介绍

纳米技术在近年来发生了突飞猛进的发展，受到了广泛的关注。纳米材料拥有微小的尺寸，这赋予它们多种独特物化性质，在生物、医学、工业催化等方面得到了广泛的运用。在纳米技术飞速发展的同时，由于其生产量的上升，人造纳米颗粒（ENPs）被排放到自然环境中，已经引起一些对其潜在危害和环境暴露的担忧。^[1]因其特性和微小尺寸，可能被水生动植物吸收利用，造成生物累积甚至急性毒性。因此，纳米颗粒的环境影响成为一个重要且亟待研究的课题。

尽管自然界本身也存在纳米颗粒，但它的系统性设计和应用还是近十年才开始的。人造纳米颗粒包括新种材料的部分，也包括过去使用的材料中纳米尺寸的成分。近十年来，常被释放到环境中的纳米颗粒种类有：银、二氧化钛、氧化锌、硅、碳纳米材料（CNTs）和富勒烯。^[2]目前已经有许多关于纳米颗粒的迁移转化、归趋、生物利用度和毒性的研究了。

纳米颗粒被释放到水体中后会和许多物质发生反应，例如天然有机质（NOM）这类广泛存在于自然水体中的有机物质。NOM是一类复杂、独特、尚未被完全归类定义的物质，来源于环境中动植物的腐烂作用等形成的有机物，含有各种官能团，易吸附在表面活性高的纳米颗粒上^[2]，通常带负电荷。NOM对纳米颗粒的物理、化学行为和生物利用度、毒性等都会产生影响。

NOM对纳米颗粒的影响

物理行为

纳米颗粒被释放到水体中后，它所处的环境条件都会对纳米颗粒的环境表现产生影响，例如纳米颗粒的聚集和解聚，沉积和沉降等。

纳米颗粒之间会发生聚集作用，形成尺寸较大的颗粒团块。纳米颗粒聚集的机理十分复杂，有关的作用力包括静电作用、配位结合、氢键、疏水作用、pi;-pi;作用和阳离子架桥反应等^[1]，通常会有一种或几种作用力互相作用而成。当这个聚集体的重力超过一定值时会发生沉降，减少表层水中所含的浓度，但增加底栖生物对纳米颗粒的吸收^[3]。聚集体的分散即为解聚。纳米颗粒的聚集和解聚是由许多因素控制的，例如pH值、离子浓度、颗粒类型，以及NOM的存在与否等。此外，纳米颗粒还会沉积附着在固体介质的表面，这种行为受颗粒及固体表面特性和NOM种类等的影响。

化学行为

纳米颗粒在各种环境条件的影响下会发生化学转化，例如氧化反应、还原反应、离子溶出等。一般来说NOM对纳米颗粒的氧化还原反应的作用因参与的颗粒和NOM种类不同而各有区别，例如在一定剂量下腐殖酸（HA）和富里酸（FA）都会抑制银纳米颗粒的氧化溶解。^[2]参与氧化、还原的一般是DOM中某些部分的官能团，如醛、酚等。纳米颗粒的氧化还原反应还可能生成活性氧自由基（ROS），ROS对许多生物细胞都会产生毒性作用。^[3]

纳米颗粒化学转化后，可能产生的离子溶出也值得注意。氧化还原溶解后，纳米颗粒自身的浓度虽然下降，但可能会产生某些本身就具有毒性的离子，如锌离子、银离子等。^[3]溶出造成的整体毒性变化也是研究的一环。

生物利用度和毒性

纳米颗粒的生物利用度和毒性直接影响水生微生物（AMO）。一般来说，纳米颗粒可以通过在微生物表面上的吸附与解吸对其产生作用，可有可能通过它的环境转化态对AMO产生影响。^[2]纳米颗粒可以通过多种机制穿透微生物细胞膜，例如通过改变细胞膜的渗透性，或通过阳离子在细胞膜上形成的短暂存在的洞进入，胞吞、胞饮作用也应被考虑在内。^[2]

纳米颗粒进入生物内部后，被冠状蛋白修饰，或在生物体内产生生物累积。NOM的存在通常能降低一些离子或颗粒的急性毒性，但这又会因NOM、纳米颗粒和微生物的种类不同而产生变化。某些种类的纳米颗粒，例如TiO₂，通过吸附在藻类的细胞壁上产生遮光效果，影响其光合作用^[4]，产生的ROS也会造成细胞的损伤；也有研究表明C₆₀和富勒烯不需要通过ROS，其自身就能使蛋白质发生氧化性损伤^[2]。

研究对象

纳米氧化铁颗粒

磁性氧化铁（Fe₂O₃）化学性质稳定，不仅耐光、耐腐蚀，还具有良好的分散性和紫外吸收性。因为它同时具有磁性和较低的毒性，近年来在生物医学领域得到众多利用，比如核磁共振成像等。然而，近来许多研究表明纳米氧化铁颗粒存在一定的安全健康风险，如Zhu等人发现氧化铁颗粒对小鼠的肺有潜在影响，并存在系统性累积。此外，纳米氧化铁颗粒也可能成为有毒化学物的运载体，并增加污染物吸附暴露。^[5]因此需要更多研究其环境行为。