基于微生物全細(xì)胞傳感器的納米材料毒性分析.pdf

1、納米材料的許多獨(dú)特的性質(zhì)使其應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，同時(shí)納米材料對環(huán)境和人類健康的負(fù)面影響也引起了人們的關(guān)注。相比納米材料合成和應(yīng)用技術(shù)的飛速發(fā)展，目前對納米材料的毒性研究還處于初級(jí)階段，缺乏方法學(xué)的積累、毒性效應(yīng)的全面研究和毒性機(jī)理的深入探討。另外，納米材料廣泛使用又使其在環(huán)境中的存在非常普遍，大大增加了這類材料與環(huán)境中的污染物尤其是可持久性有機(jī)污染物接觸機(jī)會(huì)。雖然人們對環(huán)境中持久性有機(jī)污染物的毒性已進(jìn)行了很多研究，但對納米材料與持久性污染

2、物共存的毒性研究幾乎沒有。基于此，本文利用全細(xì)胞細(xì)菌傳感器(一組能夠?qū)?xì)胞損傷產(chǎn)生應(yīng)激反應(yīng)并產(chǎn)生光信號(hào)的重組發(fā)光細(xì)菌)對納米銅以及納米銅與五氯苯酚(pentachlorophenol，PCP)共存時(shí)的毒性效應(yīng)進(jìn)行了分析，并初步探討了可能的毒性機(jī)理。本論文的主要研究工作如下：
　　1.利用全細(xì)胞生物傳感器(包括分別對氧化損傷、蛋白損傷、細(xì)胞膜損傷和DNA損傷響應(yīng)的四株重組發(fā)光細(xì)菌)研究納米銅的毒性效應(yīng)和毒性機(jī)理。根據(jù)重組發(fā)光細(xì)菌對納

3、米銅的響應(yīng)，發(fā)現(xiàn)納米銅不僅能產(chǎn)生強(qiáng)氧化脅迫效應(yīng)，而且能夠引起多種生物大分子的損傷，如蛋白質(zhì)損傷、DNA損傷和細(xì)胞膜損傷，以及抑制細(xì)胞生長。通過酶去毒性分析試驗(yàn)證明納米銅的毒性效應(yīng)主要由納米銅在溶液中產(chǎn)生的過氧化氫引起。用原子吸收法檢測了納米銅在溶液中的溶解。用新亞銅靈試劑檢測到了納米銅溶液中所產(chǎn)生的Cu(Ⅰ)。亞銅螯合劑與傳感菌株聯(lián)合使用發(fā)現(xiàn)釋放的Cu(Ⅰ)的氧化與過氧化氫生產(chǎn)有著密切的關(guān)系。此外，TEM研究表明納米銅可以快速地吸附在細(xì)

4、胞膜上并被細(xì)胞吞入。相比之下，微米銅顆粒相對穩(wěn)定，幾乎無毒，這表明評估納米材料的毒性具有重要的意義；Cu(Ⅱ)只有在相對高濃度時(shí)才可誘導(dǎo)蛋白質(zhì)損傷、細(xì)胞膜損傷和輕微的DNA損傷。本工作不僅表明銅粒子的生物毒性是粒子尺寸依賴的，而且指出金屬離子的價(jià)態(tài)分析在金屬納米材料的毒性研究中是非常必要的。作為一種簡單的體外生物毒性篩查方法，全細(xì)胞生物傳感器在納米材料毒性快速篩查和初步推斷其毒性機(jī)理方面具有很好的應(yīng)用前景。
　　2.利用全細(xì)胞生物

5、傳感器(包括分別對氧化損傷和DNA損傷響應(yīng)的兩株重組發(fā)光細(xì)菌)研究納米銅與PCP的共存時(shí)的毒性效應(yīng)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明納米銅與PCP共存會(huì)對細(xì)胞產(chǎn)生協(xié)同的氧化損傷和DNA損傷。酶去毒性分析試驗(yàn)和過氧化氫、Cu(Ⅰ)分別與PCP共存的毒性分析證明納米銅與PCP的協(xié)同毒性效應(yīng)與納米銅在溶液中產(chǎn)生的過氧化氫和Cu(Ⅰ)有關(guān)。利用乳酸脫氫酶(lactate dehydrogenase，LDH)法檢測納米銅與PCP對細(xì)胞膜的損傷，發(fā)現(xiàn)二者都會(huì)對細(xì)胞膜產(chǎn)