中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心環(huán)境化學(xué)與生態(tài)毒理學(xué)國家重點實驗室劉思金團隊通過多方合作在顆粒物的環(huán)境過程、毒理與轉(zhuǎn)化等研究中取得進展，相關(guān)研究成果陸續(xù)發(fā)表于Small，Nano Today和NPG Asia Materials等期刊上。

在自然環(huán)境場景下，顆粒物會發(fā)生復(fù)雜的環(huán)境轉(zhuǎn)化過程，最終決定顆粒物的環(huán)境歸趨與健康風(fēng)險。該研究組發(fā)現(xiàn)，水環(huán)境條件的變化（如pH值、離子強度、有機分子組分），會引起銀納米顆粒（AgNPs）發(fā)生溶解、重結(jié)晶、聚集等多種轉(zhuǎn)化過程，進而作用于多種重要的生物功能大分子（如GST和ERα），進而導(dǎo)致氧化應(yīng)激損傷、細(xì)胞代謝紊亂和細(xì)胞死亡等（圖一）。在大氣環(huán)境中，臭氧則會加速顆粒物老化，改變其表面含氧化學(xué)基團與性質(zhì)，影響顆粒物的紅細(xì)胞與巨噬細(xì)胞毒性。

在納米顆粒表面，生態(tài)大分子（如NOM、EPS、蛋白）會發(fā)生復(fù)雜的吸附過程，并形成環(huán)境冠（environmental corona）的界面結(jié)構(gòu)，顯著影響納米顆粒的環(huán)境行為與生物效應(yīng)。針對上述科學(xué)問題，該團隊系統(tǒng)回顧并綜述了納米顆粒的環(huán)境冠界面特征、對納米顆粒環(huán)境行為與生物效應(yīng)的影響、環(huán)境冠影響納米—生物界面作用的主要機理，提出了未來該領(lǐng)域研究所面臨的主要問題與挑戰(zhàn)（圖二）。

在上述環(huán)境毒理研究的基礎(chǔ)上，團隊開展了納米材料抗病原微生物的轉(zhuǎn)化毒理研究，與復(fù)旦大學(xué)教授蔡啟良合作發(fā)現(xiàn)，AgNPs能夠更有效地誘導(dǎo)病毒感染細(xì)胞發(fā)生自噬，并通過直接破壞病毒顆粒以阻斷其復(fù)制，從而抑制其集落形成。同時，該研究團隊也對新型納米制劑抗病原微生物的治療策略與方法進行了評述與展望。研究人員與廈門大學(xué)教授鄭南峰合作，基于理論模型分析，設(shè)計并制備了具有高抑菌活性的新型銀納米團簇（AgNCs）。AgNCs通過類過氧化物酶活性增強活性氧自由基產(chǎn)生、破壞氧化呼吸鏈電子傳遞、降低細(xì)菌運動能力、抑制生物膜形成，高效殺滅耐藥性銅綠假單胞菌（P. aeruginosa），該研究工作為解決P. aeruginosa耐藥性問題提出新思路（圖三）。

以上研究工作得到了國家自然科學(xué)基金委、北京市自然科學(xué)基金委以及中科院國際合作項目的支持。

論文鏈接：

1 https://link.springer.com/article/10.1186/s12989-019-0322-4

2 https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smll.202003691

3 https://www.nature.com/articles/s41427-020-00239-y

4 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1748013220301456?dgcid=author

圖一. 銀納米顆粒誘發(fā)細(xì)胞毒性機制的示意圖

圖二. 水環(huán)境中納米顆粒表面形成“環(huán)境冠”的主要特征示意圖

圖三. 雙親性銀納米團簇抗多耐藥細(xì)菌的作用機制示意圖