基于双功能全细胞传感器的纳米材料生物毒性高通量筛查新方法

近年来，随着纳米科技迅速发展，纳米材料生物环境效应及安全性研究已逐渐成为各国优先发展的纳米科技前沿领域之一。本项目针对目前缺乏快速、经济、高通量、高集成的纳米材料生物毒性分析检测方法的现状，拟根据纳米材料可能引起的各种细胞损伤（如DNA损伤、蛋白质变性、细胞膜破坏及氧化损伤）及细胞毒性，通过基因工程手段构建一系列基于不同压力-应激效应和细胞活性检测的双功能微生物传感菌株，实现传感菌株对各种细胞损伤和细胞毒性的同时特异性识别，并产生可检测信号。将该系列菌株作为敏感元件联合使用，并与光、电化学高通量分析技术相结合，开发纳米材料生物毒性的新型分析方法。该方法具有成本低、操作简单、无标记、针对毒性效应响应、多重毒性效应联合分析、适于原位在线监测等特征。拟将此高通量筛查新方法用于纳米材料的生物毒性分析，研究纳米尺寸、表面修饰等对纳米生物毒性的影响，探索其可能的分子机制。

近年来，纳米科技的迅速发展使纳米材料生物环境效应及安全性研究逐渐成为纳米科技前沿领域之一。本项目针对目前缺乏快速、经济、高通量、高集成的纳米材料生物毒性分析检测方法的现状，根据纳米材料可能引起的各种细胞损伤（如DNA损伤、蛋白质变性、细胞膜破坏及氧化损伤）及细胞毒性，开发了基于微生物全细胞传感器的新型纳米材料生物毒性分析方法。课题获得了一系列对各种压力应激响应的微生物传感菌株，将该系列菌株作为敏感元件联合使用，成功实现了对毒性物质诱导产生的各种细胞损伤和细胞毒性的同时特异性识别。在此基础上，利用所开发的新方法对多种商业化纳米材料的生物毒性进行了快速筛查；首次较全面地研究了纳米铜的生物毒性, 发现纳米铜会引起细胞的氧化损伤、DNA损伤、蛋白质损伤及细胞膜破坏,最终导致细胞毒性,纳米铜在溶液中产生的H2O2和Cu+是其毒性的主要来源, 这是首次从分子水平上对纳米铜相关毒性机理的研究；首次开展了纳米铜和持久性有机污染物（POPs）类化合物五氯苯酚（PCP）的协同毒性及相关机理研究；发展了一种基于纳米材料的分析新方法；提出了一种新型铜离子比色分析方法。