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五種納米鈣钛礦對大型蚤的慢性毒性的研究:基于結構的毒性機制

時間:2019年07月16日 點擊數: 出處: 編輯:

  鈣钛礦納米材料(perovskite nanomaterials, PNMs)作爲燃料電池、催化劑、光伏材料等顯示出優越的性能,具有巨大的應用潛力,但其在水生環境中的行爲和潛在生態效應卻完全沒有報道。北京航空航天大學的一個研究組對納米鈣钛礦的行爲及對水生生物的毒性進行了深入的研究,相關的研究成果發表在201811日的《Environmental Science: Nano》上。 

  作者合成了五種代表性的PNMLaFeO3YFeO3BiFeO3LaMnO3LaCoO3),采用XRDXPSTEM,同步輻射等多種方法來研究了它們對水生無脊椎動物大型溞的急性和慢性毒性,同時探討了天然水體中的有機質對其毒性的影響機制。結果表明,1ppmLaCoO3明顯著抑制了大型溞的生長,暴露21天後大型溞全部死亡,而暴露于其他PNM的大型溞中沒有出現死亡。主要原因在于LaCoO3與其他PNM相比,LaCoO3的晶體結構中含有氧空位,導致自由離子的溶出此外,大型溞對自由钴離子的攝入也是導致LaCoO3在其體內産生不同于其他四種鈣钛礦的特殊分布的主要原因而其他四種納米鈣钛礦在21天暴露期間雖然沒有對大型溞産生任何負面影響,但是大量的積累在大型溞腸道的鈣钛礦可能會隨著食物鏈轉移到更高級的生物體內,因此其安全性也不能忽視。 

   

  1 暴露21d後鈣钛礦在大型蚤體內的分布 

  納米材料在生物體內的空間分布對揭示其毒性機制有著非常重要的意義,利用北京同步輻射裝置開展的-X射線熒光微區譜學成像(Synchrotron radiation X-ray fluorescence micro-spectroscopySR-μXRF)實驗表明,LaFeO3, BiFeO3LaMnO3僅分布在大型溞腸道;而LaCoO3不僅分布在腸道,钴離子也在大型蚤腹部區域分布,積累在腸道的信號是通過濾食方式進入的LaCoO3,腹部的信號是通過胸枝上肢進入的钴離子,暴露液中溶出的钴離子是LaCoO3主要的致毒原因。 

  作者還發現,阿拉伯樹膠會對納米鈣钛礦的毒性産生影響。在阿拉伯樹膠的存在下,LaFeO3BiFeO3LaMnO3毒性增加,而LaCoO3毒性降低。而YFeO3的毒性沒有發生改變。不同PNM受天然有機質不同的影響效果與自身的物理化學性質相關。本研究強調了全面表征納米材料的必要性,以明確其影響生物毒性的物理化學性質因素。此外,研究納米鈣钛礦在水生環境中的轉化能夠更准確地評估它們對水生生物的影響。需要對納米鈣钛礦的的生物效應進行更多的生態毒理學研究,以建立納米鈣钛礦的性質-毒性關系。 

發表文章: 

  Tingting Zhou, Wenhong Fan*, Yingying Liu, and Xiangrui Wang. Comparative assessment of the chronic effects of five nano-perovskite to Daphnia magna: a structure based toxicity mechanism. Environmental Science: Nano 5(3): 708-719. 

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