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我国科学家首次发现纳米材料转化过程稳定同位素分馏现象
文章来源:国家自然科学基金委员会       更新时间:2016年07月07日

中国科学院生态环境研究中心环境化学与生态毒理学国家重点实验室江桂斌院士研究组近期在纳米材料转化过程同位素分馏方面取得重大突破,研究成果于2016年6月20日以“Stable silver isotope fractionation in the natural transformation process of silver nanoparticles”(《银纳米粒子在自然转化过程中的稳定银同位素分馏》)为题在线发表于Nature Nanotechnology,论文链接:http://dx.doi.org/10.1038/nnano.2016.93。审稿专家以“a pioneering landmark study”(一项开创性的里程碑式的工作)高度评价这一工作。该研究得到了国家自然科学基金 (项目资助号:21377141,21422509,91543104)等项目的资助。中国科学院生态环境研究中心为唯一完成单位。

  Nature Nanotechnology同期以“Nanoecotoxicology: Nanoparticle behaviour dissected”为题专门配发了两页篇幅的news and views评论文章(论文链接:http://dx.doi.org/10.1038/nnano.2016.119),对该工作的背景和科学意义进行了详细解读,认为“这一发现具有相当的重要性(the importance of the findings reported is substantial)”,“这一开创性的工作证明了纳米材料的同位素分馏值得深入研究(the pioneering work of Liu and colleagues has demonstrated that this is an issue (isotopic analysis of nanoparticles) worth looking at)”。

  该工作采用了天然稳定同位素来研究环境中纳米材料的过程和来源(图1)。研究人员首次发现了纳米银在自然转化过程中的稳定同位素分馏现象,通过多接收器电感耦合等离子体质谱(MC-ICP-MS)测定了纳米银在转化过程中天然银同位素组成的极细微变化。研究发现,不同的环境过程能够导致不同的银同位素分馏效应,进而通过同位素变化揭示了纳米银在自然水体中的转化途径与机理。研究人员进一步研究发现,人工纳米材料与天然纳米材料在一些环境过程中具有显著不同的同位素分馏效应。这一现象为甄别环境中纳米材料的来源提供了一种潜在的方法,从而为更准确的环境纳米毒理学研究提供了可能。这种基于天然同位素组成的研究思路完全不同于常规的基于浓度或粒度的方法,不但可以提供反应过程中不依赖于浓度的多维信息,而且无需添加任何人为标记,为纳米研究,尤其是对大时空尺度、难以人为加标的体系,提供了一种全新和可行的研究手段,把稳定同位素技术拓展到了一个全新的应用领域。

  该研究组在环境纳米材料环境行为方面已开展了10余年的研究工作,前期工作中发明了一种基于毛细管电泳-电感耦合等离子体质谱在线联用(CE-ICP-MS)的纳米材料表征新方法,可在一次操作中完成复杂环境介质及消费产品中纳米材料的种类鉴定、尺寸分布表征和相关离子检测,成为继传统电镜、光散射技术之外的一种新的纳米材料表征技术。相关论文以VIP paper发表于《德国应用化学》(Angewandte Chemie International Edition, 2014, 53, 14476-14479)。

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