（通訊員 顏能）隨著納米材料在生物醫藥、環境催化和新能源領域的廣泛應用，其潛在生態與健康風險引發全球關注，但其安全性評估仍面臨關鍵瓶頸——傳統毒理學研究常將納米顆粒的毒性簡單歸因于顆粒本身或溶解釋放的金屬離子，卻無法定量解析二者在復雜生物體系中的動態貢獻。
我校環境學院史建波教授團隊結合聚集誘導發光（Aggregation-induced emission, AIE）生物成像與非標記散射光追蹤技術，實現對活體細胞內納米顆粒與金屬離子的同步、實時、非侵入式觀測。同時，開發了級聯毒性模型，整合了納米顆粒的體外溶解、細胞攝取、離子轉化及毒性通路，并通過虛擬細胞模型驗證，使預測精度達到97%以上。研究結果顯示，納米顆粒的毒性中，70%-98%由釋放的金屬離子主導，而且具有顯著的尺寸效應（ACS Nano, 2025, DOI: 10.1021/acsnano.5c04379）。
圖1：雙模式成像技術結合級聯毒性模型實現金屬納米顆粒精準毒理預測
納米顆粒在生物體內可能經歷溶解-再生成的動態轉化，導致毒性來源復雜化。傳統方法難以同步觀測顆粒、離子及二次產物的生物分布與相互作用。研究團隊通過聚集誘導發光技術與無標記散射光成像、高光譜分析的集成，在活體微藻細胞內實現了對AgNPs全生命周期的非侵入式觀測。研究發現，Ag+優先定位于藻細胞的頂端區、細胞核及蛋白核，而Ag0NPs特異性聚集在細胞質，其形成與細胞內谷胱甘肽還原酶（GR）活性密切相關。此外，經24小時暴露，約9%的細胞內AgNPs發生轉化，其中4.7%以Ag+形式殘留，4.3%形成Ag0NPs（ACS Nano, 2024, 18, 35013-35028）。
該研究通過調控顆粒尺寸、表面修飾或暴露條件，可控制Ag+的釋放速率與再生成效率，從而降低毒性，為納米材料的安全設計與環境風險評估提供了關鍵工具。研究中開發的成像技術可擴展至其他納米材料，為環境健康監測、納米藥物靶向遞送及生態風險預測提供新方法。
圖2：聚集誘導發光生物成像與無標記高光譜成像和散射光成像技術聯用，可視化定量追蹤AgNPs、Ag+和Ag0NPs的細胞內時空演化規律。
以上研究的第一作者均為中國地質大學（武漢）環境學院顏能教授，通訊作者為環境學院史建波教授和香港城市大學王文雄教授。研究工作得到國家自然科學基金、國家重點研發計劃以及武漢市科技計劃項目的資助。
文章1鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.5c04379?fig=agr1&ref=pdf；
文章2鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.4c13880；
鄂公網安備 42011102004169號
