异质纳米颗粒在大型溞中的生物累积研究开题报告
- 选题研究的目的，意义
微塑料，这一种新兴的污染物质，已经被联合国专家组列为威胁海洋生物生存的致命杀手，其危害程度等同于巨型海洋垃圾。2015年，联合国将微塑料污染列为新型环境污染的一大类型，与全球气候变化，臭氧污染，海洋酸化并列为全球重大环境问题，呼吁各国对此加强研究。
微塑料，是一种直径小于5毫米的塑料颗粒，是一种造成污染的主要载体。微塑料体积小，这就意味着更高的比表面积（比表面积指多孔固体物质单位质量所具有的表面积 ），比表面积越大，吸附的污染物的能力越强。
纳米颗粒作为微塑料的一种，也有着很多危害。随着纳米材料的大量使用，它们将不可避免 地被释放到环境中，其独特的物理化学属性将可能给生态环境带来难以预料的影响，由此所引起的潜在环境效应及生态风险已引起极大的关注。考虑到纳米颗粒的生物毒性和广泛应用导致的潜在暴露风险，近年来人们围绕纳米材料在环境中的行为及其生物 (细菌微生物 、植物及动物等)毒性效应开展了大量的研究，同时对纳米颗粒在水体中的稳定性及其去除效率展开了研究。
纳米材料可以通过多种途径进入环境而成为纳米污染物，如：1)纳米药物或基因载体系统 ，虽然它并不直接用于环境，但可以通过废弃物排放而污染环境；2)纳米材料的直接释放 ， 如污染物控制和清除系统及对土壤和水体的脱盐处理 ；3)随着纳米科技 的大 规模 产业化，纳米产品和副产品常被不经任何处理地排放，也成为当前纳米材料进入环境的重要途径 ； 4)与人们生活密切相关的纳米产品，如个人防护品(化妆品、遮光剂)、纳米运动器材及纳米纤维等都可以通过使用或废物处理等过程被释放到环境中。
纳米氧化铁作为一种常见的纳米材料在医药、催化、颜料和水处理等领域有着大量的生产和使用。在生产和使用过程中不可避免地进入到自然环境，如自然水体。自然水体是一个复杂的体系，以湖泊为例，湖泊中存在浮游植物、浮游动物、鱼类等水生生物，同时也会有其它纳米颗粒的存在。在这种复杂的体系中，纳米氧化铁在生物体内的累积动物学会有一种怎样的变化在目前已有的研究中还不清晰。而生物累积过程是连接环境行为与毒性效应的纽带。是我们研究纳米材料毒理机制的前提。
- 国内文献研究综述
金属氧化物纳米颗粒的广泛应用导致它们大量地释放到水环境中，其独特的理化性质有可能改变水环境中其他共存污染物(如重金属)的生态毒性。为评价沉积物中纳米氧化铝(Al2O3-NPs)对重金属Cd生态毒性的影响，采用底栖生物慢性暴露 研究了Al2O3-NPs 存在条件下Cd在底栖动物铜锈环棱螺体内生物积累的变化和Cd对肝胰脏抗氧化防御系统关键成分超氧化物歧化酶(SOD)与脂质过氧化指标丙二醛(MDA)以及Ⅱ相反应的关键酶谷胱甘肽-S-转移酶(GST)的影响。结果表明，低Cd浓度(5mu;g·g1)时，Al2O3-NPs对Cd生物积累没有影响;中、高Cd浓度(25、100mu;g·g1)时，Al2O3-NPs显著促进Cd的生物积累，Al2O3-NPs 对Cd的生物转运具有明显的携带效应。低 Cd 浓度时，无 Al2O3-NPs 处理组和Al2O3-NPs 处理组的SOD活性与对照组相比均没有显著差异;中Cd浓度时，SOD活性显著升高，而高Cd浓度时，SOD活性显著下降，而且Al2O3-NPs处理组的SOD活性显著低于无Al2O3-NPs 处理组，Al2O3-NPs的存在加重了Cd对肝胰脏细胞的氧化胁迫或损伤。高Cd浓度时，无 Al2 O3-NPs处理组和Al2O3-NPs处理组的MDA水平均显著升高，但Al2O3-NPs处理组的 MDA水平显著低于无Al2O3-NPs处理组，进一步证明Al2O3-NPs对Cd氧化损伤的增强作用。中、高Cd浓度时，无Al2O3-NPs处理组和Al2O3-NPs处理组的GST活性均显著下降，但 Al2O3-NPs 处理组的GST活性均显著低于无Al2O3-NPs处理组，同样说明了Al2O3-NPs对Cd毒性的增强作用。本研究提供了在沉积物-底栖动物体系中Al2O3-NPs促进重金属生物积累的证据，而且Cd毒性的变化与肝胰脏中Cd的生物积累水平的变化基本一致，在中、高Cd浓度下，由于Al2O3-NPs的存在显著促进了Cd的生物积累，因而增强了Cd对铜锈环棱螺的生态毒性。
本研究首先使用溶剂交换法,洗去了制备过程中残留的THF及其衍生物、排除了THF等对nC60生态毒性的干扰后,评价了nC60对大型溞的亚急性生殖毒性、生物累积及与重金属的联合毒性,其主要研究成果包括以下几个方面: 1、nC60对大型溞产生急性毒性和急性生殖毒性。利用EPA 2024标准确定48 h 50%死亡浓度(LC50)为0.44 mg L-1;在不同温度下,nC60的亚急性浓度均毒害大型溞的生殖过程：导致孵化阶段胚胎死亡和流产；显著抑制了新生幼体的性成熟;破坏亲代大型溞再次怀卵能力；并在生殖各个阶段出现生物累积,且累积量与大型溞体内总脂含量成正比。nC60对大型溞的亚急性毒性效应和生物累积，突出了亚急性等低浓度下生殖研究在纳米毒理中的重要性,表明了研究富勒烯和其他工程纳米材料对自然界的亚急性毒性必要性和紧迫性。 2、环境因素和nC60物理性质影响C60在大型溞体内生物累积。不同环境因子(硬度、pH、浓度和温度)和nC60性质(颗粒尺寸)影响生物累积。吸收的量和吸收的速度随着时间的增加而增加。累积量随着浓度和尺寸增加而增加,大于100 nm的颗粒比小于100 nm的颗粒累积到最大值的速度要快。在硬度大、低pH、高温的水环境条件下, nC60的累积速度比相对应反向条件下速度快。所有的序批试验中,累积都在5天内达到了平衡。不论是环境因子还是nC60的物理性质都影响大型溞对nC60的吸收,且环境因子是通过影响nC60的物理性质和生物本身而影响生物累积。这些累积符合一级指数增长至最大值的方程。
- 研究内容
1、纳米材料的合成与表征：要求自主合成课题中所用到的纳米材料，包括20 nm的氧化铁和20 nm、100 nm以及500 nm的二氧化硅。并用动态光散射技术、透射电镜和扫描电镜等手段对合成的材料进行表征。
2、运用原子吸收、液体闪烁计数仪对大型溞体内富集的纳米氧化铁进行定量。探究在不同粒径的二氧化硅分别与纳米氧化铁共存时大型溞对于纳米氧化铁吸收动力学的变化规律。
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