结束语

该专集刊载的研究论文是国家自然科学基金“生物活性矿物纤维表面介体及其活化机理研究”项目的部分成果。项目从探讨天然纤维材料的表面化学活性———生物活化———生物持久性———生物毒性———环境安全性出发 ,寻求工业矿物、环境医学、材料价值的联合评估。这本论文集反应了这一研究的主要成果 ,及时发表这些研究成果 ,无疑对推动我国环境矿物学和环境医学的发展以及缩小国内该领域的研究与国际前沿的差距是非常有益的。本专集比较集中地反映了基金项目在矿物纤维粉尘表面官能团、矿物粉尘溶盐处理与改型、矿物粉尘的生物持久性 (体…     

矿物粉尘对人体血清物质的吸附行为研究

通过测定吸附后人体血清的成分,并利用红外光谱研究了几种矿物粉尘对血清中物质的吸附作用,结果表明,矿物粉尘对血清中物质的吸附具有选择性,主要是吸附了血清中的蛋白质和脂类等生物大分子。不同矿物吸附生物大分子的选择性不同,这主要与矿物的结构和表面海性等因素有关。红外光谱研究表明,吸附机理主要是物理吸附,可能也存在化学吸附。另一方面,矿物粉尘在血清中发生了一定程度的阳离子交换和溶解作用。     

纤维矿物粉尘在Gamble溶液中的溶解行为

本文用人工配制的Ｇａｍｂｌｅ溶液和三个酸度系列,研究了６对粉尘在模拟人体环境下９６ｄ的溶液特征和生物持久性。结果表明：不同粉尘中铁元素的溶解速率多数出现两个峰值区,三八面体结构型粉尘中铁与镁元素溶解同步。高镁矿物粉尘溶解速率在第一阶段多出现峰值;沸石、硅灰石的钙溶解速率比较稳定,硅灰石在低ｐＨ值区表现出前高后低的特点;Ｓｉ在Ｇａｍｂｌｅ溶液中的溶解峰点在ｐＨ５体系中出现在４８ｄ以前,在ｐＨ７体系中     

铁细菌胞外多聚物对铁矿物的调控形成及其环境意义

环境介质溶液中铁的水解作用和稳定化作用主要受铁细菌及其代谢有机物质的影响。铁细菌普遍存在于自然环境中,可利用低价铁源为自身生长所需能量。铁细菌胞外有机物的主要组分如多糖和蛋白质等可与铁结合,并通过氧化或沉淀作用使铁稳定、沉积而形成铁矿物;此外铁细菌胞外多聚物可催化铁的氧化或促进铁的聚集。这些生物成因铁矿物因具有良好的表面吸附与氧化还原等化学活性,及有效固定环境中的重金属、放射性核素和催化降解有机污染物的良好环境属性,在环境生物矿物材料和环境治理研究领域被日益重视。故本文基于铁细菌及其胞外多聚物对铁矿物矿化形成的重要调控作用,介绍了环境中存在的铁细菌及其生物矿化特征,重点阐述了铁细菌胞外多聚物(组分、结构及特性)及其在铁矿物矿化过程中的作用,同时对铁细菌胞外多聚物及生物成因铁矿物的环境意义进行了概述。     

大气降尘及人工粉尘在缬氨酸中的溶解特性研究

针对自然降尘、工业区降尘及人工粉尘进行的物相、成分、表面形貌、元素含量及粒度分析表明,降尘均以石英、方解石、钠长石、绢云母为主要物相成分,SiO₂、CaO含量较高,K₂O、Na₂O含量低。降尘粒度在0.3～5 μm内集中分布,小于2 μm的粉尘比例均超过85%。粉尘颗粒多为无规则的团块状,且颗粒表面粗糙。在模拟人体温度37℃条件下,对比研究了32 h内粉尘在缬氨酸水溶液中的溶出行为和电化学作用。不同性质的粉尘的pH值和电导率变化趋势不尽相同,大体上前4 h前各粉尘样品的pH值、电导率随时间增加上升较快,8 h后反应基本达到平衡。反应前后,溶液pH值改变较小,缬氨酸对粉尘溶解有较大缓冲作用。粉尘中元素K、Ca、Na、Mg的离子溶出总量为31～331 mg/L,其中Ca元素的溶出量最大为15～255 mg/L,其次为元素K、Mg、Na。重金属离子Fe、Zn、Mn、Pb、Ba、Cr、Ni、V的离子溶出总量为3.06～20.60 mg/L,Al、Si离子溶出总量为1.12～22.80 mg/L。粉尘中各元素主要在前8 h溶出较快,各粉尘在中性缬氨酸水溶液中的溶解程度由大到小为: 硅灰石>蛇纹石>海泡石;水泥厂降尘>自然降尘>电厂降尘。CaO含量高的水泥厂降尘和硅灰石人工粉尘溶解程度最大,表明其在中性缬氨酸环境中耐蚀性较差,表现出较低的生物持久性。SiO₂含量高的电厂降尘和海泡石人工粉尘溶解程度最小,具有较强耐蚀能力和较高生物持久性。     

大气粉尘中的矿物及其环境健康效应研究进展

大气粉尘中的矿物主要来源于土壤尘、建筑工地和局地扬尘,颗粒较小,一般呈不规则形状,表面凹凸不平。矿物粉尘具有很强的生物活性,对人体健康、生物效应有其特有的生理作用。矿物粉尘表面活性基团影响粉尘的生物效应。矿物粉尘本身或刺激吞噬细胞而产生的自由基对细胞的损伤和粉尘性疾病的形成起着至关重要的作用。大气粉尘成分、表面特性以及矿物粉尘对人体正常宿主菌群的抑制性和毒性效应研究是矿物粉尘环境健康效应研究的重要方向。     

降尘与人工粉尘在谷氨酸中的溶解特性

针对自然降尘、工业区降尘及人工粉尘进行的物相、成分、表面形貌、元素含量和粒度分析表明降尘均以石英和方解石为主要物相成分,SiO2、CaO含量较高,K2O、Na2O含量低。自然降尘为无规则颗粒,大颗粒表面上带有微小颗粒团聚;工业区降尘形貌呈球形、团状;人工粉尘呈柱状或纤维状。降尘粒度在0.3~5μm内集中分布,小于5μm的粉尘比例均超过99%。在模拟人体温度37℃条件下,进行了32 h内粉尘在谷氨酸水溶液中的溶出行为和电化学作用的对比研究。各粉尘样品的pH值和电导率变化趋势相似,8 h前各粉尘样品的pH值电导率随时间增加缓慢上升,8 h到32 h间pH值上升速度明显加快。元素K、Ca、Na、Mg的溶出离子总量为35.4~429 mg/L,其中Ca元素的溶出量最大为20~334 mg/L,重金属离子Fe、Zn、Mn、Pb、Ba的离子溶出总量为0.18~5.59 mg/L,Al、Si离子溶出总量为3.0~21.7 mg/L。粉尘中各元素主要在前16 h溶出较快。各粉尘在酸性谷氨酸水溶液中的溶解程度由大到小为:硅灰石蛇纹石海泡石;水泥厂降尘自然降尘电厂降尘。CaO含量高的水泥厂降尘和硅灰石人工粉尘溶解程度最大,表明其在酸性谷氨酸环境中耐腐蚀性较差,表现出较低的生物持久性。SiO2含量高的电厂降尘和海泡石人工粉尘溶解程度最小,具有较强耐蚀能力和较高生物持久性。     

粉尘危险程度分级的毒理学实验测试方法

呼吸性粉尘危害程度分级的主要理论基础是粉尘对机体的毒性强度,而粉尘毒性的检测分析则是确定其毒性强度的重要依据之一。现代基础科学的飞速发展,不但为研究粉尘的危险提供了许多新的技术手段,而且也为认识和评价粉尘的毒性开阔了视野并展现了良好的前景,近些年来药理,毒性,生物环境及劳动卫生等领域内的学者在这方面做了许多卓有成效的工作,人们正从粉尘一纤维化（尘肺）这样的模式中走出来,向粉尘－毒性（对机体的多层次,多方面的影响）迈进,许多年来劳动卫生工作者一直为这样一个问题所困扰－－对成千上万种生产性粉尘如何评价其毒性并对危害程度做出分级,而这一点对于控制粉尘的职业危害是非常重要的,国内外的学者在这方面做了大量工作,并取得了一些进展。     

元素地球化学揭示的长江中下游下蜀黄土物源及其环境意义

中晚更新世以来长江中下游地区粉尘堆积广泛发育,这些广义上可称之为"下蜀土"的区域粉尘堆积,典型代表有"九江下蜀土"、"安徽下蜀土"、"南京下蜀土"。其形成的年代及其粉尘堆积属性已基本明了,但是其物质来源却存在较大争议。详细分析了这些粉尘的元素地球化学特征,并与黄土高原黄土和红土进行了对比,结果表明:1)长江中下游的下蜀黄土均非来自北方的黄土高原,且九江、安徽、南京三地物源相互之间也存在显著差异,均为近源堆积,北方粉尘的作用过去被严重高估了;2)冰期背景下,长江中下游地区气候普遍恶化,区内大面积沙化和厚层粉尘堆积是现代亚热带湿润季风区对冰期气候环境响应的结果,是特殊地形条件和气候背景下冬季风近地面气流侵蚀—搬运裸露的河(湖)漫滩而形成的区域风沙—粉尘堆积体系,长江流域这种区域堆积体系及其地环境与地生态效应在以往的研究中没有得到应有的重视和认识。     

纳米矿物及其环境效应

纳米矿物作为连接原子/分子和块体矿物材料的桥梁,在建立矿物微观反应机制和宏观现象的研究中具有重要的意义.随着纳米地质学的迅速发展,纳米矿物在地表环境中的分布、存在形式及其反应活性引起了越来越多关注.综述了天然环境中常见的纳米矿物的成因、存在方式、特殊的尺寸效应、团聚行为、生物/非生物界面反应的分子机制,及其对地表环境和元素生物地球化学循环的影响;着重介绍了具有重要环境意义的纳米矿物与其对应的大尺寸矿物颗粒在吸附行为、溶解速率、团聚状态、催化活性、界面电子传递效率等方面的差异.对于纳米矿物与其对应的宏观矿物晶体之间差异的研究,有助于全面认识矿物对各种地质过程的作用,对于推动地球科学向更加微观和深入的方向发展具有极其重要的意义.      

An In Vitro Investigation of Pulmonary Alveolar Macrophage Cytotoxicity Introduced by Fibrous and Grainy Mineral Dusts

In order to study the damage mechanism of mineral dusts on the pulmonary alveolar macrophage （AM）, the changes in their death ratio, malandialdthyde （MDA） content and activities of lactate dehydrogenase （LDH） and superoxide dismutase （SOD） were measured, and the technique of cell culture in vitro was used to investigate the cytotoxicity of six mineral dusts （twelve crystal habits） from twelve mineral deposits. The results show that woUastonite and clinoptilolite have no AM cytotoxicity, while other fibrous and grainy mineral dusts damage pulmonary AM in various degrees. The cytotoxicity of fibrous mineral dusts was greater than that of the grainy ones, and the cytotoxicity of dusts was positively correlated with the active OH- content in dusts, but not necessarily so with its SiO2 content. The high pH values produced by dust was unfavorable for the survival of cells and the dusts with low bio-resistance were safe for cells. The content of variable valence elements in dusts might influence their cytotoxicity and the surface charge of dusts was not a stable factor for their toxicity. It is demonstrated that the shape of mineral dusts was one of the factors affecting cytotoxicity, and that the cytotoxicity of mineral dusts depends mainly on their properties.     

几种纤维矿物粉尘的真空有机吸附及表面基团变化

利用真空有机吸附和红外光谱分析法,研究了几种纤维矿物粉尘对不同偶极矩的正己烷（偶极矩为０）、乙醚（偶极矩为１．１６）和吡啶（偶极矩为２．１９）的吸附特征及这种有机试剂对表面基团的影响。研究发现：纤维矿物粉尘对有机试剂的吸附能力并不完全与有机试剂的偶极矩大小成正比;部分纤维矿物粉尘对正己烷的吸附为化学吸附,吸附解吸后出现了１２６２￣１２６７ｃｍ＾－１、１３１１ｃｍ＾－１的新的ＩＲ谱带,它们应是部分纤     

纤粒矿物粉尘体外细胞毒性研究

采用体外细胞培养技术,观察兔肺泡巨噬细胞死亡率,用丙二醛（ＭＤＡ）的含量变化、乳酸脱氢酶（ＬＤＨ）及超氧化物歧化酶（ＳＯＤ）的活性变化来评价来自１２个矿６床的６种矿物的１２种结晶习性的矿物粉尘的细胞毒性,探讨其使巨噬细胞受损的机制。结果显示：沸石、硅灰石无细胞毒性,而其他的纤维状及片粒状矿物粉尘则表现出不同程度的细胞毒性,说明矿物粉尘的细胞毒性与矿物粉尘的形态有一定关系,但主要由矿物粉尘的特性所决     

矿物纤维粉尘在酸中的稳定性与化学活性研究

通过对一些矿物纤维粉尘耐酸蚀性及其酸蚀残余物化学活性的测试分析和对矿物纤维粉尘的酸蚀历程尤其在酸蚀过程中其表面活性基团的变化及影响耐酸蚀性及其化学活性的诸多因素的较深入的探讨,并结合作者以前和前人的研究成果,探讨了矿物纤维粉尘耐酸蚀性强弱及酸蚀过程澡表面活性基团变化与生物活性大小变化的关系。结果表明,矿物纤维粉尘的酸蚀持久性与其晶体结构、结晶度、晶格缺陷多少有关,也与其表面官能团种类、位置及裸露程     

动物体内青石棉纤维变化特征的显微研究

石棉纤维粉尘注入动物体内后，一部分形成石棉小体或石棉斑，一部分仍为裸露纤维。石棉小体内的纤维表面基团和组织内的某些蛋白反应可形成新的表面介体。粉尘在动物体内引起的动物病变主要是纤维化组织包裹和间皮瘤，机体以吞噬、包裹、缠绕，或以生化溶解方式排解粉尘。纤维自身则出现变短、尖部圆化、折断、分叉现象，也可以出现溶解、迁移、表面化学反应等。肺泡内纤维的碳酸盐化现象是体内纤维溶解和反应的新方式。动物体内间皮瘤可生长在注入部位也可在非注入部位，某种毒性衍生物质的生成和迁移是引起病变的主要原因。体内纤维粉尘的溶解是一个非常缓慢的过程，细小粉尘易于溶解和迁移。体内粉尘的膜阻滞现象在腹膜、胸膜上较为常见，在膜部位不易生成间皮瘤，肿瘤多引发在膜的内侧。但膜可以弱纤维化包裹。     

工业矿物纤维粉尘的表面特性研究

本文在对比研究了７种工业矿物纤维表面官能团和表面行为的基础上讨论了矿物纤维粉尘对人体的危害性及对环境影响的毒理因素,强调矿物与生物体之间的相互作用要重视矿物表面／细胞物理化学作用,提出矿物纤维表面特征是表征其生物活性的关键因子,如表面活性域等,而纤维性只是矿物表面特性的表征因素之一。     

Study on the Dissolution of Dusts in Glutamic Acid

This article describes the characteristics of natural dusts, artificial dusts and industrial dusts, such as mineral phases, chemical components, morphological observation and size. Quartz and calcite are the main phases of natural dusts and industrial dusts with high SiO2, CaO and low K2O, Na2O on the chemical composition. Natural dusts are mainly irregular shaped and some particle aggregation made of small dusts on the surface of large dust. Industrial dusts are globular and blob-like, but artificial dusts are columnar and fibrous. The fine particles are mainly in the range of 0.3-5 μm,of which the dusts of less than 5 μm are over 99%.The dissolution and electrochemical action of dusts in glutamic acid liquor at the simulated human body temperature (37 ℃) in 32 hours were investigated. The changes of pH values and electric conductivity of those dusts were similar, increased slowly in first 8 hours, and then the pH values increased rapidly. The total amount of dissolved ions of K, Ca, Na, Mg was 35.4-429 mg/L, particularly Ca was maximal of 20-334 mg/L. The total amount of dissolved ions of Fe, Zn, Mn, Pb, Ba was 0.18-5.59 ppm and the Al, Si was 3.0-21.7 mg/L. Each element dissolved rapidly relatively in first 16 hours. The relative solubility order of dusts in glutamic acid are: wollastonite > serpentine > sepiolite, the cement plant industrial dusts > power plant industrial dusts, and natural dusts have similar solubility. The wollastonite and power plant industrial dusts have highest solubility, which have high content of CaO; this shows there are a poorer corrosion-resisting ability and lower bio-resistibility. Sepiolite and cement plant industrial dusts have lowest solubility, which have high content of SiO2; this shows there are a higher corrosion-resisting ability and stronger bio-resistibility.     

The Study on Genotoxicity of PM_(2.5) Mineral Dusts to A_(549) Cells

By detecting the influence of six main ingredients of PM2.5 mineral dusts on the A549 cell morphology, proliferation inhibition rate, micronuclei and DNA damage, to explore the genotoxicity of PM2.5 mineral dusts. (1) After exposure to six kinds of dusts of 200 μg/mL concentration for 24 hours, the morphology of A549 cells were observed using Wright-Giemsa staining. (2) After exposure to different concentrations of mineral dusts for 24 hours, the proliferation inhibition rate of A549 cells was detected by MTT assay. (3) Cells were exposed to PM2.5 mineral dusts at a concentration of 200 μg/mL for 24 h. After Wright-Giemsa staining, the rates of micronucleus cells were counted under oil microscope. (4) Observe Comet phenomenon by SCGE electrophoresis, the degree of DNA damage was observed by OTM. (1) Compared to the control group, membrane destruction, nuclear pyknosis and mineral surface adhesion were mainly seen in the Sericite group and Albite group. In the Quartz group and Montmorillonite group, enlarged cell gaps, loosely arranged cells, absorption of a large number of minerals on the cell surface, and cell pyknosis were observed. (2) The proliferation inhibition rate of the six kinds of dusts to A549 cells were (from large to small): KWC-M>Nano-SiO2>KWC-S>KWC-Q>KWC-A>KWC-C.The dust concentration was positively related to the inhibition of cell proliferation rate. (3) With the dusts concentration increased, the incidence of micronuclei gradually increased. The rate was positively correlated to exposure concentration. (4) The six mineral dusts can damage DNA of the A549 cells by dose-response relationship.The higher concentration of the mineral dusts, the more obvious of the DNA damagenation. There’s statistically significant compared with the control group. The six main ingredients of the PM2.5 mineral dusts can change A549 cell morphology from varying degrees, improve proliferation inhibition rate of the cells, increase the number of micronuclei cells, damage DNA.Then we come to the conclusion that PM2.5 mineral dusts can change the genotoxicity of the cells.