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聚苯乙烯纳米塑料的生物学效应及其毒性机制研究进展

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环境与职业医学 2023年第6期40卷 728-736页

作者：步文霞赵新元王晓珂唐娟南通大学公共卫生学院江苏南通226019

随着聚苯乙烯纳米塑料(PS-NPs)被广泛应用于工业、制药和消费品的包装材料及医疗产品领域,PS-NPs对生物产生的健康效应得到越来越多的关注。因此,从生物学作用机制角度,对体内外实验研究进行文献综述很有必要。本文综合国内外最新研究成... 详细信息

随着聚苯乙烯纳米塑料(PS-NPs)被广泛应用于工业、制药和消费品的包装材料及医疗产品领域,PS-NPs对生物产生的健康效应得到越来越多的关注。因此,从生物学作用机制角度,对体内外实验研究进行文献综述很有必要。本文综合国内外最新研究成果,介绍了PSNPs在细胞毒性实验中的特性及其细胞内化情况,并总结了PS-NPs对线粒体、溶酶体、蛋白质和DNA等细胞毒性靶点的影响。另外,从理化性质和作用细胞类型这两个方面分析了PSNPs作用效果的影响因素,讨论当前细胞毒性机制及生物学效应研究热点,为PS-NPs的健康风险防控和生物安全性评估提供参考依据。

关键词：聚苯乙烯纳米塑料细胞毒性氧化损伤自噬溶酶体

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聚苯乙烯纳米塑料-植物蛋白冠的形成与特征

生物工程学报 2023年第3期39卷 1188-1201页

作者：孟凡松喻燕妮张秋歌赵常悦杨雯雯栾亚宁戴伟北京林业大学林学院森林培育与保护教育部重点实验室北京100083

为探究聚苯乙烯纳米塑料-植物蛋白冠的形成过程以及蛋白冠的形成对植物可能造成的影响,本研究选用3种平均粒径为200nm不同表面修饰的聚苯乙烯纳米塑料微球和新几内亚凤仙(Impatiens hawkeri)为对象,将3种聚苯乙烯纳米塑料分别与新几内... 详细信息

为探究聚苯乙烯纳米塑料-植物蛋白冠的形成过程以及蛋白冠的形成对植物可能造成的影响,本研究选用3种平均粒径为200nm不同表面修饰的聚苯乙烯纳米塑料微球和新几内亚凤仙(Impatiens hawkeri)为对象,将3种聚苯乙烯纳米塑料分别与新几内亚凤仙的叶蛋白提取物进行反应,反应时间分别为2、4、8、16、24、36 h。利用扫描电镜(scanning electron microscopy, SEM)观察其形貌变化,原子力显微镜(atomic force microscopy, AFM)进行表面粗糙度测定,使用纳米粒度和zeta电位分析仪测定水合粒径及zeta电位,液相色谱-串联质谱(liquid chromatography-tandem mass spectrometry, LC-MS/MS)鉴定蛋白冠的蛋白成分。从生物学过程、细胞组分以及分子功能3个方面对蛋白进行分类,研究不同表面修饰的纳米塑料对蛋白的吸附选择,探究聚苯乙烯纳米塑料-植物蛋白冠的形成与特征,预测蛋白冠对植物造成的可能影响。结果表明:随着反应时间增加,纳米塑料的形貌变化越发明显,表现为尺寸和粗糙度的增加和稳定性的增强,由此证明了蛋白冠的形成;在相同蛋白浓度条件下,3种聚苯乙烯纳米塑料与叶蛋白形成蛋白冠的过程中,由软蛋白冠到硬蛋白冠的转化速度基本一致;在与叶蛋白进行反应时,3种纳米塑料对不同等电点和分子量蛋白的吸附选择存在差异,最终形成的蛋白冠的粒径和稳定性也存在差异,氨基修饰纳米塑料对蛋白质的吸附能力更强,形成的硬蛋白冠的稳定性强于羧基修饰纳米塑料和无修饰纳米塑料;由于蛋白冠的蛋白组分中很大一部分参与植物的光合作用,由此推测,蛋白冠的形成可能对新几内亚凤仙的光合作用产生影响。

关键词：聚苯乙烯纳米塑料新几内亚凤仙叶蛋白蛋白冠液相色谱-串联质谱

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聚苯乙烯纳米塑料与铅胁迫对菠菜种子萌发和幼苗生长的影响

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中国生态农业学报（中英文） 2023年第6期31卷 967-975页

作者：郭琳琳俎敬美王晶晶谌柄旭沧州师范学院生命科学系沧州061001 大连大学生命健康学院大连116622 沧州环创环保技术服务有限公司沧州061001

微塑料作为一种新型环境污染物,对生物体和自然环境的负面影响受到广泛关注,而微塑料与重金属复合污染对于蔬菜作物影响的研究却少有报道。为探讨聚苯乙烯纳米塑料(PSNPs)、铅(Pb)及其复合污染对菠菜种子萌发和幼苗生长的影响,研究了菠... 详细信息

微塑料作为一种新型环境污染物,对生物体和自然环境的负面影响受到广泛关注,而微塑料与重金属复合污染对于蔬菜作物影响的研究却少有报道。为探讨聚苯乙烯纳米塑料(PSNPs)、铅(Pb)及其复合污染对菠菜种子萌发和幼苗生长的影响,研究了菠菜种子和幼苗分别暴露于200~1600 mg·L^(-1)PSNPs、5~100 mg·L^(-1)Pb及其复合溶液后发芽率、发芽势、发芽指数、根长、芽长,超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性,及可溶性蛋白含量的变化。结果表明,相比于空白对照组,单一PSNPs(≥400 mg·L^(-1))胁迫会显著降低种子的发芽率、发芽势和发芽指数,低浓度的PSNPs(200 mg·L^(-1))促进菠菜种子根、芽的伸长,高浓度(1600 mg·L^(-1))的PSNPs胁迫显著抑制SOD、POD的活性,虽然不同浓度的PSNPs均会增加可溶性蛋白的含量,但仅在400 mg·L^(-1)和800 mg·L^(-1)浓度组显著高于对照组。单一的Pb(≥25 mg·L^(-1))胁迫抑制菠菜种子的萌发,降低SOD的活性,而提高POD活性和可溶性蛋白的含量。PSNPs-Pb的复合污染表明,相比于Pb单一胁迫,PSNPs与Pb复合污染对菠菜种子的萌发起拮抗作用,降低了Pb单独胁迫对种子萌发的抑制作用;而PSNPs-Pb复合污染对菠菜幼苗的影响主要是低浓度(200 mg·L^(-1))PSNPs与Pb二者表现为协同作用,高浓度(800 mg·L^(-1))PSNPs与Pb复合污染加重了对菠菜幼苗的毒害,主要表现为SOD和POD活性的显著降低。研究表明,PSNPs能够缓解Pb对菠菜种子萌发的抑制作用;低浓度PSNPs(200 mg·L^(-1))与Pb对菠菜幼苗的影响表现为协同作用,而高浓度(800 mg·L^(-1))PSNPs与Pb对菠菜幼苗主要表现为拮抗作用。

关键词：聚苯乙烯纳米塑料铅菠菜种子萌发幼苗生长

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聚苯乙烯纳米塑料暴露对小鼠肠道免疫的影响

生态毒理学报 2022年第3期17卷 277-283页

作者：贾田江陈怡张俊波李奡黄沛力首都医科大学公共卫生学院北京100069 环境毒理学北京市重点实验室北京100069 首都医科大学基础医学实验教学中心医学机能学教学实验室北京100069

纳米塑料(NPs)的生态风险评估和潜在毒性效应研究正在逐步成为全球公共卫生领域关注的热点。本研究探究聚苯乙烯纳米塑料(PS NPs)对小鼠肠道免疫的影响,将40只雌性BALB/c小鼠随机分为4组,每组10只,分别为对照组、0.5 mg·kg^(-1)(以体... 详细信息

纳米塑料(NPs)的生态风险评估和潜在毒性效应研究正在逐步成为全球公共卫生领域关注的热点。本研究探究聚苯乙烯纳米塑料(PS NPs)对小鼠肠道免疫的影响,将40只雌性BALB/c小鼠随机分为4组,每组10只,分别为对照组、0.5 mg·kg^(-1)(以体质量计)染毒组、5 mg·kg^(-1)染毒组和50 mg·kg^(-1)染毒组。采用灌胃的方式进行染毒,连续灌胃PS NPs悬液7 d,对照组小鼠灌胃超纯水。通过观察小鼠生长状况、免疫相关血生化指标、小肠组织形态和结肠黏液分泌情况的变化,探究了PS NPs暴露对小鼠肠道免疫的影响。结果表明,与对照组相比,随着染毒剂量的增加,小鼠体质量增长缓慢,补体C3含量下降(高剂量组,P<0.05),小肠结构受损,结肠黏液分泌减少。提示,PS NPs可能通过损伤肠道免疫屏障进而干扰机体免疫稳态,且其影响作用与PS NPs的含量呈正相关。研究结果将为NPs污染的潜在毒性效应评价提供基础数据。

关键词：聚苯乙烯纳米塑料小鼠肠道免疫

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聚苯乙烯纳米塑料和溴酸盐对萼花臂尾轮虫的联合毒性作用

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生态毒理学报 2023年第5期18卷 236-245页

作者：陶开燕徐晓平杨晓凡陈涛李彬彬李锦程安徽工程大学建筑工程学院芜湖241000 皖江流域退化生态系统的恢复与重建省部协同创新中心芜湖241000

聚苯乙烯纳米塑料(polystyrene nanoplastics, PSNPs)和溴酸盐(BrO_(3)^(-))广泛存在于水环境中,会对水生生物产生不利影响。为了探究PSNPs和溴酸钠(NaBrO_(3))共存条件下对轮虫的联合毒性效应,以萼花臂尾轮虫(Brachionus calyciflorus... 详细信息

聚苯乙烯纳米塑料(polystyrene nanoplastics, PSNPs)和溴酸盐(BrO_(3)^(-))广泛存在于水环境中,会对水生生物产生不利影响。为了探究PSNPs和溴酸钠(NaBrO_(3))共存条件下对轮虫的联合毒性效应,以萼花臂尾轮虫(Brachionus calyciflorus)为受试生物,探究了PSNPs(0.001、0.1 mg·L^(-1))、NaBrO_(3)(0.001、0.1 mg·L^(-1))以及它们的联合作用对轮虫生命表参数、种群增长、个体及卵大小的影响。PSNPs和NaBrO_(3)单一及联合暴露显著影响萼花臂尾轮虫的生命表参数,其中,内禀增长率是最为灵敏的参数。0.1 mg·L^(-1)PSNPs和0.001、0.1 mg·L^(-1)NaBrO3联合暴露使轮虫个体显著减小,0.001 mg·L^(-1)PSNPs和0.001、0.1 mg·L^(-1)NaBrO3联合暴露使轮虫的卵体积显著增大。PSNPs和NaBrO3联合作用对轮虫种群增长的抑制产生协同效应,0.001、0.1 mg·L^(-1)PSNPs与0.001 mg·L^(-1)NaBrO_(3)联合作用对轮虫个体的抑制表现出拮抗作用,0.001、0.1 mg·L^(-1)NaBrO_(3)能够降低0.1 mg·L^(-1)PSNPs对轮虫净生殖率的抑制作用。结果表明,PSNPs和NaBrO_(3)联合作用对轮虫产生了复杂的毒性效应,且联合毒性效应与PSNPs、NaBrO_(3)的浓度配比有关。

关键词：聚苯乙烯纳米塑料溴酸盐萼花臂尾轮虫联合毒性作用生命表参数种群增长个体及卵大小

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聚苯乙烯纳米塑料和诺氟沙星对中国鲎幼鲎的毒性效应研究

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聚苯乙烯纳米塑料和诺氟沙星对中国鲎幼鲎的毒性效应研究

作者：张曹琪上海海洋大学

学位级别：硕士

纳米塑料和抗生素作为两种新型污染物,其对水环境造成的不可逆影响受到了各界的关注。研究人员在大部分水域中检测出纳米塑料成分,纳米塑料能吸附抗生素等污染物并与之相互作用,从而产生协同作用。由于人类滥用和随意排放导致目前水环... 详细信息

纳米塑料和抗生素作为两种新型污染物,其对水环境造成的不可逆影响受到了各界的关注。研究人员在大部分水域中检测出纳米塑料成分,纳米塑料能吸附抗生素等污染物并与之相互作用,从而产生协同作用。由于人类滥用和随意排放导致目前水环境中抗生素的水平急剧上升,这对生态环境和人类健康威胁构成严重威胁。目前,纳米塑料和抗生素在无脊椎动物体内的单一作用已经得到了学术界的广泛研究,但是纳米塑料和抗生素的复合毒性效应却没有得到充分报道。此外,鲎作为国家二级保护动物,其栖息地附近的纳米塑料和抗生素污染严重,研究两者污染物的复合毒性对鲎的保护具有一定的作用。本研究用聚苯乙烯纳米塑料和诺氟沙星对中国鲎幼鲎进行单一和复合暴露,以此来揭示聚苯乙烯纳米塑料和诺氟沙星对中国鲎幼鲎的抗氧化酶活性,肠道微生物菌群的改变及蜕壳相关基因的表达的影响。主要研究结果如下:(1)聚苯乙烯纳米塑料和诺氟沙星对中国鲎幼鲎的抗氧化酶活性的影响:为了研究聚苯乙烯纳米塑料和诺氟沙星单一暴露和复合暴露对中国鲎幼鲎抗氧化酶活性的影响,实验选取了平均体重为0.024 g,平均体长为0.622 cm的一龄幼鲎暴露于两个100 nm聚苯乙烯浓度(0,10个/L)和三个诺氟沙星浓度(0,0.5,5μg/L)中,暴露期21天,净化期7天,同时对抗氧化酶活性进行分析。实验研究结果表明,与对照组相比暴露期期间的胁迫组的MDA、CAT、ACP、AKP、T-AOC值具有显著性差异(P聚苯乙烯纳米塑料和诺氟沙星的暴露短时期内对中国鲎幼鲎具有一定的影响,净化期期间酶活能恢复至对照组水平。(2)聚苯乙烯纳米塑料和诺氟沙星对中国鲎幼鲎的肠道微生物菌群的影响:为了研究聚苯乙烯纳米塑料和诺氟沙星单一暴露和复合暴露对中国鲎幼鲎肠道微生物菌群的影响,本实验选用了平均体重为0.040 g,平均体长为0.711 cm的二龄幼鲎,暴露于两个100 nm聚苯乙烯浓度(0,10个/L)和三个诺氟沙星浓度(0,0.5,5μg/L)中,暴露期21天,并分析了其体内的肠道微生物菌群的变化。实验结果表明,中国鲎幼鲎的肠道微生物群以变形菌门、酸杆菌门、拟杆菌门、厚壁菌门和放线菌门为主,占总数的90%以上。KEGG途径分析表明,污染物的暴露极大地改变了中国鲎幼鲎肠道微生物群的功能,实验组的“遗传信息处理”,“新陈代谢”,“机体系统”,“环境信息处理”以及“细胞转化”通路显著降低。(3)聚苯乙烯纳米塑料和诺氟沙星对中国鲎幼鲎的蜕壳相关基因的影响:为了研究聚苯乙烯纳米塑料和高浓度诺氟沙星单一暴露和复合暴露对中国鲎幼鲎蜕壳相关基因的影响,实验选取了平均体重为0.024 g,平均体长为0.622 cm的一龄幼鲎暴露于两个100 nm聚苯乙烯浓度(0,10个/L)和两个诺氟沙星浓度(0,5μg/L)中,暴露期21天,利用q PCR技术测定Ec R基因、RXRα基因、Ca M X1基因、HSP 70基因的表达量。实验研究结果表明,聚苯乙烯纳米塑料能促进中国鲎幼鲎的Ec R基因、RXRα基因、Ca M X1基因、HSP 70基因表达,并且诺氟沙星对这些基因的表达量无显著影响。聚苯乙烯纳米塑料与诺氟沙星复合胁迫组的结果与聚苯乙烯纳米塑料单一胁迫组的结果相类似。综上所述,聚苯乙烯纳米塑料和诺氟沙星短时间内能促进幼鲎体内抗氧化酶活性,污染物的存在促使其体内抗氧化应激系统发挥作用以此来抵御不良环境,但是随着时间的推移,幼鲎体内的抗氧化酶活性能恢复到正常水平,说明幼鲎对环境产生了一定的适应性。两种污染物的存在不会改变幼鲎肠道微生物的的种类,但是会影响个别微生物群的丰度及功能,导致遗传信息处理、新陈代谢、机体系统、环境信息处理、细胞转化等通路的降低。此外,聚苯乙烯纳米塑料还会促进幼鲎的蜕壳相关基因的表达,使表达量增加,而诺氟沙星对基因表达无影响。因此,聚苯乙烯纳米塑料与诺氟沙星对中国鲎幼鲎产生负面影响更大,影响幼鲎的存活率。

关键词：聚苯乙烯纳米塑料诺氟沙星中国鲎幼鲎抗氧化酶肠道微生物组蜕皮基因

聚苯乙烯纳米塑料在小麦不同结构层次的转运、毒性及其与菲的复合污染效应

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聚苯乙烯纳米塑料在小麦不同结构层次的转运、毒性及其与菲的复合...

作者：王佳南京农业大学

学位级别：硕士

塑料制品巨大的产量及其环境积累量已引起人们高度关注其对生态系统的毒性效应。初生和次生纳米塑料在陆地生态系统的积累已成为公认的事实。纳米塑料独特的尺寸效应使其更容易被生物体/细胞吸收,造成有别于微塑料的毒性效应。另外,其... 详细信息

塑料制品巨大的产量及其环境积累量已引起人们高度关注其对生态系统的毒性效应。初生和次生纳米塑料在陆地生态系统的积累已成为公认的事实。纳米塑料独特的尺寸效应使其更容易被生物体/细胞吸收,造成有别于微塑料的毒性效应。另外,其更大的比表面积提供了更多的吸附点位,对环境中疏水性有机污染物（HOCs）有更高的吸附能力。然而,纳米塑料与HOCs单一/共暴露对陆地植物吸收和毒性的影响仍不清楚。为此,本文利用毒理学、植物学、植物生理学的手段和方法研究了不同特性聚苯乙烯纳米塑料（PS-NPs）在小麦不同水平的转运、毒性效应,评价了其与HOCs共暴露对植物毒性和生物有效性的影响。4种PS-NPs分别是小粒径氨基修饰聚苯乙烯纳米塑料（S-PS-NH）,小粒径羧基修饰聚苯乙烯纳米塑料（S-PS-COOH）,大粒径氨基修饰聚苯乙烯纳米塑料（L-PS-NH）,大粒径羧基修饰聚苯乙烯纳米塑料（L-PS-COOH）。论文主要结果如下:（1）采用激光共聚焦显微镜对荧光标定PS-NPs在小麦根系、愈伤组织及原生质体中的吸收、转运进行研究,得到如下结论:大粒径PS-NPs只在根系表皮观察到,而粒径小于50 nm的颗粒能通过质外体途径向皮层、内皮层转运,S-PS-COOH向根系内部迁移的潜力更大,凯氏带能阻止其向中柱的进一步转运。细胞壁能屏蔽大粒径PS-NPs进入胞质,而小粒径PS-NPs能通过扩大孔隙或改变细胞壁结构在胞质中积累。在原生质体的质膜上发现了大粒径PS-NPs的非均质聚集,而透过质膜进入胞质的纳米塑料可以忽略。小粒径PS-NPs在愈伤组织和原生质体的内质化在0～1 h内具有时间依赖性。另外,表面官能团是影响吸附和内质化的又一重要因素,S-PS-NH较之S-PS-COOH由于静电相互作用具有更强的吸附力和更大的透膜能力。而在根系中表现出相反的趋势,可能是受根系分泌物的影响。（2）将原生质体暴露于含不同特性PS-NPs的基质中,测定了细胞活力、活性氧（ROS）产生、细胞内含物外泄及凋亡这些常规细胞毒性指标,得出以下结论:4种PS-NPs抑制细胞活力的排序为S-PS-NH>S-PS-COOH>L-PS-NH>L-PS-COOH。20mg L PS-NPs暴露1 h诱导了原生质体氧化应激和膜损伤,材料间表现出差异性。粒径越小且修饰氨基的颗粒通过与膜更强的相互作用和更高的内质化率造成更严重的损伤。胞内ROS的积累、胞外电导率和乳酸脱氢酶（LDH）含量的升高表现出一定的浓度和时间依赖性,这可能与PS-NPs的内质化量有关。S-PS-NH可造成更严重的细胞毒性在细胞凋亡检测中得到证实,S-PS-NH显著降低了活细胞比例,坏死细胞比例较之对照组提高了4倍。（3）PS-NPs与菲单一/共暴露6天后,小麦幼苗生理生长的毒性结果表明:PS-NPs单污染一定程度降低了小麦幼苗地上部和地下部的长度和生物量,S-PS-NH表现出略大的植物生长毒性。与对照组相比,菲产生显著的生长毒性,PS-NPs与菲共暴露对生长的影响接近菲单独处理的毒性,S-PS-NH与菲共暴露对植物生长的影响略大。单/复合污染无差别地显著降低了老叶中叶绿素含量,新叶对材料特性更敏感,但复合污染较之单一污染没有显著性差异。根系丙二醛（MDA）含量结果说明菲造成了显著的根系质膜氧化损伤,PS-NPs的加入显著减轻了根系的损伤效应。PS-NPs对菲的吸附及生物有效性研究中,我们发现预平衡（12 h）导致了小粒径PS-NPs发生显著的团聚现象,屏蔽了吸附点位,降低了菲的吸附率。此外,表面官能团也是影响吸附能力的重要因素。PS-NPs降低了水培液中游离菲的含量,与单一菲污染相比,复合污染下菲的生物有效性显著降低。综上所述,PS-NPs由于尺寸效应能进入植物组织和细胞,产生植物毒性和细胞毒性,其毒性效应与材料特性及环境行为有关。PS-NPs作为HOCs的载体改变了菲的生物利用度。本研究为纳米塑料与陆地植物的相互作用和毒性研究提供了科学依据,为纳米塑料单一污染或与HOCs共暴露下的农产品安全和品质评估提供了数据支撑。

关键词：聚苯乙烯纳米塑料小麦内质化毒性菲生物有效性

聚苯乙烯纳米塑料对二型糖尿病的影响及其机制评价

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聚苯乙烯纳米塑料对二型糖尿病的影响及其机制评价

作者：王云仪华中师范大学

学位级别：硕士

环境中的塑料污染正在以惊人的速度增长,并且引起了全世界的关注。塑料垃圾经过物理、化学或生物作用会分解为微塑料(Microplastics,MPs)和纳米塑料(Nano-plastics,NPs),广泛分布于水体、土壤和空气中,可能对人体健康构成严重威胁。与MP... 详细信息

环境中的塑料污染正在以惊人的速度增长,并且引起了全世界的关注。塑料垃圾经过物理、化学或生物作用会分解为微塑料(Microplastics,MPs)和纳米塑料(Nano-plastics,NPs),广泛分布于水体、土壤和空气中,可能对人体健康构成严重威胁。与MPs相比,NPs具有较高的表面积和体积比,更容易进入细胞或者组织,因此具有更大的潜在毒性作用。目前关于NPs对哺乳动物的生物学毒理效应研究有限,特别是NPs暴露对于哺乳动物血糖的影响及其机制的研究非常缺乏。聚苯乙烯塑料是环境中最常见的塑料类型,广泛用于制造保温材料、一次性餐具、泡沫盒和清洁用品。评估聚苯乙烯纳米塑料(Polystyrene nano-plastics,PS-NPs)对人体健康的影响具有非常重要的意义。经口暴露是塑料颗粒暴露的主要方式,本研究采取灌胃的方式对小鼠进行80nm PS-NPs暴露。100只C57 BL/6小鼠随机分为10组:(1)生理盐水组;(2)PSNPs 1 mg/kg/day;(3)PS-NPs 10 mg/kg/day;(4)PS-NPs 30 mg/kg/day;(5)生理盐水+高脂饮食;(6)PS-NPs 1 mg/kg/day+高脂饮食;(7)PS-NPs 10 mg/kg/day+高脂饮食;(8)PS-NPs 30 mg/kg/day+高脂饮食;(9)PS-NPs 10 mg/kg/day+高脂饮食+SC79;(10)生理盐水+高脂饮食+SC79。通过对小鼠饲喂高脂肪饲料和小剂量STZ(Streptozocin)注射(40 mg/kg)建立二型糖尿病(T2DM)模型。分别对小鼠灌给1,10,30 mg/kg/day的PS-NPs或生理盐水,进行为期8周的暴露实验。注射AKT特异性激活剂(SC79)以评估AKT的作用机制。小鼠在注射8-12次STZ后出现高血糖症状,每周跟踪检测每组小鼠的空腹血糖数值,在暴露结束前几天测定口服葡萄糖耐量(OGTT)以及胰岛素耐量(ITT)。暴露结束后将小鼠麻醉取心脏血并采集肝脏和胰腺组织,测量血清胰岛素以评估HOMA-IR,称量脏器并统计脏器系数。本研究通过测量小鼠肝脏和胰腺组织匀浆氧化应激相关的生物指标:活性氧(ROS)、丙二醛(MDA)和谷胱甘肽(GSH)的含量,用以评价PS-NPs暴露对小鼠肝脏和胰腺组织的氧化损伤情况;使用试剂盒检测小鼠血清中的血脂含量和肝功能酶指标来评价小鼠经PS-NPs暴露后代谢紊乱情况;通过检测小鼠血清中关键炎症因子TNF-α、IL-6和IL-27变化来评价经PS-NPs暴露后小鼠体内炎症变化;通过H&E染色和PAS染色来评估小鼠经PS-NPs暴露后相关脏器的病理学变化和糖原累积情况;通过免疫组化检测小鼠肝脏组织P-AKTser473和P-GSK3βser9的表达量来评估经PS-NPs暴露后胰岛素代谢关键信号通路变化。实验结果表明:(1)PS-NPs单独暴露对小鼠体重和饮水量具有轻微影响;在糖尿病建模组中,PS-NPs暴露导致小鼠体重减轻,饮水量显著增多。(2)在30 mg/kg/day PS-NPs单独暴露组和PS-NPs暴露结合糖尿病建模组的肝脏组织中,观察到比较明显的炎症细胞浸润和组织损伤增加,在胰腺组织也有明显病理性损伤,如胰岛轮廓和形状不规则、细胞结构不清晰等。(3)PS-NPs单独暴露8周后,小鼠空腹血糖小幅增加;在糖尿病建模组中,1,10,30 mg/kg/day的PS-NPs暴露会引起小鼠空腹血糖显著增加,并呈剂量效应。(4)30 mg/kg/day的PS-NPs单独暴露显著升高了OGTT、ITT和HOMA-IR水平,但对胰岛素分泌无显著影响;在糖尿病模型组中,30 mg/kg/day的PS-NPs暴露引起OGTT、HOMA-IR显著升高,一定程度上增加了ITT,但是对胰岛素分泌无显著影响。(5)在30 mg/kg/day的PS-NPs单独暴露组中,ROS和MDA的水平显著升高,GSH的水平显著降低;在糖尿病模型组中,10,30 mg/kg/day的PS-NPs暴露引起小鼠肝脏和胰腺组织中ROS以及MDA水平显著升高,GSH水平显著降低。(6)PS-NPs暴露导致肝脏组织糖原发生积累效应,引起小鼠血脂代谢紊乱,T-CHO、TG和LDL-C水平增加,HDL-C水平下降,且暴露于PS-NPs提高了ALT、AKP和AST的活性;PS-NPs暴露导致小鼠血清中IL-27含量显著降低,但对TNF-α及IL-6无显著影响。(7)PS-NPs单独暴露会引起小鼠AKT和GSK3β磷酸化水平显著降低并呈现剂量依赖效应;在糖尿病模型组中,30 mg/kg/day PS-NPs暴露使小鼠AKT和GSK3β磷酸化水平进一步降低。(8)注射SC79能部分减轻PS-NPs暴露对糖尿病模

关键词：纳米塑料聚苯乙烯纳米塑料二型糖尿病胰岛素代谢 AKT GSK3β

聚苯乙烯纳米塑料在土壤多孔介质中的吸附—迁移研究

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聚苯乙烯纳米塑料在土壤多孔介质中的吸附—迁移研究

作者：刘泳鹏华中农业大学

学位级别：硕士

纳米塑料具有体积小、比表面积大、以及胶体流动性强的特点,导致其广泛分布于土壤环境中,生态风险不断增加。相关研究表明,纳米塑料的输入浓度、流速、pH值和离子强度(Ionic Strength,IS)都会影响它们在土壤多孔介质中的吸附-迁移行为... 详细信息

纳米塑料具有体积小、比表面积大、以及胶体流动性强的特点,导致其广泛分布于土壤环境中,生态风险不断增加。相关研究表明,纳米塑料的输入浓度、流速、pH值和离子强度(Ionic Strength,IS)都会影响它们在土壤多孔介质中的吸附-迁移行为。土壤中丰富的溶解性有机物(Dissolved Organic Matter,DOM)也易与纳米塑料相互结合,进而影响纳米塑料在土壤中的吸附-迁移行为。铁氧化物是土壤中广泛存在的一种活性矿物,但目前有关纳米塑料在铁氧化物包被,以及土壤腐殖酸存在时的研究还相对缺乏,大多仅以石英砂作为多孔介质研究纳米塑料的吸附-迁移行为,具有一定局限性。本研究以石英砂和针铁矿包被石英砂作为多孔介质,通过吸附实验、室内柱迁移实验和模型拟合手段。探究不同pH值、离子强度和腐殖酸浓度等条件下,聚苯乙烯纳米塑料(Polystyrene Nanoplastics,PSNPs)在石英砂(Quartz Sand,QS)和针铁矿包被石英砂(Goethite-Coated Quartz Sand,GQS)中的吸附-迁移行为。得出的主要结论有:(1)随着聚苯乙烯纳米塑料浓度的升高,石英砂和针铁矿包被石英砂的PSNPs最大吸附量逐渐趋于平衡。产生这种现象的原因是多孔介质表面的吸附位点数量有限,PSNPs需要竞争多孔介质表面的吸附位点。当PSNPs浓度增大时,它的Zeta电位值不断减小,与石英砂之间产生的能量势垒值则不断增大,导致PSNPs穿透曲线在石英砂中的C/C值增加。通过对迁移数据进行两点非平衡模型(Two-Site Model,TSM)拟合,得到的拟合参数表明:随着PSNPs浓度增大,拟合值分配系数K和阻滞因子R均不断减小。K值反映了石英砂对PSNPs的吸附能力,而R值反映了PSNPs在迁移过程中受到的阻力。(2)当pH值从4增加至6时,石英砂对聚苯乙烯纳米塑料的最大吸附量由0.668 mg/g减少至0.479 mg/g,针铁矿包被石英砂对PSNPs的最大吸附量由0.979mg/g减少为0.875 mg/g。因此,GQS和QS对PSNPs的吸附能力均减弱。PSNPs的Zeta电位随着pH值的升高而降低,导致它与QS和GQS之间的能量势垒值增加,PSNPs穿透曲线在QS和GQS中的C/C值增大。通过TSM对迁移实验结果进行拟合,拟合的相关参数显示,当pH值的升高时,拟合的分配系数K和阻滞因子R呈下降趋势。(3)当离子强度从10 mmol/L升高至50 mmol/L时,石英砂和PSNPs的Zeta电位均增大,导致它们之间相互作用产生的静电斥力减小。因此,石英砂的吸附能力增强,它对PSNPs的最大吸附量增加。Zeta电位绝对值增加,导致石英砂与PSNPs之间的能量势垒值减小,PSNPs穿透曲线在石英砂中的C/C值降低。利用TSM拟合PSNPs穿透曲线可得,拟合的分配系数K和阻滞因子R随着离子强度的提高而增大。(4)添加腐殖酸后,它与石英砂和针铁矿包被石英砂表面的吸附位点结合,占据它们表面大量的吸附位点,造成QS和GQS表面对PSNPs的吸附能力明显减弱,PSNPs在GQS和QS表面的最大吸附量不断降低。当PSNPs溶液中加入腐殖酸时,溶液的Zeta电位值降低,PSNPs与QS和GQS之间相互作用产生的静电斥力增大,能量势垒增加。因此,PSNPs在多孔介质中的迁移率随着腐殖酸浓度升高而增加。利用TSM拟合PSNPs穿透曲线得到的相关参数显示,随着腐殖酸浓度的升高,拟合值分配系数K和阻滞因子R则不断降低。(5)针铁矿包裹石英砂后,石英砂的表面变得粗糙且不平整,吸附位点增多,导致GQS对PSNPs的吸附能力强于QS,GQS对PSNPs的最大吸附量高于QS。石英砂被针铁矿包被后,它的Zeta电位绝对值减小,与PSNPs之间相互作用产生的静电斥力减小。因此,溶液化学条件相同时,PSNPs在GQS中的迁移率低于QS。通过TSM拟合迁移实验结果发现,PSNPs穿透曲线在GQS中的拟合值分配系数K和阻滞因子R均大于QS。

关键词：腐殖酸聚苯乙烯纳米塑料吸附迁移多孔介质