碳纳米管对锦鲫的环境健康风险评价.docx

摘 要本文以单壁碳纳米管(SWCNTs)为研究对象，锦鲫为受试对象，采用实验室半静态染毒方法，分析暴露在不同浓度(10μg/L、100μg/L、1000μg/L)的单壁碳纳米管溶液在7、14、21、28天后鱼体肝脏内蛋白浓度、SOD活性和CAT活性等指标，探讨其潜在的致毒机制实验结果表明，与空白组对比，SWCNTs高低浓度对蛋白质含量没有显著性影响；在实验前期，实验浓度为10ug/L的SWCNTs没有明显的影响到CAT活性和SOD活性，但是随着时间的增加，在28天后对CAT、SOD活性都出现抑制现象；100ug/L的SWCNTs除了在暴露第7天SOD活性和暴露14天CAT活性受到轻微诱导外，其他时候的酶活性都受到不同程度的抑制；随着浓度和染毒暴露时间的增加，1000ug/L高浓度组的SOD活性均受到抑制，肝脏也有不同程度的损伤，CAT活性也受到抑制，而且染毒时间越长，效果越明显关键词：锦鲫；SOD；CAT；单壁碳纳米管Abstract The potential toxicogenic mechanism of single-walled carbon nanotube solution exposed to different concentrations (10μg/L、100μg/L、1000μg/L) after 7,14,21 and 28 days in the liver of fish was investigated by using the laboratory semi-static method using single-walled carbon nanotube (SWCNTs) as the subject. Compared with the blank group, the SWCNTs concentration had no significant effect on protein content. Prior to the experiment, the SWCNTs with 10 ug/L did not significantly affect the CAT activity and SOD activity, but with the increase of time, the inhibition of CAT、SOD activity appeared after 28 days.The SWCNTs activity of 100 ug/L was inhibited to varying degrees except SOD slight induction on day 7 and 14. With the increase of concentration and exposure time, the SOD activity of 1000 ug/L high concentration group was inhibited, and the liver was damaged to varying degrees, and the CAT activity was also inhibited, and the longer the exposure time was, the more obvious the effect was.Keywords：carassiusauratus;SOD;CAT;single walled carbon nanotubes;目 录1 引言 11.1 碳纳米管的概述 11.2 碳纳米管的性能及应用 11.2.1 电学性能 11.2.2 力学性能 11.2.3 热学性能 21.2.4 光学性能 21.2.5 碳纳米管在锂离子电池中的应用 21.3 SWCNTs在水体的环境行为 31.4 SWCNTs的致毒原理学研究 31.5 抗氧化剂的防御检测系统在各种生物化学标志物的应用研究 41.5.1 生物体的活性氧及其致毒机制 41.5.2抗氧化防御系统 51.6 研究目的及意义 52 实验部分 52.1 实验仪器与试剂 62.2 实验步骤 62.2.1 锦鲫的驯养 62.2.2 单壁碳纳米管的超声分散 62.2.3 染毒实验 72.2.4 取样和制备样品 72.2.5 总蛋白测定 72.2.6 SOD活性测定 72.2.7 CAT活性测定 83 结果与讨论 83.1 结果分析 83.1.1 SWCNTs对锦鲫肝脏内的蛋白质浓度的影响 83.1.2 SWCNTs对锦鲫肝脏中的SOD酶活性的影响 93.1.3 SWCNTs对锦鲫肝脏中的CAT酶活性的影响 103.2 讨论 124 结论 145 展望 14参考文献 16致谢 17 单壁碳纳米管对锦鲫的环境健康风险评价1 引言1.1 碳纳米管的概述单壁碳纳米管(carbonnanotubes,cnts),也叫巴基管,它的分子结构比较独特，近几年，在力学方面兴起，是一种很好的力学材料。

表面看起来像管状，两边都有密封口，沿着直径方向的长度值是纳米级别的，垂直于直径方向的长度值则用百万微米马克量级来表示CNTs主要由一条呈六个四边形横向排列的六个碳原子连接构成的有数层大小到数十层的轴向同轴螺旋圆管碳固体纳米材料管体结构作为一维的新型碳固体纳米材料,重量轻,六个四边形状的管体成型结构而且两端连接完美,具有许多异常的性能，比如在化学、物理、电学、力学等方面，都被很好的利用在近几年CNTs的运用范围也越来越高，利用碳纳米管特殊的性质可以解决现实生活中很多问题，使得碳纳米管和其他一些纳米材料的市场前景也不断地将其充分展现和实现了展示出来，被运用到各个领域但是每样东西的投入使用都有利有弊，经过调查研究发现碳纳米管对水生生物的生长也有一定的危害性，在进入水体后，可能对水体环境会产生长期危害1.2 碳纳米管的性能及应用1.2.1 电学性能sp2杂化的每一个正价碳原子都必须拥有一个未与键成对的正价电子使它垂直于晶体片层的一个π电子轨道上,这也就赋予了这种碳纳米管优良的化学导电杂化性能碳纳米管最大时的承载电流密度最高能够可达到109a▪cm-2,是普通铜的最大导电性的1000倍可将其直接用作极细小的充电导线,典型的实际应用景是目前在各种锂离子燃料电池中将其作为一种导电剂广泛使用。

半导的活性碳纳米管在高端微电子集成设备制造领域将具有更广阔更长远的市场应用1.2.2 力学性能sp2杂化的c-cσ金属键它是目前世界化学研究领域中已知的最强的几种化学金属键之一,碳纳米管的横向屈服能力强度在几百gpa量级,杨氏模量在 TPa 量级,远远要高于防弹衣用的碳纤维、耐用碳纤维和其他钢材所以在以后有望能够彻底替代传统碳纤维材料成为新型的高强度复合材料1.2.3 热学性能碳纳米管是目前室温下声子导热控制性能最高的导热材料，它轴向的散热导热功率很高，最高可以达到6600W/(m K),再加上它在声子导热控制系统的平均声子自由程比较大，所以被认为是目前自然界中已知所有的导热材料中热学性能最高的,也是目前电子散热设备中高效的声子散热控制材料，是金刚石的3倍以上1.2.4 光学性能一方面，碳纳米管电子波矢在光学性能上两个环向被量子化,因为之间存在着较多的范霍夫奇点,所以这种光学电子吸收峰很多而且强烈；另一方面由于碳纳米管的波矢量在两个轴向上连续,所以电子和声子间容易同时发生散射,这两种光学特性相结合从而形成了这种碳纳米管的特别的电子光学吸收性能高能量的反射光子在进入到反射后转变成一个低能量的反射光子,使用的碳纳米管可以产生光发生反射现象，同时它还具有通过电致驱动发光灯的现象。

在碳纳米管中,将这种碳纤维纳米型灯管制作成功率为15w的节能灯管时,光强可以达到10000cd/m2,寿命延长可能会达到10000h1.2.5 碳纳米管在锂离子电池中的应用因为这种碳纳米管材料具有102～104的最小长径伸缩比、导电率和性能优异,所以目前主要广泛用于制造锂离子燃料电池及其正极端的导电导体材料碳纳米管技术可以在活性炭黑物质之间连接形成优异的新型长程分子导电传输网络,从而提高各种电子元件运输时的效率,可以有效替代目前传统的活性炭黑作为导电剂,从而减少化学添加剂用量,提高铅酸电池中的能量聚集密度,改善铅酸电池的分子电化学性能在锂离子燃料电池的产品商业化研发应用领域方面,我们有限公司已成功率先进入韩国三星的ssdi、国轩高科、比亚迪、比克、卓能、天劲等在国内外大家熟悉的锂离子燃料电池研发生产制造企业的电池供应链管理系统,产品质量、性能等均得到广大客户一致认可除此之外,碳纳米管因为其优异的绝缘导电性从而在各种抗氧化静电弹性涂料、导电高分子、橡胶、导电弹性塑料等的母粒中广泛应用,碳纳米管每个轴向的绝缘抗拉伸性强度几乎是普通钢铁的100倍,而它的重量几乎只有普通钢的16.67%,因此它还可以被应用在其他聚合物材料基体中比如形成弹性增强型的复合材料等等。

1.3 SWCNTs在水体的环境行为一方面，因为SWCNTs重量轻，所以可以扩散在空气中而被接触的动物体所吸收，另一方面，几乎所有的SWCNTs都会经过各种方式各种途径最终进入水体中而影响水体中各种生物或产生其他污染物因为SWCNTs几乎会影响到地球上的大部分生物，所以就有必要研究SWCNTs所产生的环境风险影响虽然在水体环境中SWCNTs的溶解度非常小，且并不容易发生聚集现象并飘散在水体但是，在固定的条件下，SWCNTs也可以相对稳定地在水体中悬浮，如溶液的离子强度、表面活性剂和溶解性有机质等因素[1]一方面，研究发现，阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂以及非离子表面性剂溶液都可以使碳纳米管在溶液中稳定悬浮表面活性剂可以通过增大碳结构表面积使得碳纳米管在水溶液中更易分散于晓东[2]研究表明表面活性剂对CNT在水溶液的悬浮性能够产生显著影响，且按对CNT悬浮效果好坏顺序为阳离子表面活性剂>阴离子表面活性剂>非离子表面活性剂曹建明[3]研究发现阴阳离子复配对碳纳米管在水溶液的分散的稳定性效果最好另一方面，水体中离子的存在会对SWCNTs的聚集和分散产生影响研究表明，经切割以及酸处理后的SWCNTs能够形成稳定的胶体溶液，且随着溶液浓度的增大，也会发生聚集作用[4]。

从溶解性有机质方面来讲，碳纳米管能够与水环境中的溶解性有机分子结合，从而提高其在水溶液中的分散能力和稳定性能梁跃等[5]发现，天然有机质能使MWCNTs稳定悬浮，且随着浓度的增加MWCNTs在溶液中的稳定性逐渐增强1.4 SWCNTs的致毒原理学研究综合国内外对碳纳米管进行的各种体内和体外毒理实验的研究报道发现，碳纳米管材料会对器官，组织和细胞产生损伤，并引起生物毒理学效应，如疾病甚至有机体死亡[6]HYUNG等[7-8]的研究表明，碳纳米管进入水环境后，能够与水体中的溶解性有机质结合从而提高其在水中的分散能力和稳定性，极有可能会对水生物造成危害关于纳米尺寸的超细颗粒物的损伤或毒理机制有许多假设，但有一个共同的机制，即：氧化应激[9]贾光等[10]研究发现，SWCNTs和MWCNTs对细胞的抑制率分别为20%和15%，说明SWCNTs具有较强的毒性且毒性效应大于MWCNTs唐志扬等[11]将斑马鱼置于不同浓度的单壁碳纳米管悬浊液中暴露28天，结果表明，单壁碳纳米管对斑马鱼肝、腮、脑组织中GSH和SOD活性没有产生显著影响，但能使Na+-K+-ATPase活性显著升高Sharma等[12]研究发现。