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肺部毒性
Schinwald发现对于石墨烯这种片状的材料,其空气动力学直径要远小于其横向直径,投影面积直径为30μm的石墨烯片,其空气动力学直径仅有3.26μm.空气动力学直径在10μm以下的都属于可吸入颗粒物。大尺寸的石墨烯片很容易成为可吸入颗粒物,进入肺部并沉积到肺泡,并对肺部产生毒性效应。因为在氧化过程中引入了官能团,使GO能够与血浆中的蛋白作用形成GO-蛋白质复合颗粒,大尺寸和高剂量都能促进GO形成更大的复合体,被肺截留,从而造成严重的肺纤维化和囊肿。
遗传物质毒性
遗传物质毒性研究是非常重要的,因为它与DNA损伤、基因突变和癌
症之间有密切的相关性。Qiao比较了不同的纳米材料(<50nm)以及氧化石墨烯(2μm)在人的成纤维细胞中的DNA毒性,观察到不同的材料可以引起不同的DNA损伤,其中GO的毒性作用最大。此外,他们还对不同材料的毒性作用进行了浓度测试,石墨烯引起毒性的最低测试浓度为1μg˙mL-1,而纳米颗粒SiO2、氧化锌、二氧化钛、锡和碳纳米管材料仅在高浓度(100μg˙mL-1)才会引起DNA损伤。故石墨烯是导致DNA损伤最严重的材料。
细胞毒性
石墨烯衍生物显示出良好的生物相容性,人体细胞可在其上附着和增殖,特别是视网膜色素上皮细胞。
石墨烯及其衍生物对动物的毒性
石墨烯材料家族(GFNs)因具有大的表面积和高的吸附活性而被广泛应用到环境中,这将导致GFNs对动物(例如,哺乳动物、浮游动物、原生动物等)产生不利影响。图4描述了GFNs通过直接渗透和内吞作用进入细胞,并且通过提取和切割造成生物体细胞膜的损伤。覆盖在细胞外表面上的GFNs可因阻断离子/气体交换产生毒性。GFNs内化作用可引起氧化应激、线粒体功能障碍和DNA损伤。
石墨烯及其衍生物对植物的毒性
选用植物的无菌种子,在温度为25℃的黑暗中,浸渍于不同浓度的石墨烯溶液(0、500、1000和2000mg˙L-1)并过夜.然后取出浸泡的种子放在湿滤纸上,在25℃温度条件下,分别放在含有3mL石墨烯的溶液和没有石墨烯的溶液中培养直到发芽。发芽后,对发芽种子的数目进行计数并分析。结果说明石墨烯衍生物显著抑制植物生长。石墨烯诱导活性氧自由基的浓度增加,导致甘蓝、西红柿、菠菜的细胞死亡和坏死性病变,而生菜没有表现毒性效应。这些事实也表明,植物的潜在毒性作用可能在很大程度上依赖于石墨烯的剂量以及植物物种。
三、小结
由于石墨烯及其衍生物具有优异的物理性质,已经在材料学、能源、生物医学等领域被广泛使用。随着石墨烯衍生物生产工艺的改进,生产成本的降低,其使用领域将进一步扩大,在生产、使用和废旧材料处理中产生的含石墨烯衍生物垃圾将迅速增多。随着它们在空气、水体、土壤中的积累,石墨烯衍生物对生物体的影响成为环境科学的研究热点之一,大量的研究表明石墨烯衍生物具有生物毒性,其对环境的影响必须引起足够重视。
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