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    我国学者在石墨烯纳米环境化学研究方面取得重要进展

    日期 2018-08-17   来源:化学科学部   作者:庄乾坤 王春霞 汪美贞 陈拥军  【 】   【打印】   【关闭

    图. 水稻中石墨烯的分布、迁移及其在叶片中的转化示意图

      在国家自然科学基金项目(项目编号:21377049,21677074)等资助下,南京大学环境学院毛亮研究组与国内外相关学者合作,对水稻中石墨烯的检测、富集、分布及转化进行系统研究,取得重要进展。研究成果以“Transformation of 14C-labeled Graphene to 14CO2 in the Shoots of Rice Plant”(碳14标记石墨烯在水稻茎叶中转化为二氧化碳)为题,于2018年7月10日在Angewandte Chemie-International Edition(《德国应用化学》)上发表,论文链接为:https://doi.org/10.1002/anie.201805099。

      石墨烯潜在的环境风险已经引起科学家们的广泛关注,但由于石墨烯在环境复杂样品中难以追踪和定量,导致目前研究主要关注还只是石墨烯自身引起的生物效应,而对石墨烯进入生物体的内暴露剂量和存在形态这个关键科学问题的研究还相对较少。生物体石墨烯的内暴露剂量和内暴露形态是揭示石墨烯引发生物响应机制的核心,也是纳米毒理学的前沿,更是评估石墨烯环境风险的关键。

      针对“生物体石墨烯的内暴露剂量及内暴露形态”这一关键科学问题,毛亮研究组成功合成了14C标记的石墨烯,率先解决复杂样品中石墨烯难以定量检测的科学难题,进一步以水稻为典型作物,重点研究14C标记的石墨烯在水稻中富集、分布、迁移和转化。研究发现,暴露于250 μg/L石墨烯悬浮液7天后,水稻根部摄入石墨烯的量高达694.8 mg/kg(干重),与此同时石墨烯能够快速地从根部转移到水稻的茎叶;更重要的是,石墨烯能够穿透水稻叶片的细胞壁和细胞膜进入到叶绿体中,且在摄入石墨烯的叶片中检测出了羟基自由基的存在。实验捕获的大量14CO2证实水稻茎叶摄入的石墨烯能够被矿化,这应是由叶片中自由基(ROS)对石墨烯的攻击作用引起的(如图)。体外实验也证实羟基自由基能够氧化石墨烯生成二氧化碳,导致石墨烯自身尺寸逐步减小、表面含氧功能团增多。长周期实验表明,虽然水稻能够摄入石墨烯,但停止石墨烯暴露后约15天,摄入茎叶中的石墨烯消失,收获的大米中也未检测到石墨烯残留,石墨烯总量守恒的计算结果进一步证实了石墨烯在水稻中被矿化的结论。




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