银离子的微生物与光化学还原及毒性效应研究

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随着纳米科技的快速发展,针对纳米材料的研究受到人们越来越多的关注,使其成为当下热点研究领域之一。其中纳米银因具有优良的杀菌特性及独特的理化性质,被广泛应用到人们的日常生活、工业生产以及生物医药等领域,成为目前最受瞩目、应用最广泛且商品化程度最高的纳米材料之一。纳米银的合成方法多种多样,其中物理化学方法日趋成熟,但存在着对仪器设备要求高、成本昂贵、合成过程中产生有毒有害化学物质危害人体及环境等劣势。人们迫切希望寻求一种干净无毒和环境友好的纳米银合成方法。微生物法合成纳米材料具有反应条件温和、绿色无毒害、合成纳米材料分布集中等优势,逐渐进入人们的视野并引起人们越来越多的关注。对微生物转化金属离子具体途径的研究,有助于更深入地了解并利用微生物合成纳米材料。另外,纳米银的广泛使用使其不可避免地被释放到环境中,因为银具有独特的氧化还原电位,使零价银的氧化及银离子的还原在水体环境中可能同时存在。因此研究银离子与纳米银转化过程中的毒性效应变化有助于更好地评价纳米银潜在的环境风险。  本文针对银离子的微生物及光化学还原开展了相关研究,利用尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum)成功合成了纳米银颗粒,并探究了该转化过程的具体途径;考察了水溶性有机质在光照条件下还原银离子生成纳米银这一过程对大型蚤(Daphnia magna)的毒性影响。主要包括以下几部分:  (1)通过查阅文献,我们选定Fusarium oxysporum作为实验菌种。摇瓶发酵4d的F.oxysporum经过离心、清洗、过滤处理后,进行加Ag+培养,通过紫外可见光谱、高分辨透射电镜、能量散射光谱、选择区域近边衍射等方法我们对反应产物进行表征,证明了纳米银的生成;之后我们通过加入超氧化物扫除剂(Cu2+、过氧化物歧化酶(SOD))、NADPH酶抑制剂苯基烟酰氯化物、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(还原态)-烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(氧化态)等生化试剂探究其还原银离子的主要途径,发现超氧自由基在该转化过程中起到重要作用。超氧自由基作为一种活性物质,兼具氧化性及还原性,在金属元素的生物地球化学循环过程中扮演重要角色,影响金属元素的生物利用度及毒性。研究超氧化物介导的金属离子的转化有助于更好地了解金属元素在环境中的归趋及生物利用度。  (2)本课题组之前的研究表明,水溶性有机质在自然光照条件下可还原银离子生成纳米银,基于这一研究,我们探究了该转化过程的毒性效应变化情况。首先,在自然光照条件下,我们利用水溶性有机质还原银离子生成了银离子与纳米银的混合溶液,通过乙二胺四乙酸二钠盐络合银离子-超滤离心分离-电感耦合等离子体质谱测定,确定未转化的银离子的浓度及生成的纳米银的浓度,选择大型蚤作为模式生物(出生8-24 h的幼蚤),用光照反应所得的银离子与纳米银的混合溶液对大型蚤进行毒性暴露,所得的8h半数致死浓度(8 h-LC50)表明,光照条件下水溶性有机质还原银离子生成纳米银可降低银对大型蚤的急性毒性。我们的实验结果强调了水溶性有机质及光照在银离子与纳米银的归趋、转化和毒性效应等方面所起的关键作用,同时进一步支持了纳米银的毒性主要来源于银离子的释放这一观点。
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