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我院毛亮副教授关于石墨烯的生态风险研究最新成果

        石墨烯自发现以来,由于其优良的物理化学特性引起了各界科学家的高度关注,其潜在的应用会被不断的挖掘,而其大量使用势必导致其向环境排放。面向石墨烯纳米材料的环境危害性评价,毛亮博士课题组采用同位素标记技术,结合现代分析手段,对石墨烯的环境行为与生物效应进行了系统性的研究。定量揭示了低浓度石墨烯在水环境中的分散、迁移和转化动力学;阐明了石墨烯在典型水生生物体中的累积、排泄、转移等生物过程及富集石墨烯的子母代际传递规律;这些基础研究为评价石墨烯的环境行为与风险提供了理论依据。

图1:(A)大尺寸石墨烯在斑马鱼体内的富集规律;(B)小尺寸石墨烯在斑马鱼体内的富集规律;(C)大尺寸石墨烯在斑马鱼体内的分布规律;(D)小尺寸石墨烯在斑马鱼体内的分布规律

        2017年2月27日的《ACS Nano》(DOI: 10.1021/acsnano.6b07982)在线发表了环境学院毛亮副教授关于石墨烯在水生模式生物-斑马鱼体内的迁移规律研究新进展。该工作首先研究了不同尺寸石墨烯在斑马鱼器官水平的富集、分布规律,结果(图1)发现,对斑马鱼暴露两种尺寸的石墨烯(250 μg/L) 48小时后,大尺寸的石墨烯在斑马鱼体内的富集量是小尺寸石墨烯富集量的170倍,并且几乎全部富集在斑马鱼的肠道内;对于小尺寸的石墨烯而言,不仅能够在肠道内检测到石墨烯,同时在其肝脏内也能检测到相当量的石墨烯,这说明小尺寸的石墨烯能够穿透肠壁细胞进入到血液循环,从而进入到肝脏部位。为了进一步确证小尺寸石墨烯在斑马鱼肝脏中的存在,我们将肝脏细胞分离,测定其中石墨烯的含量,同时借助高分辨电镜和拉曼光谱对细胞内的石墨烯进行了定性表征。结果如图2所示。

图2. 肝细胞内小尺寸石墨烯的定量与定性分析


图3. 不同尺寸石墨烯的对斑马鱼肠道微生物群落结构的影响及显著性分析

        同时,由于大量的石墨烯富集在斑马鱼的肠道内,因此研究了不同尺寸石墨烯对斑马鱼肠道微生物群落结构的影响,结果发现,小尺寸石墨烯更容易导致肠道内微生物群落的丰富度和多样性的改变(图3)。进一步的研究结果发现,这是由于小尺寸的石墨烯更容易被细菌所结合。
        卢坤和董仕鹏两位博士生是该工作共同第一作者,毛亮副教授是通讯作者,现代工程与应用科学学院王鹏教授和环境学院高士祥教授共同参与了课题的研究。研究得到了国家自然科学基金、教育部优秀博士论文基金和污染控制与资源化国家重点实验室的支持,作者对此一并表示感谢。


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