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项目年度编号
2400011063
中图分类号
TB383
成果公布年份
2023
成果简介
①课题来源与背景：人工纳米材料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自然环境，并在环境中扩散。介于纳米材料活跃的理化性质，环境中广泛存在的纳米材料易于与生物体发生多种相互作用，给生态环境和人类健康带来潜在的巨大隐患，亟待从战略角度出发，积极开展有关纳米材料的生物安全性评估及标准化工作，建立人工纳米材料的环境健康基准，为纳米技术相关行业的发展提供规范。
与传统污染物相比，一方面，凭借独特的理化特性，人工纳米材料通过多种途径进入环境后，易在pH、光、有机质等环境介质的作用下，发生一系列物理、化学、生物过程，导致其最终的赋存状态显著有别于原始态纳米材料，进而影响纳米材料最终的毒性效应。另一方面，人工纳米材料因其高比表面积和独特的表面化学性质，可与环境中广泛存在的污染物发生吸附/解吸附，氧化/还原等一系列复杂的相互作用，这一复合作用不仅会影响污染物的环境行为和毒性效应，同时也会改变纳米材料自身的赋存状态和生物相容性。由此可见，对于人工纳米材料这种潜在的新型污染物，发展适用于其环境健康风险的评价体系和方法、筛选出反应其毒性效应的内暴露标志物，并建立人工纳米材料暴露剂量与毒性间的反应关系模型，是建立人工纳米材料环境健康基准的重要前提和基础。
②技术原理及性能指标：以哺乳动物细胞、秀丽线虫以及小鼠为模型，建立了适用于典型人工纳米材料环境健康风险评估的多维生物模型，发展了依托上述生物模型的高通量毒性评价体系；以产量大、应用广、环境中广泛存在且暴露风险高的纳米材料(nAg、GO、nTiO<sub>2</sub>)为代表，筛选出纳米材料暴露诱导细胞毒性、遗传毒性的毒性标志物；绘制了人工纳米材料暴露剂量与毒性效应间的量效曲线；明确了纳米材料理化性质，以及老化、持久性有毒污染物等环境因素对于纳米材料环境健康风险评估的影响机制；进一步依托上述研究结果，拓展了环境暴露安全剂量下，纳米材料在环境毒理与健康领域的应用前景。
③技术的创造性与先进性：该项目以哺乳动物细胞、线虫和小鼠为模型，建立了从低等生物到高等生物的纳米材料环境健康风险多维评价模型；基于纳米材料自身健康风险在真实环境中易受环境因素影响的现实问题，从不同的复合暴露条件出发，创新性的发展了纳米材料-环境因素复合暴露风险评估体系，为评估真实环境中纳米材料的健康风险提供重要的技术支撑。此外，该项目通过系统比较不同理化性质纳米材料与环境污染物的复合效应，揭示了nAg和GO两种纳米材料通过上调生物体自我防御能力，进而拮抗污染物毒性的新现象和新机制，发展了利用nAg和GO拮抗污染物毒性的新技术。
④技术的成熟程度，适用范围和安全性：针对不同类型纳米颗粒的健康风险评估技术，该项目已申请相关发明专利3项，授权发明专利1项。依托项目中发展的针对人工纳米材料环境健康风险的评估技术，已完成对nAg(金属纳米材料)、nTiO<sub>2</sub>(金属氧化物纳米材料)、氧化石墨烯(GO，碳纳米材料)等产量大、应用广、环境中广泛存在且暴露风险高的纳米材料的环境健康风险评估，并进一步明确了纳米材料自身理化性质以及外界环境因素对于纳米材料健康风险的影响机制，发表SCI文章3篇，为挖掘污染物的毒性干预方法、拓展纳米技术在环境健康领域的应用、保障公众健康，提供了理论基础和技术支撑。
⑤应用情况及存在的问题：该项目的研究结果一方面为全面评估人工纳米材料的环境健康风险、建立纳米材料的环境健康基准提供了技术支撑；另一方面也为挖掘污染物的毒性干预方法、拓展纳米技术在环境健康领域的应用、保障公众健康，提供了理论基础和新的思路。
现阶段，该项目还存在以下几点局限性，同时也是该项目下一步研究的方向：1)建立依托人源细胞或人体组织样本的纳米材料环境健康风险评估体系，是未来重要的研究方向；2)基于GO拮抗污染物毒性的作用机制，通过修饰、改性等方法进一步优化GO的理化性质，提高毒性干预的效率和靶向性，提升GO自身的生物安全性，探索开发新的针对污染物毒性的精准干预策略，是项目组后续亟待开展的重要工作。
⑥历年获奖情况：安徽省自然科学二等奖。“纳米材料调控持久性有毒污染物遗传毒性的分子机制”。许安，刘赟，赵国平，杜华，聂亚光。2022。
完成单位
中国科学院合肥物质科学研究院
完成人
许安 汪国忠 刘赟
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