利用核技术研究稀土纳米材料的植物毒性机制

随着纳米科技的快速发展，人造纳米材料的应用越来越广泛，在给工业生产和日常生活带来便利的同时，纳米材料对环境和人类健康等方面的影响也引起了人们的关注。纳米生物安全性已成为多个领域的研究热点，现有工作主要集中在纳米材料的健康效应方面，而关于其对生态环境的影响研究较少。作为纳米材料安全性研究的组成部分，纳米材料对生态系统和食物链的最基础部分- - 植物的影响具有重要的研究价值。本项目选择用途广泛、具有代表性的纳米二氧化铈等稀土纳米材料为研究对象，利用放射性同位素示踪技术、扫描软X射线显微成像（STXM）技术及电镜等常规方法，系统研究粒径对纳米材料在植物体吸收和转运的影响，探讨纳米材料与植物作用过程中纳米特性的变化与其植物毒性之间的内在联系。本研究将为评价纳米材料的生态效应，保障纳米技术健康发展提供科学依据。

随着纳米科技的迅猛发展，越来越多的人造纳米材料被广泛应用于各个领域。纳米材料的特殊物理化学性质使它们表现出与常规尺寸物质完全不同的生物效应，关于它们给环境和人类健康带来的潜在风险引起了人们的广泛关注。伴随着大量的应用，这些纳米材料会被有意或无意的释放到环境之中，但是关于它们进入环境以后的生态风险以及对环境物种的作用还知之甚少。有必要更好地理解纳米材料在环境物种中的分布、累积、转化和潜在毒性，这对于科学评估纳米材料的生态环境风险也具有十分重要的意义。.以纳米CeO2为代表的稀土纳米氧化物具有很多优良的物理化学特性，广泛应用于催化剂、陶瓷、永磁材料、发光材料及生物医药等方面，由于大量的使用，其环境效应及生物安全性逐渐成为研究的热点。关于稀土纳米氧化物对植物生理效应的影响报道不多，以前的研究表明纳米CeO2是相对良性的纳米材料，而关于其他稀土纳米氧化物的植物生理效应鲜有报道。在本项目的执行过程中，我们掌握了不同粒径和形貌的稀土纳米氧化物的合成方法；研究了代表性稀土纳米氧化物对多种高等植物的毒性；运用TEM，STXM等技术成功地研究了纳米La2O3等稀土纳米氧化物在生物组织中的分布、成像，及形态转化，并深入探讨了稀土纳米氧化物的植物毒性机制；建立了金属纳米材料与植物相互作用时在体释放离子的检测方法；采用放性自显影方法原位展示了纳米CeO2在黄瓜叶片中的分布情况；利用STXM和XAS等技术首次发现并证明了纳米CeO2在水培黄瓜中的生物转化，打破了原有人们对于纳米CeO2稳定性的认识，重新评估其作为不解离模式材料的角色；首次发现纳米CeO2的特异性种属毒性并分析其原因，等等。另外，本项目在方法学研究方面也取得了一些重要进展，将基于同步辐射的XAS、STXM和XRF等技术应用于纳米材料在生物组织样本中的原位分布、元素化学形态分析和生物转化研究，拓展了核分析方法在纳米毒理学中的应用。.这一系列工作取得的重要进展，使我们对纳米材料环境毒理的认识逐步深入，同时也获得了相应的知识和技术储备。综合使用多种基于同步辐射的分析技术体现出常规方法所不能及的技术优势，由于在这个领域的国际领先地位以及前期工作打下的坚实基础，使我们在2013年得到了国家自然科学基金的持续支持。