机制

随着纳米材料在食品、药物、生物医学等多领域的应用,其在生产使用过程中对人类健康的影响引起了广泛关注.内质网是蛋白质折叠与加工修饰、脂质合成以及Ca~(2+)储存的主要场所,是维护细胞内稳态的重要细胞器.内质网作为纳米材料的主要靶细胞器之一,在纳米材料引起的毒性效应中起重要作用.本文结合近年来国内外相关研究进展,阐述了纳米银(Ag-NPs)、纳米金(Au-NPs)、纳米二氧化钛(TiO_2-NPs)、纳米氧化锌(ZnO-NPs)、纳米二氧化硅(SiO_2-NPs)、富勒烯(C_(60))、单壁与多壁碳纳米管(SWCNTs/MWCNTs)以及石墨烯与氧化石墨烯(GO)等典型纳米材料对内质网结构与功能的影响,并归纳总结了内质网在不同纳米材料诱导的毒性效应中的作用及其异同点.纳米材料可通过引起内质网应激诱导细胞凋亡、炎症反应以及细胞自噬,还可通过激活IP_3信号通路诱导内质网Ca~(2+)释放激活钙依赖的细胞凋亡.纳米材料可在内质网中积累造成结构损伤及功能障碍,还可诱导内质网自噬.     

纳米二氧化钛粒子在蚕业中的研究进展

纳米二氧化钛被认为是一种具有化学惰性,无毒且不会与生物引起排斥的生物材料,已被广泛用于与药物传送、防晒护理、环境治理和抗菌等领域,在畜牧业和蚕业也报道了与其相关的积极生物学效应,其在提高家蚕饲料效率方面效果显著,且增加了蚕茧的产量以及家蚕抗病性,取得了很好的社会经济效益。本综述主要从家蚕生理生态、蚕病防治、有机磷农药中毒以及丝蛋白合成等领域综述纳米二氧化钛的研究进展及相关分子机制,并结合广西蚕区特征及气候条件,探讨了其在广西蚕区推广应用的适用性。     

多溴二苯醚的环境暴露与生态毒理研究进展

多溴二苯醚(PBDEs)是一类具有生态风险的新型环境有机污染物.作为阻燃剂,PBDEs已经被愈来愈广泛地添加到工业产品中,并因此对大气、水体、沉积物和土壤等环境介质及相关生态系统产生日益广泛的污染.鉴于这一环境新问题的产生,本文基于有限的资料,初步探讨了PBDEs的人为来源和环境暴露途径,大致给出了PBDEs在不同生物和人体不同组织器官中可能的存在及含量水平;在扼要介绍其基本性质的基础上,从甲状腺、神经系统和生殖发育毒性等三个方面分析了PBDEs对动物和人体可能产生的毒性效应与生态影响,以及PBDEs在生态系统中可能具有的生物积累和生物放大风险;并对今后研究PBDEs的环境暴露与生态效应以及人体健康影响等方面的工作重点进行了展望.     

矿物电子能量协同微生物胞外电子传递与生长代谢

微生物的电子传递过程在生命进化和生物地球化学循环中发挥着关键作用。近年来,随着微生物电子传递研究的深入开展,微生物纳米导线、导电生物被膜及种间电子传递等多种新型的微生物胞外电子传递机制不断被发现,微生物电子传递的距离也从纳米级拓展至厘米级。这些微生物的长距离电子传递过程环环相扣、相互协同,从而构成长距离电子传递网络,并在物质循环和能量转化中共同发挥作用。微生物长距离电子传递网络的结构功能及其调控机制已成为多个学科共同关注的焦点。本文以电子传递的距离为主线,对不同尺度的微生物长距离电子传递过程及网络研究的新进展进行综述,包括纳米尺度的电子传递网络（周质空间和外膜表层）、微米至毫米尺度的电子传递网络（纳米导线、细胞间电子和导电生物被膜）、厘米尺度的电子传递网络（电缆细菌）等,并分析了该研究现存的主要问题和下一步的发展方向,以期为进一步推进微生物长距离电子传递网络理论和应用研究提供科学参考。     

纳米颗粒对细胞膜的作用

纳米颗粒在生物医学领域有着广泛的应用前景。在纳米颗粒与细胞相互作用的研究中,颗粒对细胞膜作用的相关研究,对揭示纳米颗粒的生物效应是至关重要的。纳米颗粒对细胞膜的影响有很多种,主要体现在对细胞膜结构和性质,以及对膜上生物大分子(蛋白质等)功能的影响等方面。这里综述了近年来纳米颗粒对细胞膜作用的相关研究成果,分别从颗粒的自身物理化学性质(尺寸、形状、表面形貌、亲疏水性质、表面电荷、特异性修饰等)、颗粒与细胞作用的环境因素,以及外界能量对颗粒与细胞膜作用的调控三个方面出发,就纳米颗粒作用对细胞膜影响的问题分别进行了分析和总结。