納米材料環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)是當(dāng)前環(huán)境領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一，但是納米材料的環(huán)境行為與其生物效應(yīng)的關(guān)系至今尚未有效闡明，從而阻礙了納米材料生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的科學(xué)評(píng)估。日前，環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院本科生高越、方重組成科研團(tuán)隊(duì)，依托“國家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃”項(xiàng)目對氧化石墨烯的水生生物效應(yīng)及其機(jī)制研究展開研究，該項(xiàng)目被評(píng)為“2017年本科創(chuàng)新項(xiàng)目特等獎(jiǎng)”。

作為石墨烯類納米材料，氧化石墨烯由于具有諸多優(yōu)點(diǎn)，而作為衛(wèi)生醫(yī)學(xué)、化學(xué)化工、電子產(chǎn)品、環(huán)境保護(hù)技術(shù)等的關(guān)鍵功能材料迅速進(jìn)入到了人們的生產(chǎn)生活；同時(shí)，它也會(huì)不可避免地釋放到生態(tài)環(huán)境當(dāng)中。

“目前有關(guān)于氧化石墨烯的研究多是側(cè)重于分析單純的氧化石墨烯的生物影響，但關(guān)于氧化石墨烯的復(fù)合態(tài)所產(chǎn)生的毒理效應(yīng)尚未被有效闡明，因此本項(xiàng)目重點(diǎn)研究氧化石墨烯在復(fù)合條件下的環(huán)境行為與多方位生物效應(yīng)，彌補(bǔ)相關(guān)研究的不足。”項(xiàng)目負(fù)責(zé)人高越介紹。“基于此，本項(xiàng)目一方面是以氧化石墨烯復(fù)合多環(huán)芳烴為代表，研究在其共同作用下對于斑馬魚所產(chǎn)生的生物效應(yīng)；另一方面則是以氧化石墨烯-環(huán)氧樹脂復(fù)合材料為代表，研究納米復(fù)合材料對于小球藻所產(chǎn)生的生物效應(yīng)，初步揭示了氧化石墨烯化學(xué)行為與水生生物效應(yīng)的關(guān)系，最終為科學(xué)評(píng)估氧化石墨烯的生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)提供數(shù)據(jù)參考。”

通過研究，項(xiàng)目組發(fā)現(xiàn)，在氧化石墨烯復(fù)合多環(huán)芳烴共同作用下，斑馬魚腦部的多環(huán)芳烴受體以及抗氧化酶的活性發(fā)生了改變，氧化石墨烯可能由于其結(jié)構(gòu)與多環(huán)芳烴的相似性，成為多環(huán)芳烴受體的配體，進(jìn)而可能引起腦部組織及細(xì)胞衰老的加速；同時(shí)，氧化石墨烯復(fù)合材料在水體中會(huì)釋放出氧化石墨烯，進(jìn)入小球藻細(xì)胞內(nèi)部或吸附在表面，影響小球藻的生長繁殖、葉綠素合成、體內(nèi)活性氧自由基水平及代謝通路。

“因此，我們嘗試分析氧化石墨烯復(fù)合材料與環(huán)境之間的關(guān)系。”項(xiàng)目組認(rèn)為，無論是氧化石墨烯復(fù)合多環(huán)芳烴還是氧化石墨烯復(fù)合材料，都可能是氧化石墨烯釋放到環(huán)境中存在的形式，從而以復(fù)合態(tài)形式作用于環(huán)境中的生物，帶來有利或不利的影響。基于部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，項(xiàng)目組成員在指導(dǎo)教師的帶領(lǐng)及課題組其它成員協(xié)助下，在《環(huán)境科學(xué)與技術(shù)》(Environmental Science & Technology)及《碳》(Carbon)上發(fā)表兩篇1區(qū)SCI論文。

“作為本科生探索科研項(xiàng)目，研究的內(nèi)容上還存在一些不足，比如氧化石墨烯復(fù)合材料在環(huán)境中釋放的行為，及其作用于生物的深層機(jī)理等都尚未有效得到分析。”胡獻(xiàn)剛說，國創(chuàng)項(xiàng)目的最大意義在于使課題組成員能夠接觸到科學(xué)研究，培養(yǎng)科研興趣，為進(jìn)一步深造打下基礎(chǔ)，希望能在未來的碩士、博士研究中，保持勤奮、嚴(yán)謹(jǐn)、創(chuàng)新的學(xué)習(xí)態(tài)度，做出具有意義的科研成果。