纳米稀土氧化物引起黄瓜毒性差异的机制

　　随着纳米科技的快速发展，人造纳米材料的商业用量日益增长，其对环境和人类健康的影响引起了人们的密切关注，纳米材料对环境物种，尤其是对食物链最基础组成部分植物的影响逐渐成为研究的热点。中科院高能物理研究所环境毒理组的科研人员比较了两种典型的纳米稀土氧化物二氧化铈（CeO₂）和氧化镧（La₂O₃）纳米颗粒（NPs）的植物毒性和生物转化过程的差异，深入探讨了纳米材料的物理化学性质与其生物效应的内在关系，相关的研究成果发表于《Nanotoxicology》。 

　　该研究组发现两者虽同为纳米稀土氧化物，但是对黄瓜的毒性却有明显差异。CeO₂ NPs在所有处理浓度下（最高 2000 mg/L）对黄瓜无毒，而相同浓度的La₂O₃ NPs则显示出很强毒性效应：抑制根生长、降低生物量、诱导根细胞死亡及产生氧化损伤等。通过同步辐射X射线吸收光谱（XAS）研究发现两者在植物地上部分的化学形态大不相同（图1）：La₂O₃ NPs处理组的La完全以磷酸镧或者羧酸镧的形式存在，而CeO₂ NPs处理组的Ce仅部分转化为羧酸铈，说明前者在植物体内是以离子形式进行转运的；而CeO₂处理组转运的是离子和颗粒的混合物。由此推测反应活性高的La₂O₃在植物体系中容易解离释放出更多离子是造成两者对黄瓜毒性和转化运输行为显著差异的内在原因。 　　

　　图1. 利用北京同步辐射装置（BSRF）1W1B-XAFS实验站获得的Ce的L_III边XANES谱（A）和La的EXAFS谱（B），以及通过LCF分析得到的各个组分含量百分比（C, D）。 

这个研究为理解纳米材料的物理化学特性与其生物效应的关系提供了科学依据。在该研究工作中，基于同步辐射的分析方法证实了纳米材料在生物体中能发生转化，并给出了纳米材料处理后吸收和转运的真实成分，以此来了解其毒性差异机制。这个结果亦有助于理解其他金属纳米材料的生物效应机制。