用于评估纳米塑料胁迫下检测超氧阴离子荧光探针的合成与应用

	用于评估纳米塑料胁迫下检测超氧阴离子荧光探针的合成与应用
其他题名	Synthesis and application of fluorescent probe for detecting superoxide anion under nanoplastic stress
	王奕程
学位类型	硕士
导师	陈令新
	2024-06
培养单位	中国科学院烟台海岸带研究所
学位授予单位	中国科学院大学
学位授予地点	山东省烟台市莱山区中国科学院烟台海岸带研究所
学位名称	理学硕士
学位专业	海洋化学
关键词	纳米塑料氧化还原失衡荧光探针超氧阴离子自由基环境污染物分析
摘要	纳塑料是一类新型污染物，近年来已逐渐成为环境污染领域研究的焦点。微纳塑料包括微塑料和纳米塑料，其中，微塑料定义为直径在1 μm-5 mm范围内的塑料颗粒；纳米塑料为直径在1 μm以下的塑料颗粒。在海洋环境中，微纳塑料分布广泛，已在各海域甚至南极附近发现了微纳塑料的存在。同时，在多种类海洋生物的体内也发现了微纳塑料的摄入，例如浮游生物、双壳类、鱼类、海洋哺乳动物等；人体对微纳塑料的摄入也已经得到了证实。由于纳米塑料与微塑料相比具有更小的粒径，更容易被细胞吸收，并引发生物毒性效应。纳米塑料可以在细胞内诱导活性氧（ROS）的生成，引起氧化还原失衡。因此，开发荧光探针用于检测纳米塑料诱导细胞、生物体产生的超氧阴离子，在研究纳米塑料胁迫对于环境及生物的影响方面具有重要意义。针对上述问题，本课题研究具体内容如下：（1）荧光探针BCy-OTf的设计、合成表征、光谱分析及纳米塑料PS-NPs的合成表征。基于荧光成像技术，开发了以荧光染料苯并吲哚菁（Bcy）作为荧光发光团，以三氟甲基磺酰基基团（OTf）为响应基团特异性识别超氧阴离子的荧光探针Bcy-OTf，并利用质谱与核磁共振对合成的探针Bcy-OTf进行了表征。选择超氧阴离子（O2•−）作为目标检测物质，是由于O2•−是一种与生命过程紧密关联的重要ROS，被认为是纳米塑料暴露导致氧化损伤的关键信号分子。结果表明，探针Bcy-OTf基于分子内电荷转移（ICT）的发光机制工作，符合实验设计的需求，具备进一步应用于细胞、生物中纳米胁迫下超氧阴离子浓度分析的能力。同时，为了给细胞和生物创造适当的纳米塑料胁迫环境，本研究合成了聚苯乙烯纳米塑料PS-NPs，并通过透射电镜（TEM）和纳米粒度电位移对合成的纳米塑料PS-NPs进行了表征。结果证明， PS-NPs为粒径约60 nm的单分散纳米塑料，具备实现纳米塑料胁迫细胞和生物造模的条件，为后续生物纳米塑料胁迫实验奠定了基础。（2）纳米塑料胁迫下细胞的毒理学探究及机理研究。以细胞内仅添加探针Bcy-OTf为对照组，以额外添加内源性O2•−、外源性O2•−以及细胞内O2•−清除组作为实验组，说明了探针Bcy-OTf在生物环境中对O2•−具有高灵敏度和高选择性。通过对不同浓度下PS-NPs暴露24小时后的细胞进行共聚焦细胞成像分析和流式细胞术分析发现，随着浓度的升高，细胞内O2•−含量也逐渐升高，表明纳米塑料胁迫下的细胞内氧化还原失衡具有浓度依赖性；对25 mg/L浓度下的PS-NPs暴露0、6、12和24小时后的细胞共聚焦成像和流式细胞术分析表明，纳米塑料的生物毒性具有暴露时间依赖性。另一方面，通过蛋白质免疫印迹法同样揭示了纳米塑料胁迫毒性的浓度依赖性和暴露时间依赖性，并对纳米塑料毒性损伤机制进行了探讨。本研究认为纳米塑料胁迫在细胞内引发了p38、ERK和JNK等MAPK通路蛋白的磷酸化表达增加，进而增加了NF-κB p65的表达，导致细胞内氧化还原失衡和炎症的产生。本研究通过荧光成像技术和流式细胞术观察到了O2•−含量的异常升高，通过Western blot研究了微纳塑料对细胞可能存在的损伤机制。（3）纳米塑料胁迫下不同生物模型的构建及毒理学探究。在细胞层面纳米塑料胁迫实验结论的基础上，本部分研究继续对纳米塑料在生物个体层面上的毒性影响进行了探究。首先选择浮游生物大水蚤和鱼类幼体斑马鱼为本部分实验的模型生物。结果表明，纳米塑料胁迫不仅在细胞层面中存在浓度依赖性和暴露时间依赖性，在浮游生物和鱼类在内的生物个体中同样发现纳米塑料胁迫与浓度和暴露时间成正比，即O2•−含量和氧化还原失衡程度会随浓度和暴露时间增加而增加。这些实验结果为微纳塑料的毒理机制的研究提供了参考，同时也证明了Bcy-OTf可以精确评估内源性O2•−的变化情况，具有进一步分析纳米塑料生物风险机制的潜力。
页数	72
语种	中文
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.yic.ac.cn/handle/133337/35384
专题	中国科学院烟台海岸带研究所知识产出_学位论文
推荐引用方式 GB/T 7714	王奕程. 用于评估纳米塑料胁迫下检测超氧阴离子荧光探针的合成与应用[D]. 山东省烟台市莱山区中国科学院烟台海岸带研究所. 中国科学院大学,2024.

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用于评估纳米塑料胁迫下检测超氧阴离子荧光（3547KB）	学位论文		开放获取	CC BY-NC-SA	请求全文