（通訊員 顏能）隨著納米材料在生物醫(yī)藥、環(huán)境催化和新能源領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，其潛在生態(tài)與健康風(fēng)險(xiǎn)引發(fā)全球關(guān)注，但其安全性評(píng)估仍面臨關(guān)鍵瓶頸——傳統(tǒng)毒理學(xué)研究常將納米顆粒的毒性簡(jiǎn)單歸因于顆粒本身或溶解釋放的金屬離子，卻無(wú)法定量解析二者在復(fù)雜生物體系中的動(dòng)態(tài)貢獻(xiàn)。
我校環(huán)境學(xué)院史建波教授團(tuán)隊(duì)結(jié)合聚集誘導(dǎo)發(fā)光（Aggregation-induced emission, AIE）生物成像與非標(biāo)記散射光追蹤技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)活體細(xì)胞內(nèi)納米顆粒與金屬離子的同步、實(shí)時(shí)、非侵入式觀(guān)測(cè)。同時(shí)，開(kāi)發(fā)了級(jí)聯(lián)毒性模型，整合了納米顆粒的體外溶解、細(xì)胞攝取、離子轉(zhuǎn)化及毒性通路，并通過(guò)虛擬細(xì)胞模型驗(yàn)證，使預(yù)測(cè)精度達(dá)到97%以上。研究結(jié)果顯示，納米顆粒的毒性中，70%-98%由釋放的金屬離子主導(dǎo)，而且具有顯著的尺寸效應(yīng)（ACS Nano, 2025, DOI: 10.1021/acsnano.5c04379）。
圖1：雙模式成像技術(shù)結(jié)合級(jí)聯(lián)毒性模型實(shí)現(xiàn)金屬納米顆粒精準(zhǔn)毒理預(yù)測(cè)
納米顆粒在生物體內(nèi)可能經(jīng)歷溶解-再生成的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致毒性來(lái)源復(fù)雜化。傳統(tǒng)方法難以同步觀(guān)測(cè)顆粒、離子及二次產(chǎn)物的生物分布與相互作用。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)聚集誘導(dǎo)發(fā)光技術(shù)與無(wú)標(biāo)記散射光成像、高光譜分析的集成，在活體微藻細(xì)胞內(nèi)實(shí)現(xiàn)了對(duì)AgNPs全生命周期的非侵入式觀(guān)測(cè)。研究發(fā)現(xiàn)，Ag+優(yōu)先定位于藻細(xì)胞的頂端區(qū)、細(xì)胞核及蛋白核，而Ag0NPs特異性聚集在細(xì)胞質(zhì)，其形成與細(xì)胞內(nèi)谷胱甘肽還原酶（GR）活性密切相關(guān)。此外，經(jīng)24小時(shí)暴露，約9%的細(xì)胞內(nèi)AgNPs發(fā)生轉(zhuǎn)化，其中4.7%以Ag+形式殘留，4.3%形成Ag0NPs（ACS Nano, 2024, 18, 35013-35028）。
該研究通過(guò)調(diào)控顆粒尺寸、表面修飾或暴露條件，可控制Ag+的釋放速率與再生成效率，從而降低毒性，為納米材料的安全設(shè)計(jì)與環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供了關(guān)鍵工具。研究中開(kāi)發(fā)的成像技術(shù)可擴(kuò)展至其他納米材料，為環(huán)境健康監(jiān)測(cè)、納米藥物靶向遞送及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)提供新方法。
圖2：聚集誘導(dǎo)發(fā)光生物成像與無(wú)標(biāo)記高光譜成像和散射光成像技術(shù)聯(lián)用，可視化定量追蹤AgNPs、Ag+和Ag0NPs的細(xì)胞內(nèi)時(shí)空演化規(guī)律。
以上研究的第一作者均為中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）環(huán)境學(xué)院顏能教授，通訊作者為環(huán)境學(xué)院史建波教授和香港城市大學(xué)王文雄教授。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃以及武漢市科技計(jì)劃項(xiàng)目的資助。
文章1鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.5c04379?fig=agr1&ref=pdf；
文章2鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.4c13880；
鄂公網(wǎng)安備 42011102004169號(hào)
