借助放射性同位素示踪技术研究高分散纳米氧化铁的生物累积
黄彬
1，缪爱军
2*
1. 南京师范大学 环境学院，南京 210023；2. 南京大学 环境学院 污染控制与资源化研究国家重点实验室，南京 210023
基金项目：国家自然科学基金(No. 21822605, 21677068)；中国公共科学技术研究基金海洋项目(No. 201505034)
第一作者简介: 黄彬（1988—），男，副教授，研究方向：纳米颗粒的生态毒理. E-mail：huangb@njnu.edu.cn
*通信作者简介：缪爱军(1981—)，男，教授、“优秀青年科学基金”获得者，研究方向：环境污染物的环境行为及与生物之间的相互作用，E-mail：miaoaj@nju.edu.cn
纳米颗粒（NPs）是指至少在二维尺度上介于1-100 nm的颗粒。因特殊的理化性质，它们被广泛应用于多种领域。这些NPs中有相当一部分在生产、运输和利用过程中释放到生环境中，可能会对生态环境和人类健康产生负面影响（缪爱军等，2010）。目前的纳米生态毒理研究大多使用趋于形成团聚体的NPs作为研究对象。有关NPs团聚体的毒理研究结果是否能扩展到分散性较好的NPs上还不是很清楚。另外，由于缺乏合适的定量手段，人们对决定NPs毒性的关键因素（NPs的生物累积动力学）了解较少。同时，纳米颗粒的生物累积会受到各种理化条件的影响（比如，营养盐、其他纳米颗粒的共存）。对这些影响因素的研究能更好地评估其生物安全风险。
本研究采用了一种简易的方法合成了具有高分散性、适用于纳米生态毒理研究的Fe-55标记的纳米氧化铁（α-Fe
2O
3）（黄彬等，2016），并揭示了氮对这种纳米α-Fe
2O
3在淡水裸藻（
Euglena intermedia）中的生物累积动力学的影响（黄彬等，2017）。本研究还首次采用高光谱受激拉曼散射（SRS）显微镜成像研究纳米α-Fe
2O
3和纳米TiO
2共同存在情况下它们在嗜热四膜虫（
Tetrahymena thermophila）体内的累积和亚细胞分布（黄彬等，2018）。
首先，我们合成了聚丙烯酸钠（PAA）包裹的纳米氧化铁（α-Fe
2O
3）。这种形式的纳米α-Fe
2O
3能很好的分散在这几种培养基中。为了更好的测定纳米颗粒的生物累积，我们合成了Fe-55标记的纳米α-Fe
2O
3。这种放射性标记的纳米α-Fe
2O
3能做为模式材料来研究纳米颗粒的生物累积。
接着，我们用放射性同位素示踪技术研究了正常营养盐和氮缺乏条件下纳米α-Fe
2O
3在裸藻中的生物累积动力学。在短期吸收实验中，氮缺乏条件下，裸藻对纳米α-Fe
2O
3的累积和吸收速率都明显高于正常营养盐条件。这种氮限制诱导了纳米α-Fe
2O
3在细胞表面的吸附进而使进入细胞的吸收增加。这种诱导效应随后被发现和氮限制条件下裸藻细胞表面粗糙增加和细胞表面粘附多糖升高有关。
另外，我们还研究了纳米α-Fe
2O
3和纳米TiO
2共存时四膜虫对它们的吸收和累积。结果发现，两者共存时会相互抑制对方的吸收和累积。两种纳米粒子由于吸收途径不同而具有不同的亚细胞分布模式。结合传统的生物动力学实验，高光谱SRS成像揭示了异质纳米颗粒之间的竞争吸收。实验证明高光谱SRS在定性和定量研究纳米颗粒在单细胞吸收途径和靶点的分析中是一种有力的工具。因此，高光谱SRS可以用来提高我们对纳米颗粒在细胞的吸附、代谢、分布的累积和排出的认识，从而揭示细胞内纳米颗粒与生物分子的相互作用。
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