五种纳米钙钛矿对大型蚤的慢性毒性的研究：基于结构的毒性机制

　　钙钛矿纳米材料（perovskite nanomaterials, PNMs）作为燃料电池、催化剂、光伏材料等显示出优越的性能，具有巨大的应用潜力,但其在水生环境中的行为和潜在生态效应却完全没有报道。北京航空航天大学的一个研究组对纳米钙钛矿的行为及对水生生物的毒性进行了深入的研究，相关的研究成果发表在2018年1月1日的《Environmental Science: Nano》上。 

　　作者合成了五种代表性的PNM（LaFeO3，YFeO3，BiFeO3，LaMnO3和LaCoO3），采用XRD，XPS，TEM，同步辐射等多种方法来研究了它们对水生无脊椎动物大型溞的急性和慢性毒性，同时探讨了天然水体中的有机质对其毒性的影响机制。结果表明，1ppm的LaCoO3明显着抑制了大型溞的生长，暴露21天后大型溞全部死亡，而暴露于其他PNM的大型溞中没有出现死亡。主要原因在于LaCoO3与其他PNM相比，LaCoO3的晶体结构中含有氧空位，导致自由离子的溶出。此外，大型溞对自由钴离子的摄入也是导致LaCoO3在其体内产生不同于其他四种钙钛矿的特殊分布的主要原因。而其他四种纳米钙钛矿在21天暴露期间虽然没有对大型溞产生任何负面影响，但是大量的积累在大型溞肠道的钙钛矿可能会随着食物链转移到更高级的生物体内，因此其安全性也不能忽视。 

　　图1 暴露21d后钙钛矿在大型蚤体内的分布 

　　纳米材料在生物体内的空间分布对揭示其毒性机制有着非常重要的意义，利用北京同步辐射装置开展的-X射线荧光微区谱学成像（Synchrotron radiation X-ray fluorescence micro-spectroscopy，SR-μXRF）实验表明，LaFeO3, BiFeO3和LaMnO3仅分布在大型溞肠道；而LaCoO3不仅分布在肠道，钴离子也在大型蚤腹部区域分布，积累在肠道的信号是通过滤食方式进入的LaCoO3，腹部的信号是通过胸枝上肢进入的钴离子，暴露液中溶出的钴离子是LaCoO3主要的致毒原因。 

　　作者还发现，阿拉伯树胶会对纳米钙钛矿的毒性产生影响。在阿拉伯树胶的存在下，LaFeO3，BiFeO3和LaMnO3毒性增加，而LaCoO3毒性降低。而YFeO3的毒性没有发生改变。不同PNM受天然有机质不同的影响效果与自身的物理化学性质相关。本研究强调了全面表征纳米材料的必要性，以明确其影响生物毒性的物理化学性质因素。此外，研究纳米钙钛矿在水生环境中的转化能够更准确地评估它们对水生生物的影响。需要对纳米钙钛矿的的生物效应进行更多的生态毒理学研究，以建立纳米钙钛矿的性质-毒性关系。 

发表文章： 

　　Tingting Zhou, Wenhong Fan*, Yingying Liu, and Xiangrui Wang. Comparative assessment of the chronic effects of five nano-perovskite to Daphnia magna: a structure based toxicity mechanism. Environmental Science: Nano 5(3): 708-719.