作为一种重点研究的环境污染物,镉被国际癌症研究机构(IARC)列为IA类致癌物质,世界卫生组织(WHO)则将其作为优先研究的食品污染物。镉的暴露主要源于吸入性摄入、饮食及饮水摄取。镉是一种能在人体和环境中长期蓄积的有毒重金属物质,在人体内的半衰期长达10-35年。作为机体生长发育非必需元素,很少量的镉进入人体即可通过生物积累,对肾、肺、肝、睾丸、脑、骨骼以及血液系统产生一系列损伤,最终导致病人死亡。纳米材料作为一种新兴物质,已在新材料、新能源、环境保护和生物医药等领域具有广泛的应用,但随着纳米材料在现实生产和生活中的大量生产和使用,将导致其在生产、运输、使用和排放等环节中通过多种途径进入环境并在环境中扩散。尽管目前没有关于人工纳米材料直接造成人体健康危害的报道,但其潜在的环境与健康风险已日益受到关注。针对纳米材料的环境过程与环境生物效应,虽然已开展了一些研究并取得了一定的成果,但目前人们对其认识程度却远远滞后于纳米材料生产和应用的发展速度。纳米材料释放于环境介质中将不可避免地与环境中传统污染物发生相互作用。由于纳米材料的特殊性质,导致了所吸附污染物的迁移。重金属污染物被纳米材料吸附,可能其环境行为和生物效应发生改变,给生态环境带来未知的威胁。目前已有文献报道针对纳米材料与污染物的相互作用的研究,但仅阐明其中的现象,并未做系统分析,对相互作用后形成纳米材料-污染物复合物导致的生物效应也少有报道。秀丽隐杆线虫具有结构简单、身体透明、易于观察、繁殖周期短等生物学特征,在环境毒性物质评价中有着其它模式生物无法比拟的优势,因此本课题选用秀丽隐杆线虫作为模式生物、重金属镉作为污染物模型进行生物效应研究,通过比较二氧化钛纳米材料与重金属相互作用形成的复合物与单独暴露两种材料的毒性评价,揭示纳米材料对于Cd生物效应的影响。因此选题具有重要的理论价值和应用前景,研究结果对于纳米材料的安全应用和环境评价具有指导意义。本课题的研究结果显示二氧化钛纳米材料可以迅速吸附Cd2+离子,并在4小时后并达到吸附平衡,其对Cd2+的吸附能力常数qm为8μg/mg。利用线虫DNA损伤修复基因缺陷品系,研究48h LC50发现,线虫突变体abl-1(ok171)和ced-3(n717)是较野生型N2敏感的金属毒性评价体系,hus-1基因增加了线虫对镉的抵抗力。通过对线虫的体长、存活、凋亡等终点比较得出,TiO2-NPs对于线虫的生长有一定的抑制作用,且随着时间的推移,线虫体长恢复正常；高浓度Cd2+严重影响线虫的生长发育,TiO2纳米材料对于Cd2+胁迫条件下的生长恢复发挥了重要的作用。同时TiO2纳米材料可以降低Cd2+引起的生殖腺细胞凋亡水平。因此TiO2纳米材料可以降低高浓度Cd2+引起的线虫毒性。本课题的研究结果为纳米材料的应用提供了初步安全评价,为纳米材料与污染物复合物的生物效应的深入研究奠定了基础,同时为二氧化钛纳米材料用作重金属污染物吸附剂提供了理论依据。