2016年7月1日，Nanotoxicology发表了题为“Interactions of CuO nanoparticles with the algae Chlorella pyrenoidosa: Adhesion, uptake and toxicity”（CuO纳米颗粒与蛋白核小球藻的相互作用:粘附、吸收和毒性）的研究论文，通过电子扫描显微镜、透射电镜及电子衍射分析等手段证实了氧化铜纳米粒子对真核藻类蛋白核小球藻的粘附、吸收。通过观察蛋白核小球藻中活性氧的生成、膜损伤以及线粒体的变化证实氧化铜纳米颗粒对其存在的毒性效应，为理解纳米粒子-藻类物理相互作用在纳米毒性中的作用提供了重要信息。
纳米氧化铜纳米颗粒由于其自身具有的毒性和环境风险而日益受到关注，更有许多学者将氧化铜纳米颗粒定性为“强毒性”。然而，由氧化铜纳米粒子本身引起的毒性机制仍知之甚少。藻类物种是氧化铜纳米粒子暴露毒性的指示因子，目前已经有学者研究了一系列纳米粒子对藻类的毒性，其中二氧化钛的研究最多。然而，对于氧化铜纳米粒子，目前关于不同物种的数据相当有限。本研究选择了真核藻类蛋白核小球藻来探究氧化铜纳米颗粒的粘附、吸收和毒性，有助于理解纳米粒子-藻类间的物理相互作用。
细胞内和细胞壁结合CuO 纳米颗粒的HRTEM图像。(A)暴露于CuO NPs的完整藻细胞。(B)由a图放大的图像(C)和(D)分别为位于细胞内和细胞壁上的CuO NPs图像。(E)及(F)则分别由(C)及(D)放大得到。(G)和(H)分别是E和F中所选区域的FFT结果。
HRTEM images of intracellular and cell wall-bound CuO NPs. (A) The intact algal cell that exposed to CuO NPs. (B) The image enlarged from image A. (C) and (D) are images of CuO NPs that located intracellular and on the cell wall, respectively. (E) and (F) are enlarged from (C) and (D), respectively. (G) and (H) are the FFT of the selected area in E and F, respectively.
结合电子显微镜和毒理学研究，测定了CuO 纳米颗粒对蛋白核小球藻的粘附、吸收和毒性。CuO 纳米颗粒对蛋白核小球藻存在毒性效应，在暴露72 h后，藻类的 EC50为45.7 mg/L。扫描电镜结果显示，CuO 纳米颗粒附着在藻细胞表面，并与生物分泌的胞外聚合物(EPS)相互作用。透射电子显微镜显示，暴露于CuO 纳米颗粒后，藻类EPS层增厚近4倍，这揭示了一个可能存在的藻类保护机制。虽然EPS层增厚，但CuO 纳米颗粒仍通过内吞作用内化并储存在藻泡中。TEM和电子衍射分析证实，内化的CuO 纳米颗粒可转化为Cu2O 纳米颗粒，平均尺寸约为5 nm。毒性研究表明，CuO 纳米颗粒与藻类结合后，膜损伤严重。暴露于CuO 纳米颗粒后也可以观察到ROS的产生和线粒体去极化。这项工作为理解纳米颗粒-藻类在纳米毒性中的物理相互作用提供了重要信息。
该研究主要由赵建教授团队完成，王震宇教授和美国马萨诸塞州大学邢宝山教授为共同通讯作者，并得到国家自然科学基金(41120134004、41325013、41403086)和USDA AFRI Hatch Program(MAS 00475)的资助。
论文引用：
Zhao, J., Cao X., Liu X., Wang Z.*, Zhang C.,Jason C., Xing B.*: Interactions of CuO nanoparticles with the algae Chlorella pyrenoidosa: adhesion, uptake, and toxicity,Nanotoxicology, 2016.
论文链接：
https://www.tandfonline.com/doi/figure/10.1080/17435390.2016.1206149?scroll=top&needAccess=true