城市典型来源大气PM2.5的化学组成对人工肺流体中氢氧自由基生成的影响

As the most reactive and toxic reactive oxygen species (ROS),oOH was related to many pathonogenetic and toxicological pathways. Although there is increasing recognition that transition metals and quinones can play important role in oOH generation for several years, unfortunately, the mechanism of how PM2.5 induced oOH generation remains unclear. In this project, Fe,Cu and quinones (1,2-naphthaquinone,1,4- benzoquinone, 9,10-Phenanthrenequinone) will be chosen as modulate to simulate the mechanism of oOH generation, PM2.5 will be collected from four main contributed sources (gasoline exhaust, diesel exhaust, coal-fired power plant and biomass burning), which has different value of transition metals and quinones. We will simulate the oOH generation in cell-free surrogate lung fluid, analyze the concentration of transition metals and quinones in PM2.5 and compare the actual PM2.5-induced oOH with the lab simulation results, so as to quantify oOH generation which is synergistically induced by combined transition metals and quinones,and further discuss the influencing factor of PM2.5-induced oOH generation. This project will provide the pollution characteristics and toxicity of fine particles,scientificly support the disease prevention and human health protection and technically support PM2.5 control plan for Ministry of Environmental Protection.

PM2.5 诱发的氢氧自由基（oOH）与过渡金属和醌类相关。为了理解实际PM2.5诱导生成的oOH，本课题将分别采用模型化合物和实际PM2.5来模拟在人工肺流体中产生的oOH。模型化合物选择Fe,Cu和醌类(1,2-萘醌, 1,4-苯醌, 9,10-菲醌），按照不同的组合方式，量化过渡金属与醌类联合诱导生成oOH的协同作用。实际PM2.5选择过渡金属和醌类有明显差别的四类主要贡献源（汽油车尾气、柴油车尾气、燃煤电厂和生物质燃烧），模拟在人工肺流体中诱导产生的oOH，对PM2.5中过渡金属和醌类进行成分分析，并与实验室模拟结果进行比对，探讨PM2.5诱导产生oOH的影响因素；该课题可以了解PM2.5的毒性成分和特征，有助于理解PM2.5致机体损伤的的毒理作用,更好地为预防疾病发生、保护人类健康提供科学依据，并且对环境保护部制订控制PM2.5主要污染源的方案提供技术支撑。

本课题主要以南方典型城市广州为例，从氧化损伤机理的角度，对大气PM2.5在非细胞的人工肺流体中产生的OH自由基进行研究。并通过对实验室内模拟和广州实际PM2.5样品的检测，从金属离子和醌类物质两个方面探讨了诱导OH自由基的原因和影响因素。结果表明：在非细胞的人工肺流体中，Fe和醌类物质同时存在时，由于两者的螯合作用能促进OH自由基的产生；在Fe(Ⅱ) 离子存在的条件下，抗坏血酸(Asc)和柠檬酸(Cit)两种抗氧化剂配制的人工肺流体（SLF）能使OH自由基的量有明显增加，而谷胱甘肽(GHS)和尿酸(UA)的加入对金属诱导产生的OH自由基影响不大；对广州不同源的实际PM2.5样品中OH自由基的量进行比较可知，汽车尾气排放的PM2.5诱导产生的OH自由基是餐饮油烟的1.2倍左右；广州城区PM2.5样品产生的OH自由基多于乡村；且冬季和夏季PM2.5的浓度峰值都对应OH自由基的最大值。受本课题的资助，目前项目获得了一定的科研成果，共有5篇科研论文在国际期刊（SCI收录）发表，2项实用新型专利已授权，4项发明专利已提交申请，2013年中国环境科学学会年会论文获得了 “浦华环保优秀论文奖”二等奖一项，另外发表软件著作权1项，这为课题仍在继续进行的后续成果的总结和发表奠定了良好的基础。课题中进行的PM2.5在人工肺流体中诱导产生的氢氧自由基的研究工作以及在国内同行中已发表的科研成果，属国内大气环境与健康领域领先的研究成果之一。项目开展期间，资助1名硕士研究生和1名博士研究生，已毕业。目前，本课题的多项数据仍在进一步整理和完善中，多项工作手稿会陆续成为最终的科研成果。