水對金屬納米粒子的作用

當你用到化妝品、油漆、防晒霜的時候，很可能是含有納米顆粒的。這些納米材料具有從醫藥到農業到電子產品的革命性的特性。但最終，這些納米粒子將到達自然環境。為了安全地使用它們，並充分發揮它們的潛力，我們需要知道它們在真實環境中的行為，以及這種行為是否會導致任何意想不到的後果。

卡內基梅隆大學土木與環境工程教授Greg Lowry的研究內容就涉及到納米顆粒是如何影響環境的。研究人員研究納米顆粒影響的一種方式是跟蹤金納米粒子，因為他們是穩定和容易找到的，或者研究人員認為是這樣的。

最近，Lowry和博士後研究員Astrid Avellan有了突破性的發現：當它們接觸到水生植物上發現的微生物時，金納米粒子會在淡水環境中溶解。在溶解過程中，金離子被釋放，其行為與納米顆粒不同，並且可能對某些微生物有毒。這項研究沒有測量毒性，所以這並不意味著金納米粒子是有害的，而是通過更好地了解它們在生物活性環境中的行為，科學家最終可以利用這些知識來設計更好的納米材料。他們的研究成果發表在《自然納米技術Nature Nanotechnology》雜誌上。

「這項研究揭示了植物和植物微體在確定淡水環境中對納米工程材料命運的重要性，」Lowry說。「這些植物和生物膜一般是納米材料的重要接收器，是一個引人入勝的研究領域。」

研究小組準確地觀察了這一轉變的原因和發生的速度。他們在所謂的自然淡水環境中進行了測試。位於杜克大學納米技術環境影響中心的介觀物質包含土壤、沉積物、水、植物、昆蟲、魚類和通常生活在這些自然環境中的微生物。Avellan和研究小組每周以非常低的量將金納米粒子釋放到介觀水中，以模仿納米材料使用的長期、低劑量的輸入。

他們想看看納米顆粒在複雜的生物活性生態系統中的表現。六個月後，他們發現70%的黃金與水生植物一起積累，並且所有的金納米粒子溶解並轉變成其他形式的金粒子。當他們仔細觀察生物膜或由植物上發現的細菌和微生物組成的粘性物質時，他們發現微生物釋放了與金納米粒子相互作用的氰化物。金納米粒子溶解（或離子化）並形成金氰化物以及其它與植物共存的金絡合物。

納米顆粒是形成在一至一百納米之間的原子的聚集體，或者是人類頭髮厚度的一百分之一至一千分之一。它們的尺寸賦予了許多應用的新特性：它們可以更好地處理水，它們可以殺死傷口上的細菌，它們可以製造更強健但更輕的材料。

Astrid Avellan說：「我們發現，在水生植物中黃金的積累是瘋狂的，這並不是我們所期待的。因此我們研究了金粒子，發現金與這些植物有關，但它不再是納米顆粒。」

這是一個重大突破，因為金納米粒子被認為是一種穩定的材料，並且經常被用作示蹤劑，以了解納米材料的行為，如果你能發現並追蹤納米顆粒，那麼你就知道納米顆粒在哪裡堆積。本文的研究結果表明，即使是相對惰性的金屬納米粒子，如金，實際上可以溶解時，它們與生物膜在水環境中相互作用。

「納米材料與植物體的相互作用有可能被利用起來，以利於農業生產，」Lowry說。「研究界才剛剛開始認識到光合細菌對植物生產力的作用。這項研究表明，設計納米材料與植物群落一起提高植物生產力的潛力。成功的農業干預將需要考慮如何與自然協同工作。」

雖然金轉化的影響需要進一步研究，但它可能對某些生物是有毒的。離子也可以比納米粒子移動得更快和更遠，在生物體和環境中分布不同。好消息是，現在研究人員已經發現了它們溶解的方式和原因，因此我們可以對納米粒子的未來用途和應用進行智能化，甚至利用這種現象來為我們帶來好處。

Avellan說：「現在我們知道為什麼，在什麼條件下，金納米粒子會發生溶解了。所以我們可以把這些知識運用到我們的優勢去設計更好的材料。」

來源：https://phys.org/news/2018-08-metal-nanoparticles.html

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