典型人工纳米材料对水生生物的毒性效应.pdf

崔悦，谢静，姜宾，鲁晶３，田胜艳，一，朱小山

（１．天津科技大学海洋与环境学院天津市３００４５７；２．天津市海洋资源与化学重点实验室天津市３００４５７；
３．清华大学深圳研究生院海洋科学与技术学部深圳市５１８０００）

摘要：纳米技术是近年来迅速发展起来的前沿科技领域，人工纳米材料（Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄｎａｎｏｍａｔｅｒｉａｌｓ，
简称ＭＮＭｓ）具有尺寸小、表面积大、表面能高、表面原子所占比例大等特点，因而其具有独特的三大效
应：表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应等，使得其强度、韧性、比热、催化能力、导电率、扩散
率、磁化率、光学、电磁波吸收性能等方面均优于普通材料。因而其被广泛的应用于材料、生命、环境、
能源和国家安全领域。然而，随着其日益增加的产量和广泛应用，ＭＮＭｓ不可避免地在其整个生命周期过
程（生产、贮存、运输、消费、处置或回收再生产）中被泄露到环境中。这些具有特殊物理化学性质的
ＭＮＭｓ进入环境后，是否会导致特殊的毒性作用，从而给生态系统带来难以预料的影响，其潜在的环境效
应和健康风险日益受到研究者的关注。ＭＮＭｓ可以有多种途径进入海洋，本文为了探究ＭＮＭｓ进入海洋生
态系统后，会对水生生物造成什么样的毒性影响，主要通过典型人工纳米的生物毒性，人工纳米材料的放
大和积累与人工纳米材料与其他污染物共存的影响这３个方面重点论述了典型人工纳米材料对水生生物的
毒性效应。
关键词：纳米材料；环境效应；健康风险

每年估计有４０００～６０００ｔ的防晒剂被排入到
１人工纳米材料进入海洋环境的途径沿岸海域，ＭＮＭｓ则是防晒剂的重要组分，进人
海洋环境后，可能在水体中分散并稳定存在或因
河口和近岸海洋环境是多数污染物的汇集团聚而沉降到底泥中；同时，由于ＭＮＭｓ所具
地，也是ＭＮＭｓ的蓄积地＿】１。ＭＮＭｓ可以通过多有的特殊物理化学性质，如高比表面积等，使其
种途径进入河口或者近岸海洋，首先最常见的是容易吸附环境中的其他污染物，并随着ＭＮＭｓ在
工业生产和生活废水排放、港口装卸也可能导致水中悬浮、团聚和沉降从而影响其他污染物在水
ＭＮＭｓ在港口海域的泄露和累积；废弃物（纳米中的迁移、归趋和生物效应。
垃圾，含ＭＮＭｓ废物、ＭＮＭｓ港口疏浚泥）的海研究已证实ＭＮＭｓ对生物存在一系列的毒性
洋倾倒［２１；其次ＭＮＭｓ也可被雨水冲刷和河流输机制，而影响纳米材料生物毒性的因素，也包括
送进入河口、湖泊、海洋，含纳米材料的织物在理化性质（如颗粒大小，表面积，机构，结合状
洗涤过程中会释放出纳米颗粒，建筑物外墙涂料态，表面修饰情况等）、暴露途径、实验动物种
也会因此释放出纳米颗粒从而进入水体，以及大类、细胞种类、试验方法、接触剂量以及接触方
气沉降等均可导致ＭＮＭｓ进入河口或海洋［３１。式等［５－６１。而且由于其吸附性，ＭＮＭｓ会吸附现有

收稿日期：２０１７—０２—０３
污染物形成的复合物，体现ＭＮＭｓ的毒性效应和内蓄积，并对损伤机制进行深入研究【圳。
吸附态污染物的毒性效应，抑或是产生其他的复２．２纳米氧化锌（ｎＺｎＯ）的生物毒性
合毒性效应ｌ７＿。因此为保障生态环境安全性，有在纳米材料毒性效应研究中，大多数研究都
必要对纳米材料及其吸附态污染物在海洋环境的记录了生物的毒性效应和产生这些效应的纳米材
毒性效应进行阐述。料浓度等。Ｈｅｉｌａａｎ报道了ｎＺｎＯ（５０—７０ｎｍ）对Ｄ．
ｍａｇｉｔａ（大型蚤）的４８ｈＬＣ５０是３．２ｍｇ／Ｌ。Ｘｉ—
２人工纳米材料的生物毒性ａｏｓｈａｎＺｈｕ等研究了ｎＺｎＯ对斑马鱼胚胎的毒性，
发现９６ｈＬＣ５０为１．７９ｍｇ／Ｌ，对孵化率８４ｈＥＣ５０
２．１纳米二氧化钛（ｎＴｉＯ：）的生物毒性为２．０６ｍｇ／Ｌ。而对于大型鱼类鲫鱼（Ｃｒｕｃｉａｎｃｒａｐ），
水环境中释放的ｎＴｉＯ可阻碍鱼腥藻（Ａ一有研究发现５０ｍｇ／Ｌ的纳米氧化锌试液并没有引
曲ｅ口）细胞的固氮活性，并有可能影响重要的生起鱼的死亡【ｌｌ１。
物地球化学过程，如碳、氮循环。进入水环境的经过２１ｄ的暴露实验观测到，不同ｎＺｎＯ浓
ｎＴｉＯ经日光照射或者紫外线照射后将破坏绿藻度组中的锦鲫（Ｂｒｏｃａｄｅｄｃｒｕｃｉａｎ）体内均检测出显
（Ｃｈｌｏｒｅｌｌａ）、刚毛藻（Ｃｌａｄｏｐｈｏｒａ）、项圈藻ｎ—著升高的锌含量，而且与浓度呈正相关。在不同
ａｂａｅｎａｓｐ．）、微囊藻（Ｍｉｃｒｏｃｙｓｔｉｓ）、直链藻浓度下，锦鲫体内的锌含量顺序为：肠道＞眼＞鳃
（Ｍｅｌｏｓｉｒａ）的细胞结构，降低其光合作用，抑制＞肝脏＞脑＞性腺＞肌肉。肠道和鳃是鱼类重要
其生长。藻类长期暴露在ｎＴｉＯ：环境中，细胞循的吸收营养元素、与外界进行物质交换的重要器
环进程延缓，基因组分离复制出现异常，导致染官实验中发现锦鲫排泄出大量白色粪便，说明
色体不稳定和