光催化纳米材料的毒理学研究进展

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纳米材料对浮游生物的毒性效应研究进展

纳米材料对浮游生物的毒性效应研究进展

文章编号押2096-4730穴2020雪05-0441-08·综述·纳米材料对浮游生物的毒性效应研究进展金扬湖,周超(国家海洋设施养殖工程技术研究中心,浙江舟山316022)摘要:在医学、材料学及能源学等领域高速发展过程中,广泛应用到纳米材料,其在生产合成及使用过程中不可避免地会通过各种途径排入水环境中,凭借其独特理化性质可沿着水生生物食物链传递,通过不断在高营养级生物体内富集,在个体或细胞上产生毒性效应。

本文通过对典型纳米材料水环境行为、食物链传递规律进行归总,并在此基础上对纳米材料单独作用或与其他污染物交互作用时对浮游生物的毒性效应及作用机理进行阐述分析,对纳米材料水环境毒理学研究进行汇总评估,以期为治理纳米材料污染提供科学依据。

关键词:纳米材料;浮游生物;生物毒性;毒理机制中图分类号:Q955文献标识码:AA Review on Toxicity of Nanomaterials on PlanktonJIN Yang-hu,ZHOU Chao(National Engineering Research Center for Marine Aquaculture,Zhoushan316022,China)Abstract:More and more nanoparticles are used in the rapid development of medicine,materials science and energy science.During its production,synthesis and use,it will be inevitably migrated into the sea through various ways.Because its unique physical and chemical properties,it can be continuously enriched along the aquatic biological food chain and then will produce toxic effects on individual organisms or cells.And nanoparticles act alone or interact with other pollutants will lead to more serious toxic problems.This article summarizes the water environment behaviors and food chain transfer laws of typical nanomaterials,and then analyzes and analyzes the toxic effects and mechanism of plankton on nanomaterials alone or interacting with other pollutants.The material water environment toxicology research will be summarized and evaluated in order to provide scientific basis for the treatment of nano-material pollution.Key words:nanoparticles;plankton;biotoxicity;mechanism of toxicity收稿日期:2020-01-14基金项目:浙江省自然科学基金(LQ18D060006);舟山市科技计划项目(2019C43269);省属高校科研业务费项目(2019J00020);浙江海洋大学省一流学科水产学科开放课题(20190014);“海洋科学”浙江省一流学科建设开放课题作者简介:金扬湖(1996-),男,浙江温州人,硕士研究生,研究方向:海洋生态毒理学.Email:188****************通信作者:周超(1986-).Email:***************442浙江海洋大学学报穴自然科学版雪第39卷纳米材料(nanoparticles,简称NPs)指天然或者人工制造的、三维尺寸上至少有一维大小为纳米尺寸的材料,NPs具备量子尺寸效应、小尺寸效应以及宏观量子隧道效应等特异效应[1]。

纳米材料的毒理学和生物安全性研究进展

纳米材料的毒理学和生物安全性研究进展

生堡亟随匿堂盘壶!Q塑生!月筮塑鲞星!翅£!!!』堕!丛型:&坠磐盟!Q塑:!些塑,盟些兰纳米材料的毒理学和生物安全性研究进展刘建军何浩伟龚春梅庄志雄纳米材料是指物质结构在三维空间内至少有一维处于纳米尺度…(0.1—100llm,1am=10一m),或由纳米单元构成的材料,被誉为“21世纪的新材料”,这一概念首先是由美国国家纳米计划(NNI)提出来的。

这些具有独特物理化学性质的纳米材料,对人体健康以及环境将带来的潜在影响,目前已经引起公众、科学界以及政府部门的广泛关注。

随着纳米技术的完善和应用规模的扩大,纳米材料将被迅速普及和广泛应用旧o。

据报道,目前世界范围内市场上有超过400种消费品建立在纳米材料的基础之上p1,预计到2014年全球市场的纳米科技产品价值将达2.6兆亿美元MJ。

为了了解应用于这些产品中的纳米材料的潜在影响,就要熟悉和掌握其潜在暴露风险、材料性质、产品生命周期及其在每一点性质和周期上的潜在危险”J。

自2000以来,国内外对于纳米材料的生物安全性和毒理学问题展开了日益深入的讨论和研究净“。

一、纳米材料的特殊效应和应用纳米材料具有传统材料所不具备的奇异或反常的物理、化学特性”],如原本导电的铜到某一纳米级界限就不导电,原来绝缘的二氧化硅、晶体等,在某一纳米级界限时开始导电。

这是由于纳米材料特有的4大特殊效应所致¨1:即小尺寸效应(8maLlsizeeffect)、表面效应(¥urfaceeffect)、量子尺寸效应(quantumsizeeffect)和量子隧道效应(quantumtunnelingeffect);上述效应可导致纳米材料具有异常的吸附能力、化学反应能力、分散与团聚能力,上述特性在赋予纳米材料广泛应用的同时也带来一系列的负面效应。

这些已被证实,以及有待被证实的负面效应给当前迅猛发展的纳米科技带来了一定的隐患。

现将纳米材料理化特性涉及的应用研究领域归纳如表1[9-103。

光催化材料研究进展

光催化材料研究进展

光催化材料研究进展马晓春;徐广飞【摘要】叙述了近些年来光催化材料的研究进展与核-壳型光催化纳米材料的研究现状,指出光催化材料尤其是纳米材料在治理环境污染方面发挥的巨大作用.同时,结合笔者的工作,简要介绍了纳米SnO2光催化剂的特点、制备方法和复合结构,并对其前景进行了展望.%The paper described the researching progress of photocatalytic materials and photocatalytic nanometer materials of core-shell structure in recent years. And its important role was pointed out in environmental pollution control especially for nanometer materials. At the same time, the characteristics, preparation method and composite structure of nanometer SnO2were introduced briefly according to the works. In addition, the development prospect was also described.【期刊名称】《新技术新工艺》【年(卷),期】2012(000)009【总页数】4页(P58-61)【关键词】光催化材料;TiO2;核-壳结构;SnO2【作者】马晓春;徐广飞【作者单位】浙江工业大学机械工程学院,浙江杭州330014;浙江工业大学机械工程学院,浙江杭州330014【正文语种】中文【中图分类】TQ13随着社会的进步和工业的发展,环境污染逐渐成为威胁人类生存的严重问题。

对此,人们展开了治理污染、保护环境的科学研究,并取得了一定的成效。

纳米材料的毒理作用及其机理

纳米材料的毒理作用及其机理

纳米材料的毒理作用及其机理近年来,纳米技术的快速发展已经使得纳米材料的应用越来越广泛。

然而,作为一种新型材料,纳米材料的毒性问题也成为人们关注的焦点。

对于纳米材料的毒性作用及其机理,已经有了较为深入的研究。

一、纳米材料的毒性作用纳米材料具有独特的化学、物理和生物特性,这些特性决定了其可能对生物体产生的毒性作用。

纳米材料的毒性作用主要包括以下几个方面:1. 细胞膜损伤纳米材料的小尺寸和高比表面积使其与细胞膜接触面积增大,从而导致细胞膜的物理或化学损伤。

此外,纳米材料的表面电荷、疏水性和亲水性等特性也会影响其与细胞膜的相互作用。

2. 细胞内氧化损伤纳米材料可以被细胞摄入,进入细胞内部。

纳米材料的大量存在会增加细胞内的有毒氧自由基及其他反应性氧物质的生成,从而对细胞内的各种生物大分子,如蛋白质、核酸和膜脂等,造成氧化损伤。

3. 基因突变和DNA损伤纳米材料与DNA分子的相互作用也是产生毒性作用的原因之一。

当纳米材料与DNA结合后,会形成 DNA-纳米材料复合体,引发DNA 修改和基因突变等现象,从而影响甚至破坏生物体的生长和发育。

二、纳米材料的毒性机理1. 氧化损伤纳米材料的氧化作用是纳米材料导致毒性机理中最常见和重要的一种,其主要原理是由于其小尺寸和巨大的表面积,纳米材料在空气和水中易吸附和氧化,从而释放出反应性物质,如活性氧自由基等,导致生物体细胞膜和其他生物大分子损伤。

2. 积累和输送纳米材料的毒性机理还包括其积累与输送。

一些纳米材料显然不能被生物体有效清除,会在体内积累,导致组织或器官结构紊乱。

此外,纳米材料的具有特殊的输送功能,可以作为潜在的药物载体,但也可能通过输送途径进入人体造成不良影响。

3. 炎症反应另外,纳米材料的毒性机制还包括诱导体内炎症反应。

许多纳米材料可以激活免疫细胞产生炎症性细胞因子,如TNF-α、IL-1、IL-6等,从而诱导炎症反应,破坏正常组织和器官的结构和功能。

三、防范纳米材料的毒性作用的策略为有效预防纳米材料的毒性作用,应开展详细的评估,并针对其特性和用途制定个性化的防范策略。

纳米材料在光催化领域的应用前景展望

纳米材料在光催化领域的应用前景展望

纳米材料在光催化领域的应用前景展望近年来,纳米材料在各个领域中的应用不断扩展。

其中,在光催化领域中,纳米材料的应用前景更是备受关注。

光催化技术利用光能激发材料的光催化活性,实现特定催化反应,具有高效、无污染和可控性的特点。

纳米材料因其尺寸效应、表面效应和量子效应等特性,表现出卓越的光催化性能,因此在光催化领域具有广阔的应用前景。

首先,在环境治理方面,纳米材料的应用能够有效降解有机污染物和重金属污染物。

例如,钛酸钡、氧化锌和二氧化钛纳米材料具有优异的光催化活性,可用于降解废水中的有机污染物。

这些纳米材料在光照下吸收光能,产生电子-空穴对,并利用这些载流子加速有机污染物的氧化分解。

此外,通过调控纳米材料的组成和结构,也能够提高其催化活性和稳定性,实现对重金属离子的高效去除。

其次,在能源领域,纳米材料的应用有望实现太阳能的高效转换和储存。

目前,太阳能电池是一种主要的清洁能源转换技术。

纳米材料的特殊性质赋予了其在太阳能电池中的重要作用。

例如,二氧化钛纳米材料在太阳能电池中作为光敏材料,能够吸收太阳光并产生电子-空穴对,实现电荷传输和产生电能。

此外,纳米金属材料的表面等离子体共振效应也被广泛应用于太阳能光伏领域,用于提高太阳能电池的吸收率和光电转换效率。

再者,在环境可持续性和资源利用方面,纳米材料的应用也具有潜在的价值。

例如,纳米光催化剂在二氧化碳还原反应中的应用,可以实现CO2的高效转化为可再生燃料或高附加值的化学品。

通过合理设计纳米催化剂的组成和结构,优化其光活性和选择性,可以实现对二氧化碳的高效利用,同时减少温室气体排放和化石能源消耗。

此外,纳米材料在医药领域的应用也值得关注。

光动力疗法是一种以光敏剂为基础的治疗技术,通过激活光敏剂的光催化活性,消除肿瘤细胞和疾病病原体。

纳米材料作为载体可以用于载药和靶向治疗,提高光敏剂的生物利用度和治疗效果。

此外,纳米材料的表面修饰和功能化,还可以实现光敏剂的靶向传递和局部释放,减少非特异性作用和毒副作用。

纳米材料在光催化降解有机污染物中的应用

纳米材料在光催化降解有机污染物中的应用

纳米材料在光催化降解有机污染物中的应用纳米材料在环境领域的应用越来越受到关注。

其中,纳米材料在光催化降解有机污染物中的应用备受瞩目。

本文将详细介绍纳米材料在光催化降解有机污染物中的原理、优势和限制,并探讨其未来发展前景。

一、纳米材料的介绍纳米材料是一种具有特殊尺寸和结构的材料,其纳米级别的粒径使其具备了许多独特的性质和应用。

常见的纳米材料包括纳米金、纳米银、纳米二氧化钛等。

二、光催化降解有机污染物的原理光催化降解是指利用光照下纳米材料所产生的光生电子-空穴对进行无损耗催化的化学反应过程。

纳米材料吸收光能后产生的光生电子和空穴对能够用于有机污染物的氧化还原反应,从而达到降解有机污染物的目的。

三、纳米材料在光催化降解有机污染物中的优势1. 高效催化活性:纳米材料具有高比表面积和丰富的表面活性位点,能够提高催化活性,加速有机污染物的降解速度。

2. 可控性:通过调节纳米材料的结构和形状,可以实现对反应过程的可控性,提高光催化反应的效率。

3. 环境友好:纳米材料在光催化过程中不需要添加外部的化学试剂,只需利用可见光或紫外光即可激发其催化活性,无需产生二次污染。

四、纳米材料在光催化降解有机污染物中的应用实例1. 纳米二氧化钛光催化降解亚甲基蓝:通过将纳米二氧化钛与亚甲基蓝溶液接触,利用可见光或紫外光的激发,可快速降解亚甲基蓝。

2. 纳米金光催化降解苯酚:金纳米颗粒在紫外光照射下显示出优异的催化活性,可用于快速降解苯酚等有机污染物。

3. 纳米银光催化降解甲醛:纳米银颗粒能够吸收可见光,产生高活性的光生电子和空穴对,可在光照条件下高效降解甲醛。

五、纳米材料在光催化降解有机污染物中的限制1. 材料的稳定性:纳米材料在光照条件下可能发生聚集、溶解等问题,影响催化效果和稳定性。

2. 光吸收范围限制:不同纳米材料的光吸收范围有限,而有机污染物的吸光峰值通常在可见光范围内,因此需要寻找适合的纳米材料来提高光催化反应的效率。

纳米光催化材料的研究进展

纳米光催化材料的研究进展

纳米光催化材料的研究进展纳米光催化材料是一种新型的催化材料,具有高效、环保、经济等优势,广泛应用于环境净化、能源转化、有机合成等领域。

近年来,随着纳米材料研究的不断深入,纳米光催化材料的研究取得了多项重要进展,为人们解决环境和能源问题提供了新的途径。

一、纳米光催化材料的基本原理纳米光催化材料是指粒径在纳米尺度的催化材料,其基本原理是通过光照激发材料表面的电子,产生电子-空穴对,从而促进催化反应的进行。

这一过程需要具备合适的能带结构、表面活性位点和光吸收能力。

通过调控这些因素,可以实现对多种反应的催化作用。

1. 结构设计与合成近年来,研究人员通过调控纳米材料的形貌、晶面和结构等特征,设计和合成出一系列高效的纳米光催化材料。

通过控制金纳米颗粒的大小和形貌,可以调节其表面等离子共振效应,提高光催化活性。

还有人利用各种纳米结构,如纳米线、纳米片、纳米孔等,制备出具有特殊光催化性能的材料。

2. 光催化机理研究研究人员通过表征手段和理论模拟,揭示了纳米光催化材料的反应机理。

他们发现了在光照条件下,纳米材料表面的电子-空穴对会参与气体吸附、光生电荷分离和传递等过程,从而促进气相和溶液相中的催化反应。

这些研究成果为理性设计和调控纳米光催化材料提供了重要参考。

3. 应用领域拓展纳米光催化材料在环境净化、能源转化和有机合成等领域的应用也取得了显著进展。

通过调控纳米光催化材料的能带结构和表面性质,可以实现对污染物的光催化降解,如有机物降解、重金属离子去除等。

还可以利用纳米材料的光电催化性能,实现可见光光解水制氢、光催化二氧化碳还原、光催化制氨等能源转化过程。

纳米光催化材料还被应用于有机合成领域,实现高效、绿色的有机反应。

虽然纳米光催化材料在各个领域都取得了可喜的进展,但仍然面临着一些挑战。

纳米材料的合成和表征技术仍然不够成熟,需要进一步提高材料的制备精度和稳定性。

纳米光催化材料的光吸收和光生电荷分离效率有待提高,以实现更高效的催化活性。

纳米材料的毒性作用与生态危害研究

纳米材料的毒性作用与生态危害研究

纳米材料的毒性作用与生态危害研究第一章纳米材料概述纳米材料是指尺寸在1-100纳米之间的材料,它具有具有独特的物理、化学和生物学性质。

因此,纳米材料在医学、能源、电子、材料、环境等领域有着广泛的应用前景。

随着纳米科技的发展,纳米材料的生态危害和毒性问题也引起了人们的关注。

第二章纳米材料的毒性作用2.1 毒理学概述毒理学是研究毒素或有害物质在生物体内的作用机制、剂量效应和致病过程的学科。

纳米材料在生物体内的毒性作用可以从以下几个方面来考虑:2.2 纳米材料的组织学和细胞学效应纳米材料可以进入生物体内的细胞和组织,并且与生物体内的组织细胞反应。

纳米材料可以穿过血脑屏障和其他生物屏障,导致神经功能障碍和细胞死亡。

此外,纳米材料还可以进入生物体的免疫系统,引起多种炎症反应。

2.3 纳米材料的生物相容性和毒性评估生物相容性是指材料与生物体相互作用后的影响,这是评估材料毒性的重要指标。

毒性测试需要确定纳米材料的剂量、时间和方式,评估其对生物体的影响。

常用的毒性测试包括细胞毒性测试、动物实验、人类神经细胞模型等。

第三章纳米材料的生态危害3.1 纳米材料的生物降解纳米材料的生物降解是指环境中的微生物和生物降解酶可以将纳米材料分解为无害物质。

然而,一些纳米材料由于具有毒性,它们的生物降解过程可能会对生态环境造成严重危害。

3.2 纳米材料的迁移与转化纳米材料在生态环境中会经历复杂的迁移和转化过程。

纳米材料的转化可能会导致生态环境中的毒性物质的释放。

纳米材料还可能通过食物链进入生态系统的各个层次,最终威胁到食品链的安全。

3.3 纳米材料对生态系统的影响纳米材料的大量应用进入环境后,可能会引起生态系统中的显著变化。

例如:生物物种数量的减少、生物环境中毒性物质含量的增加、食物链的破坏、生态系统的稳定性和可持续性的降低等。

第四章纳米材料的环境评估4.1 纳米材料的环境监测纳米材料的环境监测是纳米材料生态风险评估的重要步骤。

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方向。
1光催化纳米材料的毒理学研究
1 . 1光催 化纳 米材 料对 环境 的 毒理 学研 究
光催化 纳米材料能够通过 多种途径进入环境造 成环境污染 [ 1 ] 。
添加光催化 纳米材料 的化妆 品经 日常生活排入水体、用于处理废水 的 光催化纳米材料的残留水体 ,有可 能破坏水生生态系统原有的物质 组 成和结构。W i c h m a n n 等对德 国城 市E r f u r t 大气中的颗粒物进 行 了长达 l 0 年( 1 9 9 1 — 2 0 0 0 ) 的监测,研 究了其粒径分布 ,发现城市大气 中微米级 颗粒物浓度逐年下降,而超细颗粒物浓度逐年上升 [ 2 ] 。大气 中的光 催化纳米材料,主要来源于工业 排放的废气和交通污染 .光催化纳米 材料 由于其光催化活性和大比表面积,可以和大气 中的有机污染物作 用 ,极 易吸 附大气 中的有毒污染物 ( 如多环 芳烃等) ,被超细颗粒吸附 的有毒污染物可进一步对生物体产生毒性效应 。光催化纳米材料可通 过 多种途径进入土壤中 ,如土壤和水体 的修复 ,纳米肥料的使用等 。 但是检测土壤 中纳米材料的环境存在难 点:纳米材料在土壤 中的存在 形态在很大程度上依赖于土壤的理化性质
科 学技 术
光催化纳米材料 的毒理 学研究进 展
李 莉
新乡 4 5 3 0 0 7 ) ( 新 乡职业 技 术学 院 ,河南
摘 要 :光催 化 纳 米材 料 以其优 异 的 光催化 活 性 广泛应 用 于 处理 废水 ,废 气,涂 料 ,化 妆 品 ,食 品添加 剂 等领 域 ,超 细颗 粒 不可 避免 地进 入 周 围 环境和生命体,引发了一 系列关于纳米毒理的研究。本文综述了几种常见的光催化纳米材料对生命体 C 活体和体外 )和环境的毒理学研究,并对该领 域 的研 究 方向进 行 了探 讨 和展 望 关键 词 :光 催化 ;毒 理 ; 纳米 材料
综 上所述 ,光催化纳米材料作为大力发展的一类纳米材料,在尽 其能时要尽可能的控 制其毒性 ,还 需要进行 的大量的毒理学研究,这 是一个 持续 ,发展的探索过程 。
参 考 文献
【 1 】T a n g H ,W a n g D ,G e X .E n v i r o n m e n t a l n a n o — p 0 1 l u t a n t s ( E N P ) a n d 8 q u a t i c mi c r o —i n t e r r a ci a1 P r o c e s s e s [ J 】 . W a t e r S ci
T e c h n o 1 , 2 0 0 4 , 5 0( 1 2 ): 1 0 3 —1 0 9 .
目前研究光催化纳米材料对 生物体的毒理 学研究主要集 中在对各 种细胞,细 菌,病 毒等可 以在体外培养的微生物。也有对植物和低等 动物的测试 ,数据仍然比较缺乏。 L a n o n e 等人通过 比较2 4 种 人工纳米材料应用于细胞A 5 4 9 和T H P - I 的毒性 ,应 用M T T 分析方法对T H P - I 细 胞暴 露2 4 h 来测试纳米材料细胞 毒性 ,实验表 明C u 和z n 为金属基体 的纳米材料 是最毒的 ,T i ,A1 , c e ,z r 等为金属基体 的纳米材料毒性适中,碳化钨则显示无毒性 [ 3 ] 。
l _ 2 光催 化纳 米材 料对 生物 体 的毒理 学研 究
Байду номын сангаас
多集 中于小剂量慢性暴露方面 。 ( 2 )从光催化纳米材料组成来看,应 该把 已经研究的多种单一材 料的毒性和一些联合毒 性纳入构效模型 ,对实际应用的复合材料进 行 深入的研 究,并且对复合材料 的内部结构和毒性表现进行分析 。 ( 3 )从光催化纳米材 料的作用对象来看 ,数据主要在体外实验 ( 主要是细胞 ),而在体内试验 ( 个体 )和生物分子实验 ( 分子)的 研 究较少 ,应该强调活体研究,把 这三种层 次的实验方法有机的结合 起来 ,能从多方面多层次的分析毒理效应 ,也能得到一些更有力的毒 理 机 理 分析 。 ( 4 )从光催化 纳米材料的应用看 ,很 多新型的纳米材料重 在强 调 它的光催化 降解过程 ,在空气净化,水净化,土壤净化 ,光催化纳 米材料都 以不 同的作用形势和介质中的污染 物催化反应 ,在具体应用 中,要考虑到环境和生命体的复杂性,对 实际环境进行高效的模拟 , 并考虑和环境 以及生命体 中的物质发生的联合反应。 ( 5 )从光催化纳米材料 的发展趋势看 ,目前研 究较热的都是在开 发新型光催化体 系,例 如B i O X 体系 ,异质结体系, 目 前对于这些新型 材料的毒理学研 究还没有报道 ,但是 由于其有 良 好 的应用前景 ,如果 能够做到先研 究毒理 ,在确保安全 的情况下投入使用,也可 以为发展 这些体系做一个指引。 ( 6 )从光催化纳米材料 的标准化来看 ,目前针对纳米材料毒理学 的研究,不同的研究组 研究得 出的结论会有所差别,甚至相互矛盾 , 所 以在 对这些 纳米 材料进 行评估 时,应该建立 一个纳米标 准化实验 室 ,对 已有的毒理学数据进 行整理并验证 ,把现有 的纳米毒理做到系 统化真实化。
纳米材料在 医疗诊 断,材料改性 ,环境污染物降解 以及生物技术 等诸 多领域广泛应用 ,随着对纳米材料深入研 究,超细颗粒对环境造 成 的潜在危害逐渐受到重视。纳米材料有 小尺寸效应 ,大 比表面积, 高表面 界面效应 ,量子尺寸效应和量子隧道效应等 ,在处理环境污染 的时候表现 出优 良的特性 ,然而光催化纳米材料是 否会给环境带来二 次污 染以及和环境 中其他毒性物质是否有共同作 用;如何评估光催化 纳米材料的毒性,并对材料应用时对其毒性进行预测 ,是当前 的研 究
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