氧化石墨烯的结构与毒性

石墨烯的结构   
 石墨烯是一种新兴纳米材料,由碳原子整齐排列成二维、六边形、平面层状结构。其厚度一般为单原子或多层叠加。石墨烯具有表面积超大、导电性好、强度高、化学稳定等特点,主要应用于半导体、超级电容、生物传感器等方面。相比较,氧化石墨烯是由氧化反应合成出来的,其表面含有羟基、羧基、环氧基、羰基等含氧功能团。由于存在羟基和羧基等亲水基团,氧化石墨烯更能溶于水,常用于生物试剂。氧化石墨烯经还原反应可去除大部分含氧基团,生成还原石墨烯。

氧化石墨烯的毒性
氧化石墨烯在体内的分布    2016年南方医科大学的团队曾发表一篇文献综述,总结石墨烯类纳米材料进入体内的分布状况。小鼠静脉注射10毫克/公斤体重后,氧化石墨烯随血液传遍全身,并聚集在肺脏、肝脏、脾脏、骨髓等处,造成发炎、肺水肿、肝脏损伤。经气管注入的石墨烯会聚集在肺部,四周后仍有47%残留。  石墨烯进入体内的分布与其大小有关。平均直径340纳米左右的石墨烯可以缓慢增加血脑屏障的通透性,而直径小于100纳米的石墨烯则可以穿透血脑屏障。较小的氧化石墨烯片(直径小于10-30纳米)主要集中在肝脏和脾脏,而较大的氧化石墨烯片(10-800纳米)主要集中在肺部。较大的石墨烯片会在体内积累,无法从肾脏排除。直径小于100纳米的纳米粒子可以进入细胞,而直径小于40纳米的粒子可以进入细胞核。    经气管注入的石墨烯类纳米材料在90天后仍存在与肺部。大量氧化石墨烯会形成聚集体,堵塞肺部血管,还能刺激释放细胞因子,造成发炎和肺部纤维化。静脉注射高剂量(1毫克/公斤体重)氧化石墨烯甚至能激活血小板,造成血栓。
影响生殖能力
怀孕母鼠注射石墨烯会造成流产,不论任何剂量。高剂量石墨烯能杀死妊娠后期的母鼠。同时,石墨烯会妨碍胚胎发育,比如减少鸡胚心血管的生成。此外,石墨烯还会抑制鸡胚核酸的合成,破坏大脑发育。

对动物体的毒性    上海交通大学的团队曾在2011年发表论文揭示氧化石墨烯对动物的毒性。随机分组的小鼠被静脉注射氧化石墨烯,浓度为0 毫克(对照组)、0.1毫克(低剂量)、0.25毫克(中计量)、0.4毫克(高剂量)。被注射高剂量(0.4毫克)氧化石墨烯后,4/9小鼠在七天内死亡,且死前出现疲乏、活动降低、体重减轻。即使存活的小鼠亦出现乏力、体重减轻。    不同剂量组的小鼠在七天后被解剖,肺部组织切片在光学显微镜下显示肺部发炎,程度随剂量增长。大量白细胞聚集在肺组织中,肺组织出现肉芽肿,肺泡隔膜变厚,有些肺泡破裂。即使在低剂量下(0.1毫克),肺组织损伤也随时间增加。注射7天后肺部开始出现初期损伤。注射后30天的小鼠肺部切片显示更多肉芽肿(一种由巨噬细胞浸润造成的局部发炎)。    对小鼠肺部和肝脏组织切片的电子显微镜影像显示,一个月后氧化石墨烯仍然存在肺部,有些存在毛细血管,有些存在细胞的细胞质中。肝脏巨噬细胞中也含有氧化石墨烯。而且因为其片状结构以及不可生物降解,氧化石墨烯很难从肾脏排出。

对细胞的毒性
    上海交大的这个团队同时还测试了氧化石墨烯对细胞的影响。氧化石墨烯被加入体外培养的人成纤维细胞中,最终浓度达到5,10,20,50,100微克/毫升。发现浓度大于等于20微克/毫升时,则对细胞产生毒性,细胞成活率降低、细胞漂浮、细胞凋亡。电子显微镜影像显示细胞中存在大量黑点,表明氧化石墨烯进入细胞质,聚集在线粒体等细胞器附近,少量氧化石墨烯进入细胞核。进入细胞的氧化石墨烯数量随时间增加。    光学显微镜影像显示,在浓度为20微克/毫升下培养72小时后,细胞形态出现异常,比如细胞边缘不明显、细胞凋亡等。

影响遗传物质    一个埃及的科学团队曾在2017年发文解释氧化石墨烯对遗传物质的伤害。每周在小白鼠腹膜内注射0(对照组),10,50,100,250,500微克/公斤体重的氧化石墨烯。小鼠在7,28,56天后被安乐死并解剖。在光学显微镜下,小鼠骨髓细胞中染色体出现异常,且随时间和剂量增加。在细胞分裂时,DNA紧紧缠绕形成染色体,只在分裂细胞中可见。染色体异常(比如断裂)表示遗传物质受损。    另外,该团队还对小鼠肺部细胞中的DNA进行电泳测试,发现细胞DNA存在断裂,这也证明遗传物质受损。DNA损伤随时间和剂量增加。    此外,氧化石墨烯进入细胞后会诱导形成活性氧簇(ROS),导致细胞内氧化压力剧增。活性氧簇也可以损伤DNA,造成变异。这就是为什么氧化石墨烯可致变异、致癌。

毒性机理
    氧化石墨烯以多种机理造成毒性。大致可分为:1)物理伤害;2)氧化压力;3)DNA损伤;4)炎症反应;5)线粒体损伤;6)刺激细胞死亡。

物理伤害    氧化石墨烯可以吸附于细胞膜或蛋白质表面,影响其正常工作。氧化石墨烯会吸附于红细胞表面,破坏其细胞膜,造成溶血效应。同时,氧化石墨烯的薄片结构可以嵌入并像刀片一样划伤细胞膜。

氧化压力    氧化石墨烯可诱导形成活性氧簇(ROS),耗尽细胞内天然的抗氧化剂。氧化压力会造成细胞内广泛损伤,比如细胞膜损伤、DNA断裂、蛋白质改变性质、如线粒体等细胞器损伤。过度氧化压力会导致细胞死亡。

DNA损伤    除了氧化压力,氧化石墨烯还可以吸附于DNA表面或嵌入DNA碱基对中,导致DNA断裂或变异,还能导致染色体断裂。即使大片的氧化石墨烯不能进入细胞核,在细胞分裂时细胞核膜消失,其仍然可以损伤暴露的DNA。如果发生在生殖细胞,DNA损伤可导致不育或子代健康问题。

炎症反应    氧化压力就可以刺激炎症反应。氧化石墨烯还能诱发发炎细胞因子的·释放,过度刺激免疫系统,导致肺水肿。另外,石墨烯可以与某些细胞表面受体蛋白结合,激活一些信号传递路径,最终导致发炎。

线粒体损伤    线粒体是细胞内进行新陈代谢并生成能量物质(ATP)的细胞器。氧化压力会损伤线粒体,细胞无法正常产生能量。

细胞死亡氧化压力、线粒体损伤、炎症、以及启动某些受体蛋白会导致细胞凋亡、自噬、坏死。

    上海交大和同济大学的另一个团队于2020年发表论文,发现细胞自噬抑制剂(如氯喹)可以缓解氧化石墨烯造成的损伤。被静脉注射氧化石墨烯的小鼠在使用氯喹后,肺部损伤、水肿、氧化压力、炎症、以及发炎细胞因子含量均有明显缓解,但不能彻底恢复。(细胞自噬是一种细胞通过溶酶体分解蛋白质、消化受损细胞器的过程。过度启动细胞自噬会造成细胞损伤、死亡。故细胞自噬抑制剂可以缓解组织损伤。
这是一个关于氧化石墨烯的相关研究汇总,仅供参考,内容引自微信公众号卡卡西农场,更多内容请关注公众号。

#福州市副市长潘东升不幸因公殉职# 9月26日,福州公安发布消息,福建省公安厅党委委员、一级巡视员、福州市副市长、公安局局长潘东升同志因长期超负荷工作,积劳成疾,在工作岗位上突发疾病,经全力抢救无效,于2021年9月25日12时35分不幸因公殉职。

潘副市长在担任福州市公安局局长期间,以扫黑除恶、疫情防控以及教育整顿工作为重点工作。强调全市各级公安机关要充分发扬不怕疲劳、连续作战的优良作风,抓深抓实抓细当前疫情防控和维护稳定各项工作。

在潘东升微信里还有为福州公安录了一段28秒的语音。

他在语音中说,“朋友们大家好,我是福州市公安局局长潘东升,欢迎您关注福州公安微信公众号。福州公安微信致力于打造亲民、便民、利民的指尖服务和网上警局,持续为广大网民提供丰富的警务资讯、快捷的办事服务和优质的主题宣传,欢迎大家多提宝贵意见、建议,谢谢”。#杏园雅集#

#民生关注# 【“靓淮河” ——滨河南路西段将先“靓”起来】近日,记者从市自然资源和规划局获悉,作为“靓淮河”工程的一部分,我市将率先对滨河南路(胜利西路—纬四路)进行规划改造。

淮河南岸多了一段双向6车道

“淮河穿城而过,这里滨河资源非常丰富,这次规划实施的路段就是为了给这座城市增加一段精彩的滨河景观。”市规划设计院市政所所长王道文介绍,此次滨河南路(胜利西路—纬四路)段设计范围内道路路线总体方向呈西南—东北,设计起点位于与胜利西路交叉口,终点位于纬四路交叉口,路线全长约1318米。之所以选择胜利西路为工程设计起点,是因为滨河南路衔接至胜利西路,可以有效发挥滨河南路对胜利西路的交通集散作用,服务沿线小区的功能。而将纬四路选择为工程设计终点,是因为滨河南路路面高程与北侧堤顶及南侧已建小区室外地坪高程一致,不涉及切堤。

滨河南路利用堤顶路加铺彩色沥青作为游步道,不再设置靠堤侧人行道。为消化滨河南路与堤顶路之间的微高差、打造道路景观效果,滨河南路与堤顶路之间预留宽约3米的绿化带。

按照道路规划横断面进行路权分隔,路段上机动车为双向6车道,与淮上路、纬六路、纬五路、纬四路等相交道路均为“T”字相交。机动车道宽11米,路中设置中央分隔带;机动车道和非机动车道之间设置2米宽两侧带,用于设置交通杆件、路灯等设施;两侧带外为4.5米宽的非机动车道,之外是3.5米宽人行道、7米宽堤顶慢行通道。

东西走向段滨河南路基本与堤顶路平行,堤顶路作为北侧人行步道使用。滨河南路北侧红线距离堤顶路约3米。考虑到堤顶路的防汛功能,本次在滨河南路沿线淮上路交叉口、纬四路交叉口分别设置了防汛通道,连通滨河南路与堤顶路。防汛通道处设置活动护栏,平时长闭,汛期活动护栏打开。活动护栏可设推拉式或伸缩式。

这条林荫花道蝶影芳菲

一条四季常绿、人水共融的生态长廊让人们对于自然会更添几分亲昵。滨河南路是主城区淮河防洪交通生态景观带的重要组成部分,打造一条生态、经济、智慧的绿色生态廊道,人景相融,展示的是这座城市的生态底色。

市规划院相关负责人介绍,此次滨河南路(胜利西路—纬四路)的规划设计,旨在道路沿线外观得到重塑美化的同时,达到生态、经济、设计的“多赢”,与淮河绿廊一同打造美丽淮河,展示魅力蚌埠。

根据道路网对空间的分隔,该路段的景观结构被划分为一带+四主题节点。其中,“一带”要体现道路景观整体性、连贯性,设计中“以花为媒,以绿为轴,以色为介”来打造中分带、侧分带景观绿化。为营造生态、大气、简洁的道路中分带、侧分带景观效果,道路将采用规则式种植为主,小组团式点缀的设计手法。种植上还考虑到了安全视距以及道路防眩等功能。

该路段两侧带2米的宽度,均以下层整形灌木金丝桃、大花六道木、两侧细叶麦冬镶边+中层花灌木日本晚樱+上层实生银杏的方式做绿化隔离,每120米为一个变化段,形式高低错落,变化有序。

道路断面中分带、侧分带以及人行道,设计强调林荫花道的景观效果,利用林荫大乔木、开花亚乔木、开花花灌木等打造林荫花道。乔木主要为常绿大乔高杆女贞,落叶乔木为无患子、银杏、元宝枫,开花亚乔有日本晚樱,主要地被为大花六道木、南天竹、银姬小蜡、大花金鸡菊、金边阔叶麦冬等。

道路交叉口30米范围内,控制大乔木高度,保证视线通透,中分带及侧分带采用层次丰富的地被花丛,孔雀草、大花金鸡菊、穗花婆婆纳等营造繁花嫣语的植物主题。道路断面北侧绿带与堤顶路衔接,设计强调慢行花道的效果,营造一种通透、开放的空间。道路设计还利用芒草、宿根花卉、草坪砾石等打造花境花道,打开滨河南路与淮河生态景观带视线。

护河“城墙”拓展绿色发展空间

据规划设计部门相关人员介绍,滨河南路是市委、市政府“靓淮河”工作中重要的交通基础设施,本段滨河南路位于中段,起到承上启下的作用。

主城区段的淮河南岸的堤坝具有城市防洪的重要功能,是市区汛期防护淮河的“城墙”。淮河堤坝在汛期是“城墙”,在平时也是市民的亲水平台和城市会客厅。然而,由于岸线长、涉及部门多、用地受限等原因,淮河两岸堤坝两侧及堤下路,尤其是淮河南岸长时间以来未进行规模化改造,岸线环境差、交通功能弱,不能满足市民对美好生活环境的需求。本段滨河南路工程建设是主城区淮河防洪交通生态景观带综合治理工程的组成部分,项目建成后将方便沿线市民出行、优化生态环境,改善淮河南岸线的面貌,起到提升城市品质、拓展发展空间的作用。https://t.cn/A6M4ALri


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