Eunjoo Bae1 Hee-Jin Park1 Jaeyong Yoon1 Younghun Kim2 Kyunghee Choi3 Jongheop Yi1 著

　　韓立新4譯

　　(1 首爾國立大學化學與生物工程學院 首爾 151742

　　2 光云大學化學工程學系 首爾 139701

　　3 國家環(huán)境研究所 仁川 404708

　　4 中國腐植酸工業(yè)協(xié)會 北京 100120)

　　摘 要：銀納米粒子(AgNPs)是一種潛在的抗菌材料，會引起細胞膜的損傷，并能產(chǎn)生活性氧(ROS)。由此產(chǎn)生的細胞膜的結(jié)構(gòu)性變化能夠增加銀離子和AgNPs在細胞中的滲透能力。為了進一步闡述這個問題，我們測試了這種納米材料的體內(nèi)和體外細胞毒性，并通過這種方法來量化和評估它們的納米毒性?？紤]到AgNPs在環(huán)境中的行為，毒性可能受到其物理化學性質(zhì)(尺寸、附聚率、在腐植酸上的吸附性能)和毒性抑制性質(zhì)的差異影響。我們通過附聚和吸附動力學研究了細胞吸收AgNPs的作用。試驗發(fā)現(xiàn)，尺寸小于14nm的AgNPs的附聚和吸附高于尺寸為90nm和140nm的AgNPs的附聚和吸附。對于大小為90nm和140nm的AgNPs，吸附作用顯著大于附聚作用。值得注意的是，在正規(guī)概念下，AgNPs越小越容易被吸收這一正常概念在非生物因素相互作用下可能是錯誤的。

　　關鍵詞：銀納米粒子 附聚 吸附 腐植酸 鹽度 大腸桿菌

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　　中圖分類號：O647.3 TQ314.1 文獻標識碼：A 文章編號：1671-9212(2013)03-0031-06

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　　Bacterial Uptake of Silver Nanoparticles in the Presence of Humic Acid and AgNO3

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　　Eunjoo Bae1, Hee-Jin Park1, Jaeyong Yoon1, Younghun Kim2, Kyunghee Choi3, Jongheop Yi1 write

　　Han Lixin4 translate

　　(1 School of Chemical and Biological Engineering, Seoul National University, Seoul, 151742

　　2 Department of Chemical Engineering, Kwangwoon University, Seoul, 139701

　　3 National Institute of Environmental Research, Incheon, 404708

　　4 China Humic Acid Industry Association, Beijing, 100120)

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　　Abstract: Silver nanoparticles(AgNPs), potent antibiotic materials, have been found to cause cell-membrane damage and produce reactive oxygen species(ROS). The resultant structural change in the cell-membrane could cause an increase in cell permeability of silver ions and AgNPs. To address this issue further, in-vivo and in-vitro cytotoxicity testing of as-made nanomaterials was conducted to quantify and assess their nanotoxicity. Considering the behavior of AgNPs in the environment, toxicity may be reflected by differences in their physicochemical properties(size, agglomeration rate, adsorption properties on humic acid) dependency and toxicity depression. Therefore, we investigated the effect

　　of the cellular uptake of AgNPs with the kinetics of agglomeration and adsorption. The amount of agglomerated and adsorbed AgNPs with sizes of <14 nm was higher than that for AgNPs with sizes of 90 and 140nm. For 90 and 140nm sized AgNPs, adsorption was more significant than agglomeration. It is noteworthy that the normal concept that smaller sized AgNPs are taken up more readily may be in error in cases of interactions of abiotic factors.

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　　Key words: silver nanoparticle; agglomeration; adsorption; humic acid; salinity; Escherichia coli

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　　由于納米材料對環(huán)境影響的不確定性，目前這種工程材料的安全性受到科學界、學術界、工業(yè)領域和監(jiān)管部門的廣泛關注。銀納米粒子(AgNPs)是能造成水污染的物質(zhì)，目前已經(jīng)有報道稱該材料能夠影響很多環(huán)境體系如細菌細胞、水生生物如斑馬魚和藻類等。最近有報道稱AgNPs的抗菌機理與自由基的形成和隨后的自由基誘導膜損害有關。Hwang等人報道稱AgNPs與銀離子有協(xié)同毒效。這是由于銀離子進入細胞并產(chǎn)生活性氧(ROS)。此外，AgNPs造成的細胞膜損害能夠增強對細胞的滲透性，從而導致細胞質(zhì)膜的一個不可控的傳輸，最終導致細胞死亡。

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　　然而，由于在毒性測試過程中必須模擬自然環(huán)境，因此納米材料的毒理學研究經(jīng)常受到穩(wěn)定性或者測量體系中天然物質(zhì)的作用影響。環(huán)境中的工程納米粒子行為受環(huán)境因素如天然有機物(NOM)、鹽等影響，使其產(chǎn)生附聚、沉降和吸附等。納米粒子在自然環(huán)境的初期就會發(fā)生附聚作用，這就決定了其進入細胞中的命運和傳輸限制。納米粒子的大小是吸收率的間接主導因素并與附聚相關?？紤]到AgNPs在環(huán)境中的行為，其毒性程度的不同取決于AgNPs的大小和毒性抑制。此外，AgNPs在環(huán)境中的行為似乎和外在非生物參數(shù)如離子強度(IS)和腐植酸(HA)的存在有關。在此，HA作為NOM的主要組成部分，它的結(jié)構(gòu)中含有很多烷基鏈和芳環(huán)單元，因此能夠吸附金屬，水合金屬氧化物，螯合多價陽離子等。當HA被吸附到納米粒子的表面時，體系出現(xiàn)依賴pH的電荷，該電荷受例如礦物粒子的靜電作用影響。當pH值較高時，納米粒子帶負電或者幾乎不帶電，吸附的HA量不多。因此，HA與AgNPs的相互作用可能受水相中HA濃度的影響。H A分子中的支鏈可能導致其形成寬松的圈狀結(jié)構(gòu)，或者網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，達到一個影響與鹽附聚的程度。由于HA具有大分子的性質(zhì)，HA對AgNPs的吸附也能夠與鹽的行為進行比較。當AgNPs暴露于環(huán)境中，它們與環(huán)境因素相互作用，在水相中擴散、吸附于細胞表面，并進入細胞(示意圖1)。