環(huán)境科學(xué)與工程-石墨化羧基碳納米管對(duì)錦鯽的環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)論文

寧德師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)石墨化羧基碳納米管對(duì)錦鯽的環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)陳煌玲B2016063121環(huán)境科學(xué)與工程1班化學(xué)與材料學(xué)院闞海峰講師2020年5月20日原創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的本科畢業(yè)論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明。簽名：___________________日期：___________________關(guān)于論文使用授權(quán)的說明本人完全了解寧德師范學(xué)院有關(guān)保留、使用畢業(yè)論文的規(guī)定，即：寧德師范學(xué)院有權(quán)保留送交論文的復(fù)印件，允許論文被查閱和借閱；寧德師范學(xué)院可以公布論文的全部或部分內(nèi)容，可以采用影印、縮印或其它復(fù)制手段保存論文。（保密的論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定）簽名：__________導(dǎo)師簽名：__________日期：____________摘要本文以石墨化羧基碳納米管為研究對(duì)象，錦鯽為受試對(duì)象，采用半靜態(tài)染毒方法，分析暴露在不同濃度(10mg/kg、100mg/kg)的石墨化羧基碳納米管溶液在7、14、30天后魚體肝臟中蛋白質(zhì)濃度、SOD活性和CAT活性等指標(biāo)，探討其潛在的致毒機(jī)制。實(shí)驗(yàn)可得：染毒暴露時(shí)間的增加，不管是10mg/kg低濃度組還是100mg/kg高濃度組的SOD活性都呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)，機(jī)體產(chǎn)生氧化應(yīng)激反應(yīng)，對(duì)外界產(chǎn)生抵御能力；而對(duì)CAT活性都是呈顯著性的降低，CAT活性受到抑制，使錦鯽的肝臟失去調(diào)節(jié)能力，直到抗氧化防御系統(tǒng)受到損傷。關(guān)鍵詞：石墨化羧基碳納米管；錦鯽；SOD；CAT；毒性效應(yīng)AbstractThispaperstudiedtheproteinconcentration,SODactivityandCATactivityofgraphiticcarboxylcarbonnanotubesolutionexposedtodifferentconcentrations(10mg/kg、100mg/kg)intheliveroffishafter7,14and30days.TheresultsshowedthattheSODactivityof10mg/kglowconcentrationgroupor100highconcentrationgroupshowedanincreasingtrend,andthebodyproducedoxidativestressreactionandtheabilitytoresisttheoutsideworld.andtheCATactivitywassignificantlydecreased,andtheCATactivitywasinhibited,whichmadetheliverofcruciancarploseitsregulatingabilityuntiltheantioxidantdefensesystemwasdamaged.Keywords：graphiticcarboxylcarbonnanotubes;Carassiusauratus;SOD;CAT;toxicityeffect目錄TOC\o"1-3"\h\u1引言 石墨化羧基碳納米管對(duì)錦鯽的環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)1引言1.1碳納米管的概述CNTs是由很多碳分子組成的同軸管狀型物質(zhì)，在1991年被日本專家飯島澄男(S.Iijima)發(fā)現(xiàn)[1]，又叫巴基管，是一種暗黑色的粉末狀物質(zhì)。利用高溫高壓對(duì)結(jié)晶差、缺陷多的CNTs進(jìn)行處理，可以提高碳納米管的石墨化程度，從而進(jìn)一步改善CNTs的性能，使得它在化學(xué)、力學(xué)和電學(xué)方面[2]都受到了極大的關(guān)注，也被運(yùn)用于各個(gè)領(lǐng)域，特別是在生物醫(yī)學(xué)、材料學(xué)和信息存儲(chǔ)方面。但是近年來，在對(duì)碳納米管更深入的研究中，發(fā)現(xiàn)碳納米管對(duì)生物不僅僅只是有利的，其對(duì)生物的健康與安全也有一定的危害。日常生活中都認(rèn)為石英粉末對(duì)肺的危害性是最大的，但經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，碳納米管對(duì)肺的損傷遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了石英粉末。研究在密蘇里大學(xué)和美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局已經(jīng)完成也表明，碳納米管并不是在每個(gè)方面都是無害的，當(dāng)它進(jìn)入水中，會(huì)使某些水生生物中毒[3]。碳納米管不僅是碳，它在生產(chǎn)的過程中會(huì)有金屬殘留，比如鎳、鉻等其它物質(zhì)，會(huì)抑制某些水生生物的生長(zhǎng)，甚至在一定條件下會(huì)導(dǎo)致死亡。用酸對(duì)CNTs表面進(jìn)行處理，發(fā)生羧化反應(yīng)[4]，發(fā)生反應(yīng)后的CNTs表面裂縫增多，更方便地?cái)y帶藥物，因此CNTs表面發(fā)生羧化反應(yīng)在醫(yī)藥領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用中奠定了一定的基礎(chǔ)，但是羧化反應(yīng)也會(huì)損壞CNTs的基本組織，使它的一些性能降低。就此來看，碳納米管對(duì)生物來講是有兩面性的，它正在以各種不同的方式進(jìn)入我們的身體和環(huán)境,所以我們?cè)谑褂锰技{米管的時(shí)候需要謹(jǐn)慎，利用它的好處，同時(shí)要避免它危害大自然。1.2碳納米管的分類碳納米管根據(jù)壁數(shù)可區(qū)分為：?jiǎn)伪谔技{米管（SWCNTs)與多壁碳納米管(MWCNTs)，它是一種納米級(jí)別的管狀型的碳材料。只有一層石墨烯組成的碳納米管稱為單壁碳納米管，它的化學(xué)性質(zhì)比較不活潑，表面比較干凈，裂縫少，結(jié)構(gòu)單一，是一種絕佳的分子纖維，由此也被稱為完善碳納米管。多壁碳納米管是數(shù)層同心管互相重疊而成的，它的表面與單壁碳納米管相比較活躍，表層會(huì)有很多官能團(tuán)堆積，管壁還覆蓋有各種缺陷。管壁的壁數(shù)越多，MWCNTs的缺陷越多，化學(xué)反應(yīng)也隨之加強(qiáng)，表面結(jié)構(gòu)更加繁雜。由此也被稱為含缺陷碳納米管[5]。圖1-1單壁碳納米管(SWCNTs)和多壁碳納米管(MWCNTs)示意圖1.3碳納米管的制備方法及其特點(diǎn)最近幾年來，碳納米管的使用范圍越來越廣，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域、環(huán)境科學(xué)、生命科學(xué)、能源技術(shù)、材料科學(xué)、化學(xué)、物理、信息技術(shù)等方面都受到很大的關(guān)注。當(dāng)然它的制備方法和應(yīng)用方面一樣都不單一，例如電弧放電法、固相熱解法、激光腐蝕法、催化裂解法等[6]。1.3.1電弧放電法碳納米管第一次被發(fā)掘的方法就是電弧放射法，該方法制備出來的碳納米管石墨化程度高、表面裂縫少，而且它的制作過程比較簡(jiǎn)單且CNTs的產(chǎn)量多，但是容易與其他雜質(zhì)混合，所以最終得到的CNTs純度不夠，而且得到單層的碳納米管也比較少。所以也就有了后面的其他制備方法來填補(bǔ)該方法的不足。1.3.2催化裂解法此方法是目前制備碳納米管最富有前景的方法，它也叫化學(xué)氣相沉積法。它的優(yōu)點(diǎn)在于產(chǎn)生的雜質(zhì)是氣體，不會(huì)附著在反應(yīng)體系上，所以得到的碳納米管純度更高，而且該方法的溫度也不用太高，同時(shí)也節(jié)省了很多能量。但是也不是沒有缺點(diǎn)，它最大的約束就是必須使用催化劑來制備，這也成為接下來需要去研究改善的方面。1.3.3固相熱解法該方法是利用原材料（含碳亞穩(wěn)固體）直接高溫分解出來的，比較穩(wěn)定，也不用像催化裂解法一樣要催化劑，方法比較簡(jiǎn)單，容易操作。不過由于原材料的限制，生產(chǎn)的規(guī)模和連續(xù)性也都受到限制。目前碳納米管的制備方法越來越多，產(chǎn)量也會(huì)隨之增加，它的管壁與石墨的結(jié)構(gòu)一樣，屬于晶態(tài)碳，也被稱為石墨化碳納米管，但是有些制備方法生產(chǎn)出來的CNTs結(jié)晶比較差、缺陷多，會(huì)含有很多非晶碳，從而會(huì)降低它的性能，影響在某些方面的應(yīng)用，所以要對(duì)它進(jìn)行高溫處理，提高石墨化程度，進(jìn)而完善它的性能[7]。1.4碳納米管在各領(lǐng)域的應(yīng)用1.4.1生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用碳納米管近幾年在納米材料界的地位越來越高，在我們平時(shí)的生活中也被積極運(yùn)用。CNTs在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域也做出了很大貢獻(xiàn)，解決了腫瘤治療的問題，它可以很好的抑制腫瘤細(xì)胞的增長(zhǎng)。CNTs是一種可吸附藥物的介質(zhì)，它可以使藥附著在表面上，然后把藥物和生物活性分子送進(jìn)細(xì)胞內(nèi)或器官，這個(gè)優(yōu)點(diǎn)為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)解決了很多難題[8]。楊曉英等人的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明[9]，表面功能化的單壁碳納米管（SWCNTs）可以很好的吸附抗腫瘤藥物(DXR)，進(jìn)一步鎖定肝腫瘤細(xì)胞使其生長(zhǎng)率降低，抑制效果很明顯。1.4.2食品藥物殘留檢測(cè)的應(yīng)用“民以食為天”食品的安全性影響著人類的健康和生活質(zhì)量，隨著國(guó)家科技的發(fā)展，檢測(cè)技術(shù)也越來越標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)食品的檢測(cè)水準(zhǔn)要求越來越高，碳納米管作為近些年興起的產(chǎn)品受到很大的重視，加上它的性質(zhì)比較獨(dú)特，因此也為食品安全檢測(cè)開辟了一條新道路。可以利用CNTs的強(qiáng)吸附性，檢測(cè)出食品中的農(nóng)藥殘留，給人類提供清潔的食物[10]。例如Xu等[11]以磁性CNTs為固相萃取吸附劑，結(jié)合液質(zhì)聯(lián)用的技術(shù)(HPLC-MS)可以迅速地檢測(cè)出雞蛋中的磺胺類藥物，操作起來也比較方便簡(jiǎn)單。1.4.3分析化學(xué)領(lǐng)域的運(yùn)用由于碳納米管有很多良好的化學(xué)性能使得它在分析化學(xué)領(lǐng)域得到較為廣泛的運(yùn)用，比如它良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能、力學(xué)電磁學(xué)性能以及吸附性能。首先由于碳納米管良好的吸附性可以用來檢定特定的氣體。碳納米管可以用來吸附一些氣體，通過導(dǎo)電性的變化，就可以判斷是否有該氣體的存在。例如碳納米管吸附到氧氣、氨氣等氣體，它的導(dǎo)電性能會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)數(shù)量級(jí)以上的轉(zhuǎn)變。其次它還有一個(gè)好處就是可以用碳納米管來制作氣相色譜填充柱，用來分離和檢測(cè)一些極性較強(qiáng)的小分子，取代傳統(tǒng)的石墨碳分離，使得更高效的解決物質(zhì)分離問題[12]。1.5碳納米管的毒性表現(xiàn)及其生物效應(yīng)1.5.1碳納米管的毒性表現(xiàn)每一件東西的投入使用都會(huì)帶來不一樣的效果，同樣也不能忽視帶來的后果。隨著碳納米管這種新型的納米材料逐漸被運(yùn)用于日常生活中，憑借著它本身粒徑微小的特殊性，致使它可以直接穿透細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞中，從而對(duì)一些重要的細(xì)胞器進(jìn)行破壞，然后通過炎癥和產(chǎn)生應(yīng)激反應(yīng)來表達(dá)它的毒性所在[13]。例如碳納米管可以侵入小鼠體內(nèi)，引起肺部的不適，造成炎癥，進(jìn)一步損害呼吸系統(tǒng)[14,15]。碳納米管也可以當(dāng)做吸附劑來吸附一些有機(jī)污染物，Lu等[16]發(fā)現(xiàn)CNTs的吸附性很強(qiáng)，可以使很多對(duì)生物體有害的物質(zhì)附著在表面，接著進(jìn)入體內(nèi)危害生物的健康，而且與酸反應(yīng)過的碳納米管對(duì)三氯甲烷的吸附性會(huì)變的更強(qiáng)，并且容易在體內(nèi)聚集，最終導(dǎo)致生物中毒，甚至死亡。1.5.2碳納米管對(duì)水生生物的毒性效應(yīng)碳納米管可以用來當(dāng)藥物的載體治療疾病，同時(shí)它也可以在某些方面毒害生物的健康。因?yàn)樘技{米管并不純是碳，它在生產(chǎn)的過程中會(huì)有一些金屬滯留，這些都會(huì)影響水生生物的健康。加上碳納米管的粒徑小、吸附性強(qiáng)，很容易吸附有害物質(zhì)進(jìn)入水生生物體內(nèi)聚集，減緩水生生物的生長(zhǎng)速率，對(duì)水生生物的安全有著極大的威脅。如果水中有碳納米管的存在，那么魚類就會(huì)通過呼吸或者攝食把CNTs吸到體內(nèi)，進(jìn)而隨著血液流動(dòng)至全身，危害魚體的健康[17]。Sun[18]的研究顯示多壁碳納米管(MWCNTs)對(duì)水中的五氯酚有較強(qiáng)的吸附性，并且被魚體吸收的MWCNTs在體內(nèi)會(huì)與PCP分離，使PCP停留在體內(nèi)，從而導(dǎo)致魚體受害，危害魚類健康。據(jù)表明MWCNTs-COOH可以吸附水中的五氯酚，而不管是碳納米管還是五氯酚都可以富集在魚類的體內(nèi)，通過血液循環(huán)進(jìn)入身體各個(gè)組織，從而擾亂魚類的代謝過程，導(dǎo)致肝臟組織受損，所以碳納米管作為可吸附污染物的載體在進(jìn)入環(huán)境后的潛在危害需要引起我們的重視[19]。我們應(yīng)該對(duì)碳納米管更深入的研究，盡可能的降低危害性。1.6本文的研究目的和意義隨著社會(huì)的發(fā)展，工廠也在逐漸增多，人類的生活條件也大有改善，但是廢水的排放并沒有得到很嚴(yán)格的處理，導(dǎo)致魚類等一些水生生物賴以生存的生態(tài)環(huán)境也在逐漸變差,由此對(duì)魚類的生存造成了很大的影響。碳納米管可以通過胃腸道、皮膚、呼吸道和血液循環(huán)的途徑進(jìn)入體內(nèi)，也可以通過血液循環(huán)轉(zhuǎn)移至其他器官，危害著魚類的健康。本論文的研究?jī)?nèi)容是以錦鯽作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，在室內(nèi)進(jìn)行半靜態(tài)染毒實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行更深入的研究關(guān)于石墨化羧基碳納米管對(duì)錦鯽的肌肉和內(nèi)臟團(tuán)中超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)活性的影響。通過本實(shí)驗(yàn)的研究，從而評(píng)價(jià)石墨化羧基碳納米管對(duì)錦鯽的毒性效應(yīng)以及產(chǎn)生的酶系的響應(yīng)，為評(píng)價(jià)石墨化羧基碳納米管對(duì)水生動(dòng)物，尤其是對(duì)于魚類的毒性影響和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和參考價(jià)值。2實(shí)驗(yàn)部分2.1實(shí)驗(yàn)材料2.2.1實(shí)驗(yàn)儀器與試劑表2-1主要實(shí)驗(yàn)儀器與試劑名稱規(guī)格生產(chǎn)廠家高速低溫冷凍離心機(jī)Allegra64R美國(guó)Beckman公司紫外可見分光光度計(jì)UnicoUV2000spectrometry購(gòu)于上海超聲破碎儀JY-Y28蘇州索尼克超聲科技有限公司蛋白質(zhì)含量和SOD、CAT酶活性的測(cè)定試劑盒ALT南京建成生物科技研究所電動(dòng)勻漿器T10北京萌狀科技有限公司石墨化羧基碳納米管AR深圳市納米港有限公司牛血清白蛋白（BSA）AR上海基峰公司鉬酸銨AR南京化學(xué)試劑有限公司考馬斯亮藍(lán)G-250染料A045-2南京化學(xué)試劑有限公司錦鯽——寧德市金馬市場(chǎng)2.1.2錦鯽的馴養(yǎng)實(shí)驗(yàn)是先把自來水拿去曝氣充氧以及用活性炭除氯，且測(cè)定出來的PH值接近中性、溶解氧含量大于5mg/L，保持水的溫度在23±2℃之間，作為錦鯽的實(shí)驗(yàn)用水。購(gòu)買回來的錦鯽表現(xiàn)健康，體色正常，魚鰭完整舒展。錦鯽必須在實(shí)驗(yàn)室的條件下馴養(yǎng)不少于15天，每天要定時(shí)定量的投喂魚用飼料，并保持持續(xù)充氧，且要保持錦鯽生活環(huán)境的清潔，及時(shí)清理產(chǎn)生的廢物。實(shí)驗(yàn)應(yīng)該選用健康活潑，沒有疾病，大小差不多的錦鯽為受試生物。2.2實(shí)驗(yàn)步驟2.2.1石墨化羧基碳納米管的超聲分散用電子天平準(zhǔn)確稱取100mg石墨化羧基碳納米管放入1L的燒杯中，加超純水至燒杯刻度線。把超聲破碎儀探頭插入裝有石墨化羧基碳納米管溶液的燒杯中，保持探頭的末端和燒杯杯底不能有接觸。設(shè)置超聲時(shí)間和間歇時(shí)間分別為3秒，超聲功率在75瓦左右。經(jīng)過超聲10小時(shí)后，可以得到100mg/L的石墨化羧基碳納米管穩(wěn)定分散液母液，并且把母液擱置一個(gè)月后都不會(huì)呈現(xiàn)出顯著的沉淀。2.2.2暴露染毒實(shí)驗(yàn)暴露染毒實(shí)驗(yàn)采用的是半靜態(tài)染毒接觸法，設(shè)立3個(gè)實(shí)驗(yàn)組：空白對(duì)照組（0mg/kg）和石墨化羧基碳納米管濃度梯度組（10mg/kg、100mg/kg）。挑選體色健康、魚鱗有光澤、行動(dòng)活躍、食性良好的錦鯽作為暴露染毒實(shí)驗(yàn)的對(duì)象，放入提前洗凈的魚缸中（魚缸要做好水位標(biāo)記），每個(gè)魚缸放15條錦鯽，加經(jīng)過曝氣的水至30L，即2L/條魚。暴露實(shí)驗(yàn)期間，每天上午定時(shí)喂食一次，喂食量約為1.2mg/條魚，記錄魚的體長(zhǎng)和體重。為了保證生長(zhǎng)環(huán)境的清潔，在每天喂食2h后進(jìn)行換水，換水時(shí)須加入一定體積事先配置好的石墨化羧基碳納米管母液（石墨化羧基碳納米管母液濃度為100mg/L），使得石墨化羧基碳納米管每天的暴露濃度保持在同一水平。經(jīng)過暴露7、14、30天后，從每個(gè)魚缸中分別取出3條實(shí)驗(yàn)試用魚（大小相近、無明顯病態(tài)的錦鯽），馬上對(duì)魚進(jìn)行解剖，掏出肝臟，并稱重，隨后用0.9%的氯化鈉水溶液清洗干凈，迅速測(cè)定樣品。要是不能馬上測(cè)定，則需要放進(jìn)冰箱冷凍。測(cè)定魚肝臟樣品時(shí)，要先拿濾紙吸干其外表的水分后馬上進(jìn)行稱重，加入1:9的（質(zhì)量體積比）氯化鈉水溶液，電動(dòng)勻漿器勻漿后，在-4℃的冷凍離心機(jī)(Beckman,美國(guó))混合物12000g離心15min，靜置后取上清液，在4個(gè)小時(shí)內(nèi)測(cè)完魚肝臟中的蛋白質(zhì)含量和酶活性。2.3生化指標(biāo)測(cè)定2.3.1總蛋白測(cè)定根據(jù)Bradford法[20]來測(cè)定蛋白質(zhì)含量，以牛血清蛋白作為標(biāo)準(zhǔn)蛋白。取適量酶提取液，加入3ml的考馬斯亮藍(lán)G-250試劑，用混和器混勻（溶液呈藍(lán)色），反應(yīng)10分鐘后，在595nm的波長(zhǎng)下開始比色。在實(shí)驗(yàn)測(cè)定過程中要以蒸餾水作為空白校正儀器，測(cè)得的蛋白含量用于校正CAT、SOD活性。2.3.2SOD活性測(cè)定根據(jù)改良的黃嘌呤氧化酶法[21]，原理是：黃嘌呤氧化酶和黃嘌呤反應(yīng)，產(chǎn)生O2-自由基，后者又與氧化羥胺反應(yīng)，形成亞硝酸鹽，經(jīng)過顯色劑的作用，顏色為淡紫紅色，用分光光度計(jì)在550nm處測(cè)其吸光度。如果被測(cè)樣品中含有SOD時(shí)，會(huì)導(dǎo)致超氧離子減少，進(jìn)一步使得亞硝酸鹽的量也減少，最終導(dǎo)致測(cè)得的吸光度下降。在實(shí)驗(yàn)測(cè)定過程中要以蒸餾水作為空白校正儀器。2.3.3CAT活性測(cè)定CAT活性是通過鉬酸銨比色法[22]來測(cè)定，CAT氧化分解H2O2時(shí)，遇到鉬酸銨會(huì)停止反應(yīng)，殘留的H2O2與加入的鉬酸銨反應(yīng)，溶液為淡黃色。然后，在405nm波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度，由此計(jì)算出CAT的活力。在實(shí)驗(yàn)測(cè)定過程中要以蒸餾水為空白校正儀器。2.4數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)處理用SPSS軟件(StatisticalProductandServiceSolutions)，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理，實(shí)驗(yàn)結(jié)果采用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(standarddeviation,SD)來表示。運(yùn)用方差分析方法(AnalysisofVariance）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，當(dāng)P＜0.05視為實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組之間有明顯差異，P＜0.01視為實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組之間有極明顯差異。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作統(tǒng)計(jì)分析圖均用Origin2019繪制。3結(jié)果與討論3.1結(jié)果分析3.1.1石墨化羧基碳納米管對(duì)錦鯽肝臟內(nèi)蛋白質(zhì)濃度的影響將實(shí)驗(yàn)試用魚錦鯽暴露在不同濃度的石墨化羧基碳納米管溶液中，濃度分別為0mg/kg、10mg/kg、100mg/kg，暴露時(shí)間分布為7、14、30天，然后對(duì)錦鯽進(jìn)行取樣研究，探究錦鯽體內(nèi)蛋白質(zhì)濃度的變化，實(shí)驗(yàn)探究結(jié)果如表3-1所示。表3-1不同濃度的石墨化羧基碳納米管在不同暴露時(shí)間下錦鯽肝臟蛋白質(zhì)濃度的變化暴露時(shí)間/天石墨化羧基碳納米管暴露濃度0mg/kg10mg/kg100mg/kg71.440.171.060.081.390.03140.970.151.340.890.960.07301.160.231.040.211.040.09石墨化羧基碳納米管對(duì)錦鯽的肝臟蛋白質(zhì)濃度的影響如圖3-1所示。從圖3-1中可以得出初步結(jié)論：隨著暴露濃度和暴露天數(shù)的增加，與空白組相比，10mg/kg低濃度組的蛋白質(zhì)濃度在7天后有顯著性的降低；14天后蛋白質(zhì)含量又有所升高，而在暴露30天后，蛋白質(zhì)濃度又有了輕微的降低但是變化不顯著。100mg/kg濃度組錦鯽體內(nèi)肝臟的蛋白質(zhì)含量沒有顯著性的變化，只是在暴露30天后，蛋白質(zhì)含量有了輕微的降低，但是不明顯。總體看來，沒有規(guī)律性的變化，蛋白質(zhì)含量變化也不顯著，這一情況可能與環(huán)境或者魚體適應(yīng)等因素有關(guān)。圖3-1不同濃度的石墨化羧基碳納米管在不同暴露時(shí)間下錦鯽肝臟蛋白質(zhì)濃度的變化3.1.2石墨化羧基碳納米管對(duì)錦鯽肝臟內(nèi)SOD活性的影響將實(shí)驗(yàn)試用魚錦鯽暴露在不同濃度的石墨化羧基碳納米管溶液中，濃度分別為0mg/kg、10mg/kg、100mg/kg，暴露時(shí)間分布為7、14、30天，然后對(duì)錦鯽進(jìn)行取樣研究，探究錦鯽體內(nèi)SOD活性的變化，實(shí)驗(yàn)探究結(jié)果如表3-2所示。表3-2不同濃度的石墨化羧基碳納米管在不同暴露時(shí)間下錦鯽肝臟SOD活性的變化暴露時(shí)間/天石墨化羧基碳納米管暴露濃度0mg/kg10mg/kg100mg/kg754.337.0356.123.8348.881.821464.453.0080.434.0363.095.423068.765.7799.4818.9985.8911.37石墨化羧基碳納米管對(duì)錦鯽的肝臟SOD活性的影響如圖3-2所示。從圖3-2中可以得出初步結(jié)論：與空白組做對(duì)比，染毒7天后，10mg/kg和100mg/kg濃度組在錦鯽肝臟內(nèi)的SOD活性變化都不明顯；暴露染毒14天后，10mg/kg低濃度組的SOD活性出現(xiàn)了明顯的誘導(dǎo)作用，錦鯽做出應(yīng)激反應(yīng)，誘導(dǎo)率為24.8%，而100mg/kg高濃度組仍然沒有顯著性差異；在暴露30天后，10mg/kg濃度組誘導(dǎo)SOD活性明顯升高，分泌出更多的SOD，誘導(dǎo)率為44.7%，相對(duì)于100mg/kg高濃度組來說，SOD活性也受到了誘導(dǎo)，誘導(dǎo)率為24.9%，但是效果沒有低濃度的明顯?？傮w上就是錦鯽在石墨化羧基碳納米管溶液中暴露30天后，與空白組相比：10mg/kg低濃度組SOD活性都是呈上升趨勢(shì)，而且隨著時(shí)間的增加，誘導(dǎo)效果越明顯，分泌更多的SOD，錦鯽做出應(yīng)激反應(yīng)，說明低濃度的石墨化羧基碳納米管對(duì)錦鯽的刺激，會(huì)使錦鯽產(chǎn)生抵御能力；100mg/kg高濃度組的酶活性也是在逐漸的上升，但是上升效果沒有低濃度組來的明顯。圖3-2不同濃度的石墨化羧基碳納米管在不同暴露時(shí)間下錦鯽肝臟SOD活性的變化3.1.3石墨化羧基碳納米管對(duì)錦鯽肝臟內(nèi)CAT活性的影響將實(shí)驗(yàn)試用魚錦鯽暴露在不同濃度的石墨化羧基碳納米管溶液中，濃度分別為0mg/kg、10mg/kg、100mg/kg，暴露時(shí)間分布為7、14、30天，然后對(duì)錦鯽進(jìn)行取樣研究，探究錦鯽體內(nèi)CAT活性的變化，實(shí)驗(yàn)探究結(jié)果如表3-3所示。表3-3不同濃度的石墨化羧基碳納米管在不同暴露時(shí)間下錦鯽肝臟CAT活性的變化暴露時(shí)間/天石墨化羧基碳納米管暴露濃度0mg/kg10mg/kg100mg/kg715.441.745.980.579.421.521421.522.9916.821.5010.382.053020.972.9618.091.2911.162.30石墨化羧基碳納米管對(duì)錦鯽的肝臟CAT活性的影響如圖3-3所示。從圖3-3中可以得出初步結(jié)論：隨著暴露時(shí)間的推移，不管是低濃度還是高濃度的石墨化羧基碳納米管與空白組相比，錦鯽體內(nèi)肝臟的CAT活性都有所下降。在暴露7天后，10mg/kg低濃度組和100mg/kg高濃度組的CAT活性都明顯被抑制了，抑制率分別是61.3%、39.0%。染毒14天后，錦鯽體內(nèi)肝臟的CAT活性也受到了不同程度的抑制，10mg/kg的CAT活性抑制率為21.8%，100mg/kg的CAT活性抑制率為51.7%。在暴露30天后，兩組的CAT含量也都在減少，但是10mg/kg低濃度組的CAT抑制性已經(jīng)不是很顯著了，抑制率是13.8%，不過高濃度組的CAT抑制性還是很顯著，抑制率是46.8%。總體發(fā)現(xiàn)，所有石墨化羧基碳納米管暴露濃度組的錦鯽肝臟CAT活性都受到不同程度抑制，肝臟都受到不同程度的損傷。圖3-3不同濃度的石墨化羧基碳納米管在不同暴露時(shí)間下錦鯽肝臟CAT活性的變化3.2結(jié)果討論本實(shí)驗(yàn)是通過在室內(nèi)模擬自然水生條件初步探究石墨化羧基碳納米管對(duì)錦鯽抗氧化防御系統(tǒng)的毒性大小及機(jī)理，探究石墨化羧基碳納米管對(duì)錦鯽肝臟的氧化應(yīng)激系統(tǒng)損傷，為明確石墨化羧基碳納米管對(duì)水生生態(tài)系統(tǒng)的影響提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：不同質(zhì)量濃度石墨化羧基碳納米管對(duì)錦鯽肝臟SOD、CAT活性可產(chǎn)生不同影響，暴露7天后SOD活性與空白組基本相同，沒有出現(xiàn)顯著性差異，說明其沒有擾亂SOD的正常功能；隨著暴露時(shí)間的延長(zhǎng)，SOD活性呈上升趨勢(shì)，這可能是因?yàn)樵谑然技{米管刺激下，機(jī)體產(chǎn)生氧化應(yīng)激反應(yīng)，對(duì)外界產(chǎn)生抵御能力，當(dāng)錦鯽體內(nèi)活性氧自由基累積到一定程度時(shí)會(huì)誘導(dǎo)SOD活性的升高，但是隨著時(shí)間的延長(zhǎng)錦鯽的抗氧化防御能力可能會(huì)逐漸降低，酶活性降低，錦鯽的肝臟會(huì)受損。在過氧化物酶體中，有大量的CAT氧化酶存在，是一種催化酶，能使H2O2轉(zhuǎn)化為H2O和O2，從而降低機(jī)體內(nèi)H2O2含量濃度，維持正常的生理活動(dòng)[23]。本實(shí)驗(yàn)中，不管是不同的濃度還是不同的暴露時(shí)間，CAT活性都是呈顯著性的降低，可能是由于在石墨化羧基碳納米管的刺激下，CAT活性受到抑制，使得錦鯽的肝臟受損，H2O2在錦鯽肝臟內(nèi)積累量增多，導(dǎo)致CAT活性下降?？寡趸阜烙鶛C(jī)制中有兩個(gè)階段分別是抑制階段和自適應(yīng)階段[24]，當(dāng)氧化應(yīng)激酶活性明顯降低為抑制階段，氧化應(yīng)激酶活性升高為自適應(yīng)階段。有研究發(fā)現(xiàn)，往小鼠身上注射羧基化多壁碳納米管，會(huì)對(duì)腎臟產(chǎn)生一定的急性毒性，而且隨著時(shí)間的增加，其他臟器也有可能因?yàn)樘技{米管在體內(nèi)的聚積而產(chǎn)生一定的毒性，碳納米管對(duì)機(jī)體毒性效應(yīng)主要會(huì)引起機(jī)體氧化應(yīng)激水平的變化，引發(fā)炎癥反應(yīng)[25]。趙群芬[26]等研究表明MWCNTs高濃度組的SOD活性受到抑制是因?yàn)轷庺~體內(nèi)積累過多的活性氧自由基超出抗氧化防御系統(tǒng)的清除能力，從而抗氧化酶活性就被抑制，造成了肝臟損傷，這種自由基的增加會(huì)破壞細(xì)胞的新陳代謝。由于錦鯽肝臟受到石墨化羧基碳納米管的刺激，在一定條件范圍內(nèi)SOD和CAT能夠減少錦鯽肝臟內(nèi)過量的自由基，讓生物體在一定程度上維持抗氧化代謝平衡。但是隨著暴露時(shí)間的推移和暴露濃度的增加，錦鯽體內(nèi)活性氧自由基正在不斷的累積，使得錦鯽的肝臟受損，產(chǎn)生疾病。劉信勇[27]在對(duì)斑馬魚的毒性效應(yīng)研究時(shí)，表明MWCNTs會(huì)對(duì)生物產(chǎn)生一定的毒性效應(yīng)，且隨著暴露時(shí)間的增加和暴露濃度的升高毒性反應(yīng)會(huì)更加明顯。4結(jié)論本論文針對(duì)石墨化羧基碳納米管進(jìn)入環(huán)境后對(duì)錦鯽肝臟的損傷以及對(duì)肝臟抗氧化應(yīng)激系統(tǒng)的影響。研究結(jié)論如下：（1）在本實(shí)驗(yàn)中，我們研究了在慢性暴露條件下，石墨化羧基碳納米管對(duì)錦鯽肝臟蛋白濃度的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著暴露時(shí)間的延長(zhǎng)和暴露濃度的增加，錦鯽體內(nèi)蛋白濃度略微升高或降低，除了暴露第7天低濃度組有明顯的降低外，其他并未呈現(xiàn)顯著性差異，說明其對(duì)錦鯽肝臟蛋白質(zhì)濃度的影響不大。（2）實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著暴露時(shí)間的延長(zhǎng)，SOD活性呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)，表明了在石墨化羧基碳納米管刺激下，機(jī)體產(chǎn)生氧化應(yīng)激反應(yīng)，對(duì)外界產(chǎn)生抵御能力，低濃度組的誘導(dǎo)更明顯。但是隨著時(shí)間的延長(zhǎng)錦鯽的抗氧化防御能力可能會(huì)逐漸降低，酶活性降低，錦鯽的肝臟會(huì)受損。（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不管是不同的濃度還是不同的暴露時(shí)間，CAT活性都是呈顯著性的降低，表明了在石墨化羧基碳納米管的刺激下，CAT活性受到抑制，使得錦鯽的肝臟受損，高濃度組的抑制性更明顯。（4）總體說明石墨化羧基碳納米管染毒物進(jìn)入錦鯽體內(nèi)后可直接誘導(dǎo)活性氧自由基的產(chǎn)生，在一定程度上可以誘導(dǎo)SOD活性的升高，而過量的H2O2在錦鯽肝臟內(nèi)積累，導(dǎo)致了CAT活性的下降，造成肝臟的損傷，而且高濃度的損傷更明顯。5展望隨著納米技術(shù)的迅速發(fā)展，碳納米管也受到了極大的關(guān)注，但是在對(duì)碳納米管的環(huán)境分布、毒理機(jī)制的進(jìn)一步研究中，越來越多的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明了碳納米管對(duì)于環(huán)境生物體是存在一定的影響危害。本文雖然對(duì)石墨化羧基碳納米管做了多濃度的研究對(duì)比，也在不同的暴露時(shí)間取樣，獲得了相應(yīng)的信息，實(shí)驗(yàn)中SOD活性均有上升趨勢(shì)，受到不同程度的誘導(dǎo)，而CAT活性均受到抑制，但是都沒有出現(xiàn)自適應(yīng)階段再到抑制階段，因此還是需要設(shè)置濃度梯度和增加染毒暴露時(shí)間，更全面、深入的探究石墨化羧基碳納米管對(duì)生物體抗氧化防御系統(tǒng)的毒性效應(yīng)，未來的科研探究還可以往生物體內(nèi)石墨化羧基碳納米管的有效濃度或者是更全面的探究石墨化羧基碳納米管對(duì)生物體整個(gè)抗氧化防御系統(tǒng)抗氧化酶的影響。參考文獻(xiàn)[1]SADEGHH,ALIGA,GUPTAVK,etal.Theroleofnanomaterialsaseffectiveadsorbentsandtheirapplicationsinwastewatertreatment[J].JournalofNanostructureinChemistry,2017,7(1):1-14.[2]朱晰然,張瑗敏.碳納米管:“特例獨(dú)行”的神奇材料[N].解放軍報(bào),2020.[3]毛黎,陳丹.碳納米管對(duì)某些水生生物有毒[N].科技日?qǐng)?bào),2012-08-24.[4]羅璐,李小瑞,王?；?費(fèi)貴強(qiáng),沈一丁.羧基化碳納米管/聚偏氟乙烯介電復(fù)合材料的制備與性能[J].功能材料,2018,02,2103-2107+2112.[5]郭曉琦,白云起,白青子,溫楠,聶寧.碳納米管性能及應(yīng)用進(jìn)展[J].碳素,2018(02):40-44+37.[6]李春花,賀小光,卓春蕊,姚春梅,呂啟松.碳納米管的制備方法[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊,2016(32).[7]曹茂盛,李辰砂,朱靜.碳納米管粉體高溫石墨化的研究[J].航天材料學(xué)報(bào),2003-06-15[8]雷冬梅,孫巖,趙聞迪,陳曉浪,李紅.碳納米管在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].化工新型材料,2015,10,1-3.[9]楊曉英,馬延風(fēng),黃毅.基于單壁碳納米管的肝靶向性抗腫瘤藥物載體的制備[C].天津:2009年全國(guó)高分子學(xué)術(shù)論文報(bào)告會(huì),2009.[10]屈凌波,平亞紅,李璐珩,牛亞錕,肖詠梅,楊碩曄.功能性碳納米管在食品與生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].河南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2019.[11]XUY,DINGJ,CHENH,etal.Fastdeterminationofsulfonamidesfromeggsamplesusingmagneticmultiwalledcarbonnanotubesasadsorbentsfollowedbyliquidchromatographytandemmassspectrometry[J].FoodChemistry,2013,140(1-2):83-90.[12]李鵬.碳納米管在分析化學(xué)中的應(yīng)用[J].山西化工,2017,37(06):82-84.[13]DonaldsonK,AitkenR,TranL,etal.Carbonnanotubes:areviewoftheirpropertiesinrelationtopulmonarytoxicologyandworkplacesafety[J].Toxicologicalsciences,2006,92(1):5-22.[14]LamC,JamesJT,McCluskeyR,etal,Areviewofcarbonnanotubetoxicityandassessmentofpotentialoccupationalandenvironmentalhealthrisks[J].Criticalreviewsintoxicology,2006,36(3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