分子动力学模拟在有机污染物毒性作用机制中的应用

分子动力学模拟(molecular dynamics simulations,MD)是一种基于经典牛顿力学方程的分子模拟方法,常用于研究有机化合物、材料及生物大分子体系,可计算各类体系的宏观性质及各种动力学性质.目前MD模拟逐渐用于研究各类环境污染物与生物大分子的相互作用.通过热力学统计分析污染物与生物大分子的结合模式以及配体结合引起的生物大分子构象变化,能在分子水平上探究污染物的毒性作用机理.基于MD模拟的轨迹文件,采用自由能打分方法可评估污染物与各类受体的结合能力,能够筛选具有特定毒性终点的潜在污染物,从而快速、高通量地进行有机污染物的毒性预测和风险评价.本文介绍了MD模拟的基本原理、常用软件,简述了MD模拟的数据准备和模拟过程,强调了MD模拟的重要细节,进而从污染物与受体生物分子作用角度,重点陈述了MD模拟在研究有机污染物与各类转运蛋白、核受体、代谢酶相互作用中的应用,展望了MD模拟在污染物毒性筛选方面的潜在应用,以期该类方法能更好地服务于污染物的毒性风险评估.     

水生环境中微塑料自身及负载有机污染物的生物富集效应

微塑料广泛存在于水体环境中,由于其具有较高的疏水性而能够负载有机污染物,同时影响它们在生物体内的累积与毒性.目前在微塑料对污染物生物富集过程的作用方面尚有分歧,其根源在于大部分的室内暴露研究往往缺乏对复杂环境介质的考量,而野外场景的模型分析又少了验证环节.生物富集和生物放大效应通常是对于传统污染物而言的,对于微塑料来说暂无明确的界定,本文就此展开详细讨论.本文归纳了野外或室内暴露的不同环境条件下,微塑料在水生生物体内的生物富集特点;分析了影响微塑料生物有效性的关键因素;探索了微塑料对共存有机污染物生物有效性的影响和规律;评估了关键水环境化学因素对微塑料和共存有机污染物在生物体内累积的影响.本文将有助于我们深入认识微塑料在水生生态系统中的累积情况,及其对共存有机污染物在生物体内运移的贡献和可能存在的生态风险,也将为微塑料风险评估及政策导向提供重要依据.     

基于暴露指纹谱构建行业污染识别和风险评估模型

<正>污染物暴露标志物是体内组织、液体或排泄物中可被测量的污染物、污染物的代谢转化产物以及污染物与内源性物质形成的加合物.污染物暴露标志物是连接环境污染暴露和人群健康风险的桥梁. 1991年,美国环境保护署通过《ORD健康生物标志物项目》率先制定了暴露标志物开发、验证和应用的框架,初步构建了可用于人体污染物暴露监测的生物标志物网络.标     

封面说明

<正>随着人工化学品的大量生产及广泛使用,相当一部分化学品在多种环境介质中残留,其暴露对人体健康和生态环境造成潜在危害,因此亟需快速有效评估其风险并诠释毒性作用机理.采用分子动力学模拟可快速研究环境污染物与生物大分子受体的相互作用,分析其结合模式、结合自由能,并研究生物大分子在一定时间尺度内的构象变化,能弥补常规实验     

头发作为环境污染物人体暴露生物检测材料的研究进展

内暴露监测是评估污染物健康风险与健康效应的重要基础.作为血液、尿液等传统内暴露检测材料的替代品,头发凭借其“非侵入性、易获取、能够反映长期暴露”的特点,正日益受到研究人员的广泛关注,目前已被有效应用于污染物过量暴露监测.与此同时,头发作为污染物人体内暴露检测材料仍存在一些不足,如广泛存在且难以完全去除的外暴露污染问题,导致头发中的污染物含量能否真正反映人体内负荷水平仍存在一定争议;头发中污染物的含量受多种因素的共同影响,目前尚难以建立基于健康效应的参考范围.本文从典型重(类)金属元素和有机污染物两个方面,对近年来文献报道的有关头发中环境污染物的检测方法、清洗效果、暴露评估、与内外暴露的相关关系、内外暴露的区分方法以及健康效应与安全阈值等方面的研究进展进行综述,对现有研究结果之间的异同进行总结和分析,对目前存在的瓶颈问题进行梳理和讨论,并对进一步的研究方向进行展望,为进一步拓展头发作为环境污染物人体暴露生物检测材料的应用具有重要的参考意义.     

海岸环境中微塑料污染及其生态效应研究进展

海洋及海岸环境中的微塑料作为一种新型污染物近年来受到广泛关注.通过系统调研,综述了近10年来国际上在海岸环境中微塑料污染及其生态效应方面的研究进展;认为完善高效准确的微塑料分析与鉴定方法,建立可靠的源解析技术和模型仍然是当前海岸环境微塑料研究亟待解决的关键技术难点.同时,基于洋流、潮汐等水动力模型揭示海岸环境微塑料的时空分布规律,结合微塑料表面特性阐明微塑料与毒害污染物结合与释放机制,系统构建微塑料及其复合污染物的生态与健康风险评估的方法学平台和基础数据库将是今后该领域研究的热点.因此,在联系国际前沿科学问题与关键技术难点的基础上,紧密结合海岸带污染特征,未来应重点加强海岸带微塑料污染状况的调查、监测、与其他新型污染物的复合机制、跨营养级生物传递与富集规律、以及管理体系等研究,以提升海岸带微塑料污染的研究水平和监管能力.     

滴滴涕在模拟胃肠中的消化特征及其稳定碳同位素效应

采用体外实验研究了胡萝卜中p, p′-DDT, p, p′-DDD和p, p′-DDE(总称为DDTs)在模拟人体胃肠中的消化特征及其稳定碳同位素效应. 结果表明, 在消化过程中, DDTs从胡萝卜中的释放遵循伪二级动力学过程. 模拟液和胡萝卜基质质量比对释放过程有影响, 比值越高, 释放越多, 两者呈对数关系. 由于模拟液的pH可以影响胃蛋白酶的活性, 对DDTs消化有影响, 但DDTs在胡萝卜中的浓度对消化释放没有影响. 在所有这些过程中, 残留在胡萝卜中的DDTs其同位素不变, 即DDTs在这些消化过程中不会发生同位素分馏. 采用体外实验研究有机污染物在人体胃肠系统消化过程的同位素效应, 为采用体外实验研究生态环境中的食物链示踪提供了新的研究思路.     

环境中微塑料的迁移分布、生物效应及分析方法的研究进展

微塑料由于其粒径小、光降解能力弱等特点,被视为一种潜在持久性有机污染物,是近年来研究的热点.在微塑料的来源、迁移分布、生物效应和分析方法方面,国内外已有大量的研究,但是缺乏对已有近期研究成果的比较系统、全面的综述.因此,本文对近几年来微塑料在自然环境(陆地、淡水和海洋)中迁移分布、生物效应和分析方法方面的研究进展进行了归纳总结:环境中微塑料的来源分为初级微塑料的直接排放和环境中大块塑料的降解;微塑料在环境中迁移主要通过淡水环境在陆地和海洋环境之间双向迁移;当前,微塑料在环境中的分布研究主要集中在海洋环境中,研究证实微塑料通过洋流作用分布于整个海洋;微塑料的生物效应主要分为摄入效应和与有机污染物结合的复合效应,微塑料对生物的潜在健康风险被初步证实;微塑料的分析方法是微塑料相关研究的基础,很多仪器方法(如显微镜检、光谱质谱分析)已经应用到微塑料的分析鉴定之中,一些新的仪器联用技术(如扫描电子显微镜与能谱仪联用、热吸附解吸与气相色谱质谱联用)也被开发出来.今后应加强对陆地和淡水环境中微塑料的分布、生物效应以及对人体健康影响的研究,并发展更为准确的微塑料定性定量分析方法.本文为微塑料的污染防治提供了较为系统的参考资料,也为该领域的研究、发展提供了可借鉴的思路.     

电力系统风险评估综述

文中分别从元件级风险评估和系统级风险评估进行了论述,并提出了基于各自方面评估的概念、步骤、方法以及研究状况和具体应用,阐述了风险评估的研究思路;接着介绍了电力系统风险评估中的方法和各自的优缺点和具体应用情况,最后指出了电力系统风险评估的发展趋势.     

环境中金属纳米材料分离及测定方法研究进展

金属纳米材料因其大量生产和广泛使用而不可避免地会释放到环境中,给生态环境和人体健康造成潜在的负面影响.发展环境样品中金属纳米材料高效灵敏的分析测定方法,对于研究其在环境中的分布、转化、归趋、效应和生物安全性具有重要意义.研究表明,金属纳米材料组成、结构、形态和粒径分布等显著影响其环境过程和生物效应.因此,与传统的污染物分析不同,金属纳米材料分析不仅需要测定其化学组成和浓度,还需表征其粒径、形貌和表面电荷等.本文综述了近十年来关于环境中金属纳米材料的分离及测定的相关手段和方法,主要包括痕量金属纳米颗粒的萃取富集方法以及不同粒径纳米颗粒和相应金属离子的分离方法,并展望了发展前景.     

面向工业废水处理的催化电极及燃料电池耦合体系

随着我国工业化水平的提高,工业废水的高效节能处理成为废水资源化与能源化进程中的重点和难点.工业废水中常含有难降解或有毒的有机污染物,水质复杂、可生化性差,采用传统废水处理技术(生物法、物化法等)难以实现高效处理和达标排放,残留毒物排入水体带来环境生态风险.电化学技术借助电场作用产生强氧化性物质,氧化去除难降解有机污染物,但去除效率较低、能耗及运行成本较高,限制了其在实际废水处理中的应用.高活性催化电极在结构、形貌、组成的优化进展,为构建以难降解污染物为燃料的新型燃料电池及废水处理体系提供了新的可能.本文围绕催化电极及燃料电池废水处理体系,综述了新型电极材料的制备、优化,探讨了基底、活性成分及其负载方式对催化电极和体系性能的影响;归纳了基于光催化燃料电池和微生物燃料电池的污染物催化降解及实际或模拟废水处理体系的研究进展,并对该类耦合体系的规模化应用作了展望.新型催化电极的开发和耦合燃料电池体系的优化设计,有望推动该技术在高效、节能实际(工业)废水处理中的应用.     

生物气溶胶的昨天、今天和明天

生物气溶胶在环境与健康、大气环境、生物反恐、传染病、公共卫生、生态环境、气候变化以及食品安全等方面均有重要影响.过去10年,国内外生物气溶胶领域研究方向、研究对象、研究人员发生了巨大变化.例如,从事大气化学研究专家学者也陆续开展生物气溶胶研究等.生物气溶胶的研究手段也日新月异,其中新型生物气溶胶监测技术、捕获系统、各种生物传感器、微流控技术以及高通量测序等技术使得科学界对空气中的微生物有了更多新的认识.人体生物气溶胶排放与室内微生物健康效应等成为了当前研究热点之一,包括对大气颗粒物的氧化潜势的影响.由气溶胶传播导致的呼吸系统感染仍然是危害人类生命的一大杀手,特别是对于低龄儿童.呼吸道病原体的快速高通量筛查目前已取得了重要进展,然而病原体在空气中的传播致病机理、大气污染对其活性的影响、有效传播距离等依然存在争议.局部地区军事冲突风险加剧,生物气溶胶形式的大规模杀伤性武器的使用风险也在升高.此外,空气中耐药基因成为新一类生物污染物,其传播也得到了广泛的关注.通过集成空气采集、微流控以及多种生物传感器,科学界在生物气溶胶的实时在线甄别、生物预警方面迈出了重要的一步.呼出气生物气溶胶也越来越被用来研究疾病的早期诊断筛查,其中在医院环境中传播导致的感染受到特别关注.在生物防护与灭活控制方面,如低温等离子体与纳米材料滤膜的研究,科学界也取得了进步.该综述对生物气溶胶的过去、现在以及未来发展态势和前沿研究方向进一步凝练、讨论,指出存在的科学问题与技术挑战.未来通过进一步加强多学科的交叉合作,包括军民融合,有望使得生物气溶胶的研究迈上新的台阶.     

生物油燃烧与污染物排放特性的数值模拟

应用CFD(computational fluid dynamics)软件FLUENT对实验室自砌小型窑炉装置内生物油的燃烧进行三维数值模拟.获得了炉膛流场、温度场、组分分布、火焰形状及污染物排放的详细信息,揭示了炉膛内部流动、燃烧及传热传质过程的特点.对不同过量空气系数下生物油的燃烧进行数值模拟,结果表明,随着过量空气系数的增加,炉膛内最高温度减小,燃烧区域增大,尾气中CO的浓度减小,但NO的浓度增加.模拟结果与试验数据吻合良好,验证了模型的可靠性,为燃烧工况的优化设计和污染物的控制提供了一定的依据.     

探讨室内空气中VOCs的采样及检测方法

挥发性有机化合物VOCs(Volatile Organic Compounds)是多种有机物的总称.室内空气中的挥发性有机化合物(VOC)对室内环境的污染日渐严重,对人体的健康也造成了危害,文章对室内空气污染物的监测、采样进行了分析.     

生物炭环境应用过程中的生态和健康风险研究进展

近年来,生物炭在改良土壤、提高土壤肥力、吸附去除土壤污染物以及固碳减排等多个领域中均表现出极大潜力并引起科学研究者的广泛关注,但是生物炭的大量施用可能会带来许多潜在风险.本文系统综述了近年来国内外关于生物炭在环境应用方面的研究报道,重点讨论了生物炭在土壤改良、环境污染修复和应对全球气候变化中的应用价值和现实意义.同时总...     

编者按

作为21世纪最具发展潜力的新技术之一, 纳米技术将在环境污染防治领域发挥十分重要的作用. 由于纳米材料具有比表面积大、反应活性高和流动性强等特点, 被成功用于环境污染物的分析测定、去除和降解等, 为解决环境污染监测和治理等技术难题提供了新的有效途径. 然而, 纳米材料将随着其广泛应用而释放到环境中, 由此产生一系列的环境健康问题. 2003年4月以来, Nature和Science等杂志发表了多篇文章, 提出纳米材料与纳米技术的生物和环境安全性问题. 美国环境保护局(EPA)于2007年就纳米技术的环境问题发表了《纳米技术白皮书》, 指出不仅要研究纳米技术的环境应用, 还要关注纳米材料自身对环境和人体健康所带来的直接负面效应, 以及纳米材料对环境中共存的污染物的暴露、迁移和转化等环境过程和毒性效应的影响, 科学评价纳米材料的环境风险.     

湖水净化研究进展

本文介绍了湖泊治理的研究进展.介绍了传统的物理、化学、生物等技术,提出利用太阳光中的紫外辐射的光化学方法.认为利用太阳能激发光催化剂和臭氧来处理湖水中的污染物,是一种新兴的、有效的水处理技术.尽管以日光能为驱动力的高级氧化技术在总体上尚处于实验研究阶段,但是有良好的应用前景.     

大气颗粒物生物化学组分的促炎症效应研究进展

大气污染物暴露与呼吸系统疾病、心脑血管疾病、神经退化性疾病之间的关系,已被大量流行病学和基于动物、细胞的毒理学所确认.促炎症效应是污染物尤其是颗粒物影响健康的重要机制之一.然而,颗粒物通过何种过程引起炎症效应,哪些组分是促炎症效应的关键因子,依然不清楚.多环芳烃、重金属等化学组分对颗粒物促炎症效应的贡献已有大量报道.细菌、真菌、病毒、花粉等微生物及其碎片构成的生物气溶胶,基于其配体特征,在激活免疫系统引起炎症反应方面有独有的"优势".但由于对生物气溶胶进行在线监测分析有较大困难,导致缺乏对其种类、浓度等特征的全面了解,从而限制了对颗粒物中生物组分促炎症效应的认识.本文简单总结了大气颗粒物的促炎症效应,从炎症效应机制、不同组分的炎症效应及生物化学组分协同作用3个方面进行了归纳,并提出了开展大气污染健康效应研究的几点新的研究思路和方向建议.     

电力系统风险评估综述

文中分别从元件级风险评估和系统级风险评估进行了论述,并提出了基于各自方面评估的概念、步骤、方法以及研究状况和具体应用,阐述了风险评估的研究思路;接着介绍了电力系统风险评估中的方法和各自的优缺点和具体应用情况,最后指出了电力系统风险评估的发展趋势。     

聚焦室内新污染物,关注下一代健康

<正>新污染物主要包括持久性有机污染物、内分泌干扰物、抗生素和微塑料等4大类,对生态环境和人体健康构成重要威胁,已成为全球关注的重大公共卫生问题^[1].新污染物通常被称为蓝天、白云、绿水、净土背后的污染,因此室外环境新污染物成为关注与研究的焦点.实际上,新污染物在室内分布非常广泛^[2]: