基于微生物全細胞傳感器的納米材料毒性分析.pdf

1、納米材料的許多獨特的性質(zhì)使其應用領域十分廣泛，同時納米材料對環(huán)境和人類健康的負面影響也引起了人們的關注。相比納米材料合成和應用技術(shù)的飛速發(fā)展，目前對納米材料的毒性研究還處于初級階段，缺乏方法學的積累、毒性效應的全面研究和毒性機理的深入探討。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污染物接觸機會。雖然人們對環(huán)境中持久性有機污染物的毒性已進行了很多研究，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，本文利用全細胞細菌傳感器(一組能夠?qū)毎麚p傷產(chǎn)生應激反應并產(chǎn)生光信號的重組發(fā)光細菌)對納米銅以及納米銅與五氯苯酚(pentachlorophenol，PCP)共存時的毒性效應進行了分析，并初步探討了可能的毒性機理。本論文的主要研究工作如下：
　　1.利用全細胞生物傳感器(包括分別對氧化損傷、蛋白損傷、細胞膜損傷和DNA損傷響應的四株重組發(fā)光細菌)研究納米銅的毒性效應和毒性機理。根據(jù)重組發(fā)光細菌對納

3、米銅的響應，發(fā)現(xiàn)納米銅不僅能產(chǎn)生強氧化脅迫效應，而且能夠引起多種生物大分子的損傷，如蛋白質(zhì)損傷、DNA損傷和細胞膜損傷，以及抑制細胞生長。通過酶去毒性分析試驗證明納米銅的毒性效應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)有著密切的關系。此外，TEM研究表明納米銅可以快速地吸附在細

4、胞膜上并被細胞吞入。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才可誘導蛋白質(zhì)損傷、細胞膜損傷和輕微的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理方面具有很好的應用前景。
　　2.利用全細胞生物

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