人造纳米材料生物安全性研究进展

纳米材料具有独特的物理化学性质,如小尺寸效应、巨大比表面积、极高的反应活性、量子效应等,这些特性使纳米科学成为当今世界三大支柱科学(生命科学、信息科学、纳米科学)之一.随着纳米技术的产业化, 各种形式的纳米尺度的物质已经以不同途径进入人们的生活,纳米材料的生物安全性问题正受到世界各国科学家的广泛关注.介绍纳米材料生物安全性研究的重要性,系统讨论本课题组在纳米金属氧化物和碳纳米材料生物安全性研究领域的一系列成果,并展望将来的研究重点.     

土壤中纳米材料毒性效应的研究进展

系统评述了纳米材料对土壤中微生物、植物和动物的毒性效应，总结了纳米材料在食物链的富集和毒性效应中的研究情况，归纳了纳米材料对土壤生物的毒性机制，包括氧化应激、毒性金属离子释放和物理接触等．阐述了影响纳米材料毒性效应的主要因素自身理化性质和环境因子．针对目前纳米材料在土壤毒性效应研究中面临的主要问题，对今后纳米材料的研究方向，如食物链水平的毒性效应、模型弥补实验方法的不足、复合和长期毒性效应等，做出进一步的展望．      

细胞自噬与炎症反应相互作用的研究进展

细胞自噬是维持细胞内环境自稳的一种自我保护机制,是由溶酶体介导的降解细胞内受损的蛋白质或者细胞器的代谢过程。细胞自噬与炎症反应密切相关,模式识别受体Toll样受体的激活能够诱导细胞自噬的发生,而细胞自噬又对炎症反应有调控作用。同时细胞自噬与抗感染免疫密切相关,而细胞自噬的缺损是诱发炎症反应和炎症性疾病的一个重要因素。本文简要综述细胞自噬与炎症反应的相互作用,为研究细胞自噬调控炎症反应的机制提供参考。     

微(纳米)塑料对淡水生物的毒性效应

微塑料和纳米塑料逐渐成为人们研究探讨的热点.在自然条件下,直径小于5 mm的塑料碎片(微塑料)可以进一步被降解为纳米级别(纳米塑料).微塑料和纳米塑料的粒径较小,很容易随着食物链富集,从而进入生物体内,甚至存在于人体内.微(纳米)塑料的化学性质稳定,可以在环境中长期存在,对环境造成一定的不良影响.本文主要综述了微(纳米)塑料对淡水环境的影响,包括微(纳米)塑料的来源和分布情况,微(纳米)塑料对淡水生物生长发育、繁殖、行为以及进入淡水生物体内或进一步进入生物体内各组织中对机体产生的毒性效应.     

斑马鱼在纳米毒理学研究中的应用概述

随着纳米科技的发展,纳米材料的应用愈加广泛,其环境排放量日益增大,因此环境中纳米材料的生态安全与健康风险越来越受到重视.在毒理学研究应用上,斑马鱼(Danio rerio)作为模式生物的优势十分明显,本文对此进行了总结.然而,如何利用不同生长阶段的斑马鱼对纳米材料进行毒理学研究还在探索之中,相关研究尚集中于毒性终点的描述,致毒机制的挖掘还不够深入,毒性评价还未成体系且缺乏规范.已有研究表明,纳米材料的物理化学特性(例如化学组成、尺寸、形状、表面性质和溶解特性)对斑马鱼毒性效应的影响显著,归纳分析了近十年来的相关研究成果.最后对斑马鱼的纳米毒理学最新研究进展进行归纳汇总,介绍目前这方面研究的难点与空白,并对斑马鱼纳米毒理学的未来研究进行展望.     

蛋白冠的形成及其对纳米颗粒生物效应的影响概述

纳米颗粒被广泛应用于社会生活的各个领域,其生物效应亟须研究.一旦纳米颗粒与生物体液接触,其表面会迅速吸附一层蛋白质分子(蛋白冠),从而使得纳米颗粒具有了新的生物学特性.不同于体外环境,含有蛋白冠的纳米颗粒才是它们在生物体内的真实状态.纳米颗粒的理化特性(例如粒径、形状、表面修饰等)可以影响蛋白冠的组成.与此同时,外界环境条件(例如培养基组成、培养时间、温度、pH等)也是影响蛋白冠组成的重要因素.蛋白冠的存在会影响纳米颗粒和生物体间的相互作用,改变纳米颗粒的生物吸收、生物分布以及生物毒性.尽管如此,不同蛋白质分子与纳米颗粒表面特异性结合的内在机制目前尚不清楚,同时生物体内蛋白冠-纳米颗粒复合体的动态变化研究手段还较少,这些都是未来需要解决的问题.     

CuO纳米颗粒对鲤鱼的急性毒性作用研究

随着纳米材料的广泛应用,纳米颗粒可以通过许多途径进入水生生态系统并对其中的生物产生潜在的影响,最终对人类的健康产生危害。CuO纳米颗粒对水生生物食物链上主要的代表生物均有毒性。CuO纳米颗粒(10nm)对鲤鱼的96h急性毒性作用研究表明,CuO纳米颗粒对鲤鱼的毒性随浓度的增加而增加,但其毒性作用不明显。鲤鱼暴露于CuO纳米颗粒之后会发生行为异常,主要表现在浮力控制异常、活性降低和粘液分泌增加。     

纳米银生物学效应研究进展

综述了纳米银毒理学和生物效应方面的研究进展.通过分析纳米银的理化特性、进入人体途径以及在呼吸道、皮肤和胃肠道暴露途径下纳米银与组织的相互作用,认为在开发应用纳米银产品的同时更应关注可能产生的负面生物效应,并提供完整且符合实际的毒理学评价资料.国内外学者对纳米银细胞毒性的研究结果显示,纳米银可与蛋白质和酶的巯基发生反应,引起细胞线粒体功能损害、膜渗透及细胞形态的凋亡样变化,其毒性机制尚未阐明,可能是由于氧化应激及脂质过氧化介导所致.因此,在加强纳米银毒理学和生物效应研究的同时,应建立评价纳米产品生物安全性的标准方法及评价体系,关注可能导致的环境问题,深入研究纳米银引起的特殊生物环境效应.     

嗜热链球菌为模板制备银微米球及其电化学性能

以生物体作为模板制备微纳米材料是一种融合了生命科学和材料科学而发展起来的制备纳米材料和纳米结构的新方法.大部分生物模板具有廉价易得、环保无毒等优点.使用乳酸菌种属中的嗜热链球菌作为模板,以抗坏血酸作为还原剂,制备了银微球.扫描电镜测试表明银微球直径约为0.88².0μm.改变反应条件可以调控所制备的银微球的大小.循环伏安分析表明使用银微球修饰的玻碳电极对对苯二酚具有电催化作用,有利于对苯二酚的检测,且直径较小的银微球对对苯二酚的检测更加有利.     

关于我国纳米生物效应与安全性研究的思考

<正>我国纳米生物效应与安全性研究现状进入21世纪,我国开始高度关注纳米生物效应与安全性的研究。2001年11月,中科院高能物理所完成了"关于纳米尺度物质生物毒性的研究报告"。2005年4月,首批《纳米材料技术标准》正式实施,成为促进纳米技术进一步安全发展的关键。     

Autophagy as new emerging cellular effect of nanomaterials

The biosafety issue of nanoscale materials is getting more and more attention with their increasing manufacture and application.In the research of cellular effects and underlying mechanisms related to toxicity of nanomaterials,most emphasis were placed on processes such as apoptosis,metabolic inhibition and oxidative stress.Recent evidence suggests that autophagy is part of the biological effects by nanomaterials and various kinds of nanomaterials are capable of disturbing the autophagic process.This review will highlight the importance of autophagy as an emerging mechanism of nanomaterial toxicity and the implication in the therapy of autophagy-related diseases.We summarize current research status of interaction between nanomaterials and autophagic pathways.It is of note that nanomaterials can either induce or block autophagy,which result in similar phenotype but completely different biological consequence.It is therefore important to perform comprehensive analysis of the whole autophagic flux in the future research.     

纳米材料对水中病原微生物的控制研究进展

 近年来,水资源的微生物安全性逐渐引起关注,传统的消毒技术（如氯消毒、紫外消毒）已不能满足社会发展的需求,纳米材料的迅速发展为水中病原微生物控制技术的革新提供了良机。本文综述了近年来利用零价金属纳米材料（如银、铁）、金属氧化物纳米材料（如二氧化钛）和碳基纳米材料（如碳纳米管）等纳米材料控制水中病原微生物的研究现状,分析了纳米材料去除水中病原微生物的机理,从纳米材料自身特性（如尺寸、化学组成、化学结构和表面修饰等）、微生物（如微生物种类、微生物初始浓度等）和环境条件（如pH值、溶解氧等）3个方面阐述了影响纳米材料去除水中病原微生物的主要因素,指出了纳米材料在去除病原微生物的应用中存在的问题,展望了纳米材料在水中病原微生物去除方面的发展方向。     

三维TiO2纳米材料的制备及其光电性能的研究

采用溶剂热法,在环己烷-水体系中通过控制温度,在环己烷-水的液-液界面获得了由一维纳米棒组装而成的3种不同形貌的三维（3D）TiO2纳米材料,并对其组装的染料敏化太阳能电池（DSSC）的光电性能进行了分析。研究结果表明,温度对3DTiO2纳米材料的形貌有很大的影响,在60℃时,一维（1D）纳米棒只是组装成简单的3D球状结构;当温度升高至90℃和120℃时,形貌发生了明显的变化,球状结构转变为花状结构;当温度升高至150℃时,获得了海胆型形貌。由于形貌和粒径的影响,3DTiO2纳米材料对光的吸收能力以及比表面积均有明显地变化,从而导致其组装的DSSC的总光电转换效率差异很大,3D海胆型TiO2纳米材料组装的DSSC的总光电转换效率最大。     

纳米材料/环氧复合涂层的耐蚀性能研究进展

结构保护法、保护层法、防护层材料法、电化学保护法和介质处理法等是金属防腐蚀的主要方法,在诸多缓蚀方法中,防护层材料法是一种经济高效且广泛使用的防腐方法。环氧树脂是一种高效的防护层材料,需经过常温固化或加热固化后使用。然而,其固化过程存在的微孔会弱化环氧涂层的耐蚀性。将纳米材料加入环氧树脂中形成环氧树脂复合涂层,可填补环氧涂层中的微孔,提升环氧涂层的防腐效率。首先,详细讨论了影响纳米材料/环氧复合涂层耐蚀性能的因素,探讨了纳米材料/环氧复合涂层的防腐机理。其次,简要介绍了用于环氧涂层的2种纳米材料（石墨烯和金属有机框架材料）,总结了石墨烯和金属有机框架材料的改性和修饰方法。最后,从树脂成分、填料成分、机理探究以及开发自愈合涂层等方面对纳米材料/环氧复合涂层应用存在的问题和发展前景进行了展望,提出纳米材料/环氧复合涂层是一种长期防护金属免受腐蚀的方法,未来应致力于研发用于环氧涂层的二维和三维材料。     

2019年微纳米力学热点回眸

 微纳米尺度下材料的力学性能与样品的尺寸和表界面等物理量密切相关，因此纳米材料的力学性能可以在很大范围内进行高效的调节，使得纳米材料能够拥有超轻、超硬、以及高断裂强度和高韧性等卓越的力学性能。从尺度缺陷效应和生长机理、屈曲机理分析和应用、界面力学性能和应用、生物和软物质力学性能、软体机器人、机器学习等方面盘点了微纳米力学2019年取得的研究成果。     

无机纳米颗粒在植物转化中的应用

随着纳米生物技术的发展,基于纳米材料构建基因载体的植物转基因技术,逐渐成为一类具有划时代意义的创新性高效植物转基因技术。笔者综述了羟基磷灰石、硅、碳纳米管、量子点、磁性纳米颗粒等无机纳米颗粒在植物转化中的应用,并比较了这些纳米载体的优势及存在的问题。分析认为,不同纳米材料对受体植物细胞的影响、纳米材料及其构建的载体入胞机制等基础理论问题迫切需要进一步阐明,入胞途径的细胞生物学和生理生化过程需要进一步实证,开发可定向输送目的基因到特定细胞或细胞器的安全高效新载体、目的基因的高效释放和功能激发等,将是未来一段时间内纳米植物生物技术研究的主要方向。     

纳米材料生物安全性研究进展

初步归纳了国外对纳米材料,如纳米颗粒、碳纳米管、纳米聚四氟乙烯、碳颗粒、固体脂质纳米颗粒、包覆DNA的纳米颗粒、半导体量子点等的毒性研究;同时也介绍了国内对磁性纳米材料、硅壳类纳米材料、齿科桩钉用纳米SiO2／S-Gf／EAM复合材料等的毒性研究进展．如下几个方面应引起重视：由于粒径减小造成的毒性增强;材料外包被和性质的改变带来的毒性变化;不同染毒方式造成的毒性差异;纳米材料的毒性作用机制等．     

掺杂Cu2O 纳米粒子的近晶相液晶显示器件的电-光特性

驱动电压的大小是液晶显示器件的重要指标,关系到产品的制造成本、能耗和安全性及实用性. 近年来,为了使液晶显示器件达到驱动电压更低、响应更快、色彩更鲜明、画质更好、更节能等要求,研究者将目光转向液晶/纳米复合技术.纳米粒子与液晶复合,在不破坏液晶原有结构的同时,将纳米材料的自身特性融入到液晶中,从而有效改善液晶的特性.研究发现,半导体纳米粒子在外加电场作用下能够产生极化电场,且无极化疲劳现象,可以有效改善液晶电光性能.本课题组选用Cu2O半导体纳米粒子作为掺杂剂掺杂于近晶相液晶8CB中,研究其对液晶电-光性能的影响.研究发现,Cu2O纳米粒子表面的正电荷能够增强其与液晶分子间的偶极作用,产生的局域电场加速了液晶分子的转动,降低了阈值电压,极大地改善了近晶相液晶的电光性能.     

硒对水生生物双重生物效应研究进展

硒是动物体必需的微量元素,但是硒含量过高或过低均可对生物体产生毒性效应. 文章阐述了硒在生物体内硒蛋白、抗氧化、免疫系统中的有益性及作用机制;总结了硒对水生生物氧化胁迫、胚胎畸形发育、母体传递等毒性效应机制;讨论了影响硒双重生物效应的因素. 通过综述近年来微量元素硒在水生生物体内（特别是鱼类）的双重生物效应,以及影响硒双重生物效应的关键因素等,进一步解析了硒在水生生物体内的累积、代谢、转化与复杂生物效应的关系,并为今后硒双重生物效应的深入研究和科学补硒提供科学依据.