碳钠米管对蛋白核小球藻的致毒机理及其影响因素
发布时间：2020-10-25 08:06
随着其广泛生产和使用,碳纳米管(CNTs)难免会进入水环境,对水生生态系统造成一定的影响。已有许多研究报道了 CNTs的生物毒性,但由于环境因素复杂多样以及不同CNTs间性质差异大,CNTs的毒性效应及致毒机理仍存在很多不确定性,需要更多研究。论文研究了水中广泛存在的溶解性有机质(DOM)和表面氧化对CNTs藻类毒性效应的影响,并从细胞、亚细胞及分子水平分析了氧化CNTs对蛋白核小球藻的致毒机理。主要结论如下:(1)比较研究了两种人工合成的表面活性剂(十二烷基苯磺酸钠-SDBS、聚乙二醇辛基苯基醚-TX100)和一种天然有机质(腐殖酸-HA)对多壁碳纳米管(MWCNTs)藻类毒性的影响,发现MWCNTs的96hIC50为14.5± 1.1mg/L,5mg/LSDBS 和 TX100 存在下分别降至 10.0±1.7mg/L 和 12.6土 0.6mg/L,但加入 5 mg/L HA后,96 h IC50值却增至 23.1± 0.9 mg/L。结果表明 SDBS 和 TX100促进藻细胞对MWCNTs的吸收内化,增大藻细胞的氧化压力,从而增大MWCNTs对小球藻的毒性;而HA却阻碍藻细胞对MWCNTs的吸收内化,并减轻氧化压力,从而降低MWCNTs的毒性。(2)利用浓硫酸与浓硝酸混合氧化法制备了多种氧化多壁碳纳米管(o-MWCNTs),发现氧化后MWCNTs的比表面积增大,管端打开,管壁上出现缺陷,电子结构破损,部分残留的金属催化剂及无定形碳被去除;氧化主要发生在MWCNTs表面,总氧含量由2.82%增至5.22～7.25%,且随氧化时间增加而增加,引入的含氧官能团以羧基和酯基为主。o-MWCNTs表面酸性官能团的解离能增加MWCNTs的负电性和静电斥力,提高其分散和悬浮性能,从而增加与藻细胞间的相互作用和毒性效应。表面氧化程度越高,o-MWCNTs的藻类毒性越大,o-MWCNTs 的 96 hIC50值为 3.8-6.6 mg/L。(3) o-MWCNTs会附着在藻细胞表面,通过直接穿刺和内吞作用两种方式进入细胞;藻细胞会通过启动抗氧化防御系统、增强细胞分裂和磷酸戊糖途径、形成多磷酸体、累积中性脂肪、调节细胞渗透压和细胞膜流动性等一系列保护性反应来抵御o-MWCNTs的胁迫;但当这些保护性反应仍无法维持正常的细胞功能时,则出现细胞膜损伤、细胞器损伤、生物大分子变性以及能量代谢紊乱等破坏性反应,最终导致细胞死亡。
【学位单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2017
【中图分类】：X171.5
【部分图文】：
?＾?參??ｅｎｄｏｃｙｔｏｓｉｓ?）、非特异性作用（Ｎｏｎ－ｓｐｅｃｉｆｉｃ?ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓ）及被动扩散等途径进入??细胞（如图１－１）?［｜２７］。发生吞噬作用时，细胞膜会形成杯状突起，然后包裹外??来物质形成吞噬小体。巨胞饮作用通过肌动蛋白驱动，使质膜向外延伸形成不??同形状的膜皱褶并最终形成巨胞饮体囊泡。微米级的外来物质可以通过吞噬作??用及巨胞饮作用进入细胞。在网格蛋白介导的内吞过程中，受体－配体的特异结??合触发网格蛋白的招募，形成网格蛋白包被小窝，小窝与质膜脱离后形成有被??小泡，将细胞外来物质摄入细胞内。网格蛋白介导的内吞作用是大部分物质进??入细胞的主要途径。在陷窝蛋白依赖的内吞过程中，细胞膜陷窝上的蛋白质以??陷窝蛋白为标志蛋白，形成的囊泡直径大小为５０－８０?ｎｍ，外面有一层陷窝蛋白??包裹。在受体介导的内吞过程中，ＮＰｓ上的特定大分子与凹陷部位的相应受体??结合。??￣（ｄ）＝ｒ?⑷?＊?体介导￣??＾?⑷陷窝蛋白依赖?的内吞作
绪论??别研究ＤＯＭ及表面氧化对ＣＮＴｓ藻类毒性效应的影响。本论文的技术路线如??图１－２，具体研究内容包括以下四部分：??第一部分：通过测定生物量变化研究ＤＯＭ存在时ＣＮＴｓ对小球藻的毒性??效应变化；通过团聚沉降实验、显微观察、氧化损伤实验（测定ＲＯＳ和丙二醛??含量）和ＭＷＣＮＴｓ对紫外可见光的吸收实验分别验证ＤＯＭ对团聚接触及物理??损伤、氧化损伤和遮光效应的影响及其与毒性效应变化间的联系，分析ＤＯＭ??对ＣＮＴｓ小球藻毒性效应的影响机理。??第二部分：采用１１２８〇４／１＾０３混合溶液氧化ＭＷＣＮＴｓ，并用多种手段表征??ＭＷＣＮＴｓ，研究混酸氧化对ＭＷＣＮＴｓ物理化学性质的影响，并研究表面氧化??对ＣＮＴｓ藻类毒性的影响。表面氧化会改变ＣＮＴｓ的物理化学性质，从而影响??其悬浮性能和毒性效应。通过分散实验测定表面氧化对ＣＮＴｓ分散悬浮性能的??影响；通过测定生物量变化比较氧化前后ＣＮＴｓ的毒性大小。??第三部分：通过团聚沉降实验、密度梯度离心实验、拉曼光谱分析和ＴＥＭ??观察定性／定量研究藻细胞对ＣＮＴｓ的吸附与吸收；根据显微观察、红外差谱、??总脂质及脂肪酸组成测定、代谢及基因表达水平检测结果等在细胞、亚细胞和??分子水平上分析藻细胞对ＣＮＴｓ的应激反应，进一步分析ＣＮＴｓ对小球藻的致??毒机理。??２３??
?４３．２?士?８．４?０．９８１??ＭＷＣＮＴｓ在三种ＤＯＭ存在下的电泳淌度及水力学粒径变化如图２－３。如??图所示，ＭＷＣＮＴｓ的电泳淌度为负值，说明在ＯＥＣＤ培养基中其表面带负电；??三种ＤＯＭ均降低了?ＭＷＣＮＴｓ的电泳淌度，使其表面负电性增加，这将增加??ＭＷＣＮＴｓ间的静电斥力。因此，当加入三种ＤＯＭ时，ＭＷＣＮＴｓ的水力学粒??径从?３８９?±?２２?ｎｍ?降至?３０２－３３２?ｎｍ。??课题组之前的研究表明ＭＷＣＮＴｓ悬浮液在６６０?ｎｍ处的吸光值与其在??ＯＥＣＤ培养基中的浓度呈线性相关［２５］。如图２－４所示，三种ＤＯＭ本身在６６０?ｎｍ??处几乎无吸光值，但加入ＤＯＭ后，ＭＷＣＮＴｓ悬浮液的吸光值明显增大，表明??三种ＤＯＭ均能促进ＭＷＣＮＴｓ的分散与悬浮。已有很多文献报道，ＤＯＭ吸附??在ＣＮＴｓ表面后，增大了?ＣＮＴｓ间的静电斥力，从而令ＣＮＴｓ表现出更好的分散??性及稳定性［８３
【参考文献】
本文编号：2855681
【学位单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2017
【中图分类】：X171.5
【部分图文】：
?＾?參??ｅｎｄｏｃｙｔｏｓｉｓ?）、非特异性作用（Ｎｏｎ－ｓｐｅｃｉｆｉｃ?ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓ）及被动扩散等途径进入??细胞（如图１－１）?［｜２７］。发生吞噬作用时，细胞膜会形成杯状突起，然后包裹外??来物质形成吞噬小体。巨胞饮作用通过肌动蛋白驱动，使质膜向外延伸形成不??同形状的膜皱褶并最终形成巨胞饮体囊泡。微米级的外来物质可以通过吞噬作??用及巨胞饮作用进入细胞。在网格蛋白介导的内吞过程中，受体－配体的特异结??合触发网格蛋白的招募，形成网格蛋白包被小窝，小窝与质膜脱离后形成有被??小泡，将细胞外来物质摄入细胞内。网格蛋白介导的内吞作用是大部分物质进??入细胞的主要途径。在陷窝蛋白依赖的内吞过程中，细胞膜陷窝上的蛋白质以??陷窝蛋白为标志蛋白，形成的囊泡直径大小为５０－８０?ｎｍ，外面有一层陷窝蛋白??包裹。在受体介导的内吞过程中，ＮＰｓ上的特定大分子与凹陷部位的相应受体??结合。??￣（ｄ）＝ｒ?⑷?＊?体介导￣??＾?⑷陷窝蛋白依赖?的内吞作
绪论??别研究ＤＯＭ及表面氧化对ＣＮＴｓ藻类毒性效应的影响。本论文的技术路线如??图１－２，具体研究内容包括以下四部分：??第一部分：通过测定生物量变化研究ＤＯＭ存在时ＣＮＴｓ对小球藻的毒性??效应变化；通过团聚沉降实验、显微观察、氧化损伤实验（测定ＲＯＳ和丙二醛??含量）和ＭＷＣＮＴｓ对紫外可见光的吸收实验分别验证ＤＯＭ对团聚接触及物理??损伤、氧化损伤和遮光效应的影响及其与毒性效应变化间的联系，分析ＤＯＭ??对ＣＮＴｓ小球藻毒性效应的影响机理。??第二部分：采用１１２８〇４／１＾０３混合溶液氧化ＭＷＣＮＴｓ，并用多种手段表征??ＭＷＣＮＴｓ，研究混酸氧化对ＭＷＣＮＴｓ物理化学性质的影响，并研究表面氧化??对ＣＮＴｓ藻类毒性的影响。表面氧化会改变ＣＮＴｓ的物理化学性质，从而影响??其悬浮性能和毒性效应。通过分散实验测定表面氧化对ＣＮＴｓ分散悬浮性能的??影响；通过测定生物量变化比较氧化前后ＣＮＴｓ的毒性大小。??第三部分：通过团聚沉降实验、密度梯度离心实验、拉曼光谱分析和ＴＥＭ??观察定性／定量研究藻细胞对ＣＮＴｓ的吸附与吸收；根据显微观察、红外差谱、??总脂质及脂肪酸组成测定、代谢及基因表达水平检测结果等在细胞、亚细胞和??分子水平上分析藻细胞对ＣＮＴｓ的应激反应，进一步分析ＣＮＴｓ对小球藻的致??毒机理。??２３??
?４３．２?士?８．４?０．９８１??ＭＷＣＮＴｓ在三种ＤＯＭ存在下的电泳淌度及水力学粒径变化如图２－３。如??图所示，ＭＷＣＮＴｓ的电泳淌度为负值，说明在ＯＥＣＤ培养基中其表面带负电；??三种ＤＯＭ均降低了?ＭＷＣＮＴｓ的电泳淌度，使其表面负电性增加，这将增加??ＭＷＣＮＴｓ间的静电斥力。因此，当加入三种ＤＯＭ时，ＭＷＣＮＴｓ的水力学粒??径从?３８９?±?２２?ｎｍ?降至?３０２－３３２?ｎｍ。??课题组之前的研究表明ＭＷＣＮＴｓ悬浮液在６６０?ｎｍ处的吸光值与其在??ＯＥＣＤ培养基中的浓度呈线性相关［２５］。如图２－４所示，三种ＤＯＭ本身在６６０?ｎｍ??处几乎无吸光值，但加入ＤＯＭ后，ＭＷＣＮＴｓ悬浮液的吸光值明显增大，表明??三种ＤＯＭ均能促进ＭＷＣＮＴｓ的分散与悬浮。已有很多文献报道，ＤＯＭ吸附??在ＣＮＴｓ表面后，增大了?ＣＮＴｓ间的静电斥力，从而令ＣＮＴｓ表现出更好的分散??性及稳定性［８３
【参考文献】
相关期刊论文 前1条
1 M.Z.Kassaee;H.Zandi;J.Akbari;E.Motamedi;;An efficient and mild carboxylation of multiwall carbon nanotubes using H_2O_2 in the presence of heteropolyacid[J];Chinese Chemical Letters;2012年04期
本文编号：2855681
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