郭荣波等开发出核壳模式塑料合成方法用于纳米塑料环境行为研究

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纳米塑料（Nanoplastics，NPs）的污染效应越来越受到重视，研究发现NPs会引起包括物理损伤、氧化应激、细胞信号传导受损、发育缺陷和遗传损伤等在内的多种不良影响。然而，受NPs本身性质和环境因素的影响，环境中NPs的准确跟踪监测和可靠定量分析问题仍然亟待解决。尽管如此，实验室中纳米塑料毒理及环境行为研究，可为其污染防治、毒理效应研究提供参考。为此，纳米塑料的可控合成及定量化十分重要。
　　青岛能源所工业生物燃气研究中心开发了一种核壳模式塑料（Au@NPs，图1）可控合成的方法。此核壳纳米塑料以金纳米粒子（Au）为核，实现塑料的定量检测；以聚苯乙烯为壳，赋予其塑料的性质。此外，可通过引发剂及反应时间调控，实现纳米塑料表面电荷和粒径的可控调节。

　　图1 核壳Au@NPs的合成过程及其表征。

　　随后，研究选取了六种环境基质，包括海水、湖水、污水、废污泥、土壤和沉积物，研究了Au@NPs从不同环境介质中的回收率以评估其作为模式塑料的可行性。结果表明Au@NPs的回收率均达到80%以上，并且在1%过氧化氢溶液，模拟胃液、酸以及碱的不同环境因素下也表现出优异的抗性。在此基础上，将合成的核壳式Au@NPs应用于淡水体系NPs的环境行为研究中发现，不同性质的Au@NPs能够对蓝藻和浮萍产生相应的生态毒性效应，且通过ICP-MS对生物体各部位NPs的含量进行了定量分析，而共聚焦激光扫描显微镜散射光成像技术也观察到了核壳式Au@NPs在生物体内的分布情况，实现了NPs相关环境行为的有效监测分析。
　　本研究合成的核壳式Au@NPs不仅能通过改变聚合反应时间、苯乙烯用量和自由基引发剂等因素，获得不同大小和表面电荷的NPs，且在环境介质中稳定、回收率高，为各种复杂环境系统中不同类型NPs的环境行为研究提供理想模型选择，解决了NPs难以跟踪监测和定量分析的问题。
　　相关研究成果近期作为封面论文发表于国际权威期刊Analytical Chemistry《分析化学》，工业生物燃气研究中心郭荣波研究员、山东大学袁宪正教授、江南大学邹华教授为本论文的通讯作者，付善飞研究员与山东师范大学冯立娟博士为论文的共同第一作者。本研究获得了国家自然科学基金项目、“清洁能源转化技术与示范”中国科学院战略重点研究项目以及山东省自然科学基金项目的资助。（文/图 朱鸿璐 付善飞）
　　原文链接：https://doi.org/10.1021/acs.analchem.3c01666
　　Shan-Fei Fu, Li-Juan Feng, Honglu Zhu, Yun Zhang, Xian-Zheng Yuan*, Hua Zou*, and Rong-Bo Guo*，Core-Shell Au@Nanoplastics as a Quantitative Tracer to Investigate the Bioaccumulation of Nanoplastics in Freshwater Ecosystems. Analytical Chemistry. 2023, 8.
       文章来源：青岛能源所
        郭荣波，研究员，博士生导师，现任中国科学院青岛生物能源与过程研究所工业生物燃气研究中心主任，同时担任山东省沼气工业化生产和利用工程实验室主任、国家城市生物质燃气产业技术创新战略联盟副理事长、国家畜禽养殖废弃物资源化处理科技创新联盟专家委员会委员、中国沼气协会理事。