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科技進(jìn)展
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  近年來(lái),微納米塑料作為一類(lèi)新污染物得到了公眾和科學(xué)家的廣泛關(guān)注。相較于微塑料,納米塑料(尺寸1 m以下)具有賦存數(shù)量大、吸附效率高、跨生物膜能力強(qiáng)等特點(diǎn),可能展現(xiàn)出更為強(qiáng)烈的生態(tài)和毒性效應(yīng)。海岸帶是人口密集、社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)頻繁、漁業(yè)生產(chǎn)集中的區(qū)域,同時(shí)是納米塑料的重要匯集區(qū)域,闡明納米塑料在海岸帶環(huán)境和生物體內(nèi)的遷移行為和毒性機(jī)制,對(duì)于全面、準(zhǔn)確理解塑料污染的環(huán)境生態(tài)效應(yīng)以及對(duì)人類(lèi)健康的影響,具有重要的科學(xué)意義,其研究也更具挑戰(zhàn)性。目前,具有真實(shí)環(huán)境意義的納米塑料樣品制備、復(fù)雜基質(zhì)中納米塑料的高靈敏示蹤技術(shù)是本領(lǐng)域的瓶頸問(wèn)題,亟待突破。中國(guó)科學(xué)院煙臺(tái)海岸帶研究所王運(yùn)慶、陳令新海岸帶“化學(xué)與生態(tài)要素的分析監(jiān)測(cè)”團(tuán)隊(duì)在納米塑料模型粒子、分析方法以及毒理效應(yīng)等方面開(kāi)展科研工作,取得系列研究進(jìn)展。
  1、“真實(shí)”納米塑料樣品制備、標(biāo)記和定量分析 
  目前納米塑料研究流行使用化學(xué)合成粒子聚苯乙烯(PS)納米球,塑料材質(zhì)種類(lèi)不足,生成途徑和理化性質(zhì)等方面也缺乏環(huán)境真實(shí)性。該團(tuán)隊(duì)發(fā)展了一種以日用塑料制品為原料,模擬環(huán)境中機(jī)械摩擦途徑制備納米塑料的方法。通過(guò)料理機(jī)打磨和差速離心方式,制備聚乙烯(PE)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯(PP)和聚氯乙烯(PVC)等多種材質(zhì)和多種粒徑分布的納米塑料。其在塑料材質(zhì)、形貌、密度、添加劑成分等方面,與環(huán)境中真實(shí)樣品更接近,為納米塑料研究提供了“樣品庫(kù)”。 
  進(jìn)一步發(fā)展了基于含銥元素有機(jī)分子標(biāo)記、電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)定量測(cè)定納米塑料的新方法(圖1)。以礦泉水瓶為原料制備的PET納米塑料為代表,定量研究了其在小鼠體內(nèi)和海岸沉積物中的遷移行為規(guī)律。結(jié)果表明,單次靜脈注射條件下,納米塑料主要分布于小鼠肝臟和脾臟;單次灌胃條件下,納米塑料僅分布在消化道,沒(méi)有進(jìn)入外周器官。海岸沉積物再懸浮實(shí)驗(yàn)表明,納米塑料在海水中的沉降與震蕩時(shí)間有關(guān),時(shí)間延長(zhǎng)有助于其與懸浮物充分結(jié)合。研究進(jìn)一步揭示了納米塑料更容易沉降在上清液和沉積物的交界處,暗示了底棲生物具有較大的暴露風(fēng)險(xiǎn)。該工作為復(fù)雜介質(zhì)中納米塑料的高靈敏、高專(zhuān)屬性示蹤檢測(cè)提供了新方法,相關(guān)工作發(fā)表在Journal of Hazardous Materials(2022, 424, 127628)。

   

  圖1. 以礦泉水瓶為原料的PET納米塑料制備、銥元素標(biāo)記示意圖,以及靜脈注射條件下納米塑料在小鼠體內(nèi)的定量分布

  2. 納米塑料的毒性效應(yīng)

  該團(tuán)隊(duì)以斑馬魚(yú)胚胎作為動(dòng)物模型,研究不同粒徑和環(huán)境暈包覆的PET納米塑料的體內(nèi)分布和毒性效應(yīng)(圖2)。熒光標(biāo)記成像顯示納米塑料可以透過(guò)卵膜進(jìn)入到胚胎內(nèi)部,研究發(fā)現(xiàn)胚胎孵化率、心率和活性氧物種產(chǎn)生等生物學(xué)指標(biāo)受納米塑料尺寸、濃度和表面性質(zhì)影響。相關(guān)工作發(fā)表在Environmental Science-Nano(2020,7, 2313-2324,hot article)。

  探究了納米塑料與苯并芘(Bap)形成的復(fù)合污染物及其與細(xì)胞的相互作用問(wèn)題。研究發(fā)現(xiàn)PS納米塑料吸附Bap納米團(tuán)簇,并作為載體攜帶Bap進(jìn)入細(xì)胞,定位于溶酶體、線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng);納米塑料的結(jié)合作用降低了不同尺寸Bap團(tuán)簇誘發(fā)細(xì)胞毒性的差異。該工作發(fā)表在Nanoscale(2021, 13, 1016-1028)。進(jìn)一步探索了體內(nèi)粘液對(duì)納米塑料復(fù)合污染物生物效應(yīng)的影響。發(fā)現(xiàn)表面形成的黏蛋白暈?zāi)軌蚋淖儚?fù)合污染物的攝取機(jī)制、胞內(nèi)蓄積和亞細(xì)胞器分布,降低復(fù)合污染粒子胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)速率,延遲納米塑料和Bap的解離進(jìn)程,從而降低復(fù)合污染物的細(xì)胞毒性。相關(guān)工作發(fā)表在Journal of Hazardous Materials(2021, 406, 124306)。

    

  圖2. PET納米塑料的掃描電鏡和粒徑分布,以及在斑馬魚(yú)卵和幼魚(yú)體內(nèi)的分布

  上述工作為未來(lái)深入開(kāi)展海岸帶區(qū)域納米塑料污染物的環(huán)境行為、環(huán)境效應(yīng)和人類(lèi)健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等研究提供了技術(shù)儲(chǔ)備。相關(guān)研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金(42076199, 21976209)等項(xiàng)目的支持。

  相關(guān)論文:

  1. Qi Gao, Yunqing Wang,* Yunxia Ji, Xizhen Zhao, Panpan Zhang, Lingxin Chen,* Tracking of realistic nanoplastics in complicated matrices by iridium element labeling and inductively coupled plasma mass spectroscopy, Journal of Hazardous Materials, 2022, 424, 127628. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.127628

  2. Yunxia Ji,# Chuyu Wang,# Yunqing Wang,* Longwen Fu, Mingsan, Lingxin Chen,* Realistic polyethylene terephthalate nanoplastics and the size- and surface coating-dependent toxicological impacts on zebrafish embryos, Environmental Science-Nano, 2020,7, 2313-2324. https://doi.org/10.1039/D0EN00464B

  3. Yunxia Ji,# Yunqing Wang,# Dazhong Shen, Qi Kang,* Jiping Ma, Lingxin Chen,* Revisiting the cellular toxicity of benzo[a]pyrene from the view of nanoclusters: size- and nanoplastic adsorption-dependent bioavailability, Nanoscale, 2021, 13, 1016-1028. https://doi.org/10.1039/D0NR06747D

  4. Yunxia Ji, Yunqing Wang, Dazhong Shen, Qi Kang,* Lingxin Chen,* Mucin corona delays intracellular trafficking and alleviates cytotoxicity of nanoplastic-benzopyrene combined contaminant, Journal of Hazardous Materials, 2021, 406, 124306. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.124306

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