【摘要】：石墨烯自合成以來就因其新穎的特性以及在工業(yè)或科學(xué)領(lǐng)域廣闊的應(yīng)用前景而備受矚目。隨著其在消費(fèi)品中的使用日益增加,在石墨烯納米產(chǎn)品的生產(chǎn)和使用過程中,其中包含的石墨烯將不可避免通過各種途徑釋放到環(huán)境中去,對陸生和水生生物以及人體健康造成影響。在污染物環(huán)境與健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)中,暴露過程研究是必不可少的環(huán)節(jié),對生物體在實(shí)際環(huán)境中的暴露劑量進(jìn)行準(zhǔn)確定量是影響風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)結(jié)果可靠性的重要因素。尤其是對水環(huán)境中水生生物對石墨烯的富集、凈化和隨食物鏈傳遞等過程的認(rèn)識的不足,會導(dǎo)致對水生生物實(shí)際暴露劑量發(fā)生偏差,引起實(shí)際毒性效應(yīng)與實(shí)驗(yàn)室毒性測試結(jié)果之間的差異和不確定性。因此對石墨烯在生物體內(nèi)的富集凈化以及隨食物鏈傳遞行為進(jìn)行定量研究是對石墨烯進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)的重要組成部分。針對目前石墨烯及其衍生物(GFNs)在復(fù)雜環(huán)境和生物樣品中定量檢測方法的匱乏及其在生態(tài)環(huán)境尤其是水環(huán)境中生物暴露研究的不足,本論文建立了由細(xì)菌大腸桿菌(Escherichia coli)—原生動物四膜蟲(Tetrahymenathermophila)構(gòu)成的微生物食物鏈以及無脊椎動物大型蚤(Daphnia magna)—脊椎動物斑馬魚(Danio rerio)構(gòu)成的水生生物食物鏈以研究石墨烯在各營養(yǎng)級水生生物體內(nèi)的積累、凈化以及隨食物鏈傳遞的規(guī)律。本論文主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:(1)本文以14C標(biāo)記的苯酚為原料直接合成石墨烯,將放射性碳素原位標(biāo)記在石墨烯上,合成了 14C標(biāo)記的多層石墨烯(14C-FLG),利用放射性同位素檢測手段實(shí)現(xiàn)了石墨烯的準(zhǔn)確定量,使定量檢測復(fù)雜環(huán)境樣品和生物樣品中石墨烯的方法合理有效。暴露實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明FLG能在大型蚤體內(nèi)大量富集。在250μg/L FLG溶液中暴露24 h后,大型蚤體內(nèi)的FLG含量可達(dá)蚤體干重的1%。同時(shí),在人工清潔水(AF)中,大型蚤能將體內(nèi)的FLG排出體外,但是無論初始FLG暴露濃度是多少,經(jīng)過24h的凈化后其體內(nèi)依然有FLG殘留且殘留量在繼續(xù)凈化后基本保持恒定。在凈化過程中混入綠藻或腐殖酸將使體內(nèi)積累的FLG排出90%以上,但依然有部分殘留在蚤體內(nèi)。而且積累了 FLG的成年大型蚤在排泄后其體內(nèi)殘留的FLG甚至有可能傳遞到子代幼蚤體內(nèi)。(2)本文深入探索了 FLG通過水相暴露在脊椎動物斑馬魚體內(nèi)的富集、分布以及凈化行為。我們將成年斑馬魚暴露在14C-FLG分散液中,檢測魚體內(nèi)積累FLG的含量。結(jié)果顯示FLG能在魚體內(nèi)大量積累。在濃度為250μg/L的FLG中暴露48小時(shí)后,斑馬魚體內(nèi)的FLG富集量達(dá)48 mg/kg魚干重,但是一旦斑馬魚被轉(zhuǎn)移到干凈水體中,凈化很快發(fā)生,12h后魚體內(nèi)積累的FLG幾乎全部排出體外。這可能是由于FLG主要積累在斑馬魚的腸道內(nèi),無法穿透腸道壁細(xì)胞遷移到其他組織器官引起的。對FLG在受暴露斑馬魚體內(nèi)的分布研究證實(shí)了以上假設(shè),結(jié)果顯示,約98.3%的富集FLG都分布在魚腸道內(nèi),剩余的FLG只在魚鰓中有檢出。而自然界廣泛存在的天然有機(jī)質(zhì)(NOM)能使FLG的富集量升高,為無NOM條件下的2.5倍,同時(shí),與NOM發(fā)生相互作用的FLG能在魚體內(nèi)停留更長時(shí)間難以從魚體內(nèi)排出。然而,NOM的存在并不能使FLG穿透腸壁細(xì)胞進(jìn)入魚體其他組織。此外,雖然FLG能在斑馬魚腸道中大量積累,但是其對水生生物腸道微生物群落的豐度和多樣性并未造成明顯擾亂。但是FLG可能在腸道細(xì)菌外壁發(fā)生聚積并與其細(xì)胞壁結(jié)合,對細(xì)菌本身活性造成一定損失。(3)本文構(gòu)建了由大腸桿菌—四膜蟲構(gòu)成的微生物食物鏈和由大型蚤—斑馬魚構(gòu)成的水生生物食物鏈來簡單模擬完整的水生生態(tài)系統(tǒng)。我們首先考察了微生物對FLG的生物富集,結(jié)果顯示FLG極易與細(xì)菌結(jié)合,而FLG結(jié)合方式更有可能僅僅是附著在細(xì)菌上而非積累在細(xì)菌體內(nèi)。四膜蟲也對FLG具有很強(qiáng)的富集能力,富集量受暴露溶液濃度和暴露時(shí)長影響,暴露濃度越高富集量越大,暴露8h時(shí)后富集量達(dá)到最大,并且在之后的暴露中趨于穩(wěn)態(tài)。各時(shí)間點(diǎn)對應(yīng)的log BCFs為4.7-6.1,表明FLG非常易于在四膜蟲體內(nèi)積累。而當(dāng)FLG通過食物鏈傳遞到四膜蟲體內(nèi)時(shí),FLG在其體內(nèi)的富集量遠(yuǎn)小于通過水相直接暴露,雖然FLG能在食物鏈間傳遞,但是計(jì)算所得在攝食暴露的各時(shí)間點(diǎn)FLG的生物放大系數(shù)(BMF)在2.12至53.85之間,因此表現(xiàn)出生物放大效應(yīng)。而在我們構(gòu)建的水生生物食物鏈(大型蚤—斑馬魚)中,數(shù)據(jù)表明FLG能從低營養(yǎng)級無脊椎動物通過食物鏈傳遞到高營養(yǎng)級的水生脊椎動物體內(nèi),而且食物鏈傳遞可能是FLG在水生生物體內(nèi)發(fā)生積累的重要途徑之一。而FLG在此食物鏈傳遞過程中的生物放大系數(shù)為0.009(BMF1),說明這一傳遞過程并沒有發(fā)生生物放大作用。與水相暴露相比,通過食物鏈傳遞被斑馬魚富集的FLG更加難以被生物自身凈化,雖然FLG仍主要存在于斑馬魚腸道中,但在其肝臟和殘?bào)w中也能檢測到一定量FLG,這也可能是其更難被凈化的原因之一。
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：X132
【圖文】：

離心后收集黑色粉末，用水和無水酒精洗１０遍以上以保證石墨烯的純度。逡逑然后在４０°Ｃ下真空干燥１２邋ｈ后收集粉末，即為最終１４Ｃ－石墨烯產(chǎn)物。合成方法逡逑過程及原理如圖２－１所示。逡逑２．２．３石墨烯在水中的分散逡逑首先使用量熱法確定超聲分散儀的能量傳遞功率。配制３００邋ｍＬ人工清潔水逡逑（ＡＦ；邋ＣａＣｂ－２Ｈ２0，邋５８．８ｍｇ／Ｌ；邋ＭｇＳ０４２Ｈ２０，邋２４．７ｍｇ／Ｌ；邋ＮａＨＣ０３，邋１３．０ｒａｇ／Ｌ；逡逑ＫＣ１，１．２ｍｇ／Ｌ；水硬度［Ｃａ２＋］邋＋邋［Ｍｇ２＋］邋＝邋０．５ｍｍｏｌ／Ｌ）邋［１５５］盛于邋５００ｍＬ邋燒杯中，逡逑２０逡逑

ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋ｐｌｏｔ邋ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ邋ｂｙ邋ｔｈｅ邋ＢＪＨ邋ｆｏｒｍｕｌａ邋ｉｎ邋ｔｈｅ邋ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ邋ｂｒａｎｃｈ邋ｉｓｏｔｈｅｒｍ），邋ａｎｄ邋（ｆ）邋ＸＰＳ逡逑ｓｐｅｃｔｒｕｍ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｇｒａｐｈｅｎｅ邋ｐｏｗｄｅｒ．逡逑石墨烯的ＴＥＭ圖像如圖２－２邋ａ所示，可清晰觀察到石墨烯典型的褶皺片層，逡逑圖２－２邋ｂ顯示的ＨＲＴＥＭ圖像表明石墨烯片層層數(shù)主要為四層，層間距約為０．３４４逡逑ｎｍ，這與石墨的層間距一致［ｌ５７Ｊ５８］，ＳＥＭ圖像（圖２－２ｃ）則表明大部分石墨烯逡逑呈摺皺的葉片狀并為聚集態(tài)納米層，由ＴＥＭ和ＳＥＭ圖像可證實(shí)超聲并不會改逡逑２６逡逑

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 劉在平;張松林;李運(yùn)彩;;斑馬魚在生態(tài)毒理學(xué)研究中的應(yīng)用[J];江西農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào);2010年07期

本文編號：2737030