海院科研动态（15）| 石墨烯系纳米材料的生物安全性评价取得新进展

       石墨烯具有独特的光学、力学、电学等特性，是目前室温导电速度最快、力学强度最大、导热能力最强的材料，具有良好的生物相容性，广泛用于电子器件、能源储存、环境治理以及生物传感器、肿瘤靶向治疗等领域。通过对石墨烯的改性，可以生成石墨烯衍生材料以及石墨烯复合材料以适应不同场景下的应用需求。石墨烯被认为是当前最有前景的新型材料。因此，石墨烯对环境或人体健康的影响，也成为当前毒理领域的研究热点。研究者通过各种动植物模型评价石墨烯的潜在毒性效应。但是，石墨烯对水生生物的毒性影响的还知之甚少。

       石墨烯进入生物体的渠道有多种，主要是通过直接食用被石墨烯污染的物质、摄入水、呼吸或者皮肤接触而暴露于石墨烯及其相关材料中的。这种接触将会影响肠道微生物菌群。肠道菌群与人体健康关系极为密切，参与着宿主的食物摄取、能量代谢、免疫调控等，被喻为人体重要的“微生物器官”。研究纳米材料对肠道微生物的作用是了解纳米材料的生物安全性的重要内容。而目前关于石墨烯及其衍生物的对肠道微生物影响以及与其物化属性的关系的研究相对缺乏。

       该研究就是选取常用的三种石墨烯系材料，包括石墨烯（GR）、氧化石墨烯（GO）和还原石墨烯（rGO），通过食物摄入的慢性暴露方式，研究这三种材料对模式生物斑马鱼组织的病理学特征、生理生化响应，以及对肠道微生物菌群的影响。研究结果表明，石墨烯、氧化石墨烯和还原石墨烯均会影响斑马鱼肠道菌群组成成分的变化，石墨烯和氧化石墨烯会导致肠道的氧化损伤，石墨烯及其衍生物的毒性与石墨烯层数、横向尺寸、刚度、疏水性、表面功能化程度以及剂量有关。三种物质会均导致肠道菌群组成成分的变化。其中，梭杆菌纲和鲸杆菌属、乳杆菌属相对丰度的高于对照组，厚壁菌门以及假单胞菌属丰度低于对照组。石墨烯还会导致肠道微生物群落多样性的显著减少，分析可能是片径相对较大，疏水性强，氧化程度低，晶体缺陷相对较大导致的。本研究为三种石墨烯材料的生物安全性评价以及生产应用提供了一定的科学依据与参考。

图1. 石墨烯 (GR)、氧化石墨烯 (GO)和还原石墨烯 (rGO) 的电镜图：石墨烯 (a), 氧化石墨烯 (b) ，还原石墨烯 (c) (标尺尺度：100 nm), 以及 (d)石墨烯(GR)、氧化石墨烯 (GO)和还原石墨烯 (rGO) 的拉曼光谱图 (D和G峰)

图2. 石墨烯 (GR)、氧化石墨烯 (GO)和还原石墨烯 (rGO)对斑马鱼肠道菌群的影响 (a) 对斑马鱼肠道菌群门相对丰度的影响，(b) 对斑马鱼肠道菌群属相对丰度的影响, (c) 暴露于三种石墨烯材料下斑马鱼种群结构的主坐标分析

       该成果近期发表于国际知名学术刊物《Environmental Pollution》，Zheng M., Lu J., Lin G., Su H., Sun J., Luan. T. (2019) Dysbiosis of gut microbiota by dietary exposure of three graphene-family materials in zebrafish (Danio rerio). Environmental Pollution, 112969。新奥门31999新奥门31999郑敏副研究员为第一作者，新奥门31999/广东工业大学栾天罡教授为通讯作者。

      上述研究工作得到了国家重点研发项目、国家杰出青年基金项目等的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.envpol.2019.112969