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《碳材料的生物过程及潜在的应用》—— 毛亮教授应邀为我校环境健康研究院师生做学术报告

发布日期:2025-06-26

2025年6月26日,北疆环境健康大讲堂第六十九期学术报告会成功举办。本次报告我们邀请到了南京大学毛亮教授为我们带来了题为《碳材料的生物过程及潜在的应用》的精彩报告。报告由要茂盛教授主持,研究院师生积极参与。

毛亮教授团队长期聚焦于石墨烯等碳材料在环境与生物体内的行为规律及应用前景。碳材料,如石墨烯、炭黑等,因其在环境中的高背景值和难以萃取的特性,分析其在生物体内的分布和安全性一直是个难题。传统方法如荧光标记虽有尝试,但易改变材料结构或在生物体内脱落,难以实现精准定量。

为攻克这一难题,毛教授团队创新性地引入了碳-14放射性标记技术。碳-14半衰期长达5700多年,环境背景值低,适合用于标记含碳物质。团队通过“三明治”结构合成方法,成功制备了碳-14标记的石墨烯,不仅保持了其原有结构,还能调控尺寸和放射性含量。这一技术突破使得石墨烯在水、土壤、植物、动物等复杂样本中的含量定量检测成为可能,灵敏度高达4纳克,远超传统方法。此外,团队利用碳-14标记技术,深入研究了石墨烯在不同生物体内的累积、分布及代谢过程。结合电子衍射等技术,团队从定性和定量角度证实了石墨烯在生物体内的存在及其分布规律。

在植物研究中,团队揭示了石墨烯通过根毛进入植物根系的机制。研究发现,根毛在生长过程中未完全形成细胞壁时,会通过内吞作用将石墨烯带入根部,并通过细胞间连丝传递至茎叶。这一发现破解了纳米材料如何突破植物细胞壁屏障的谜团。然而,团队还发现石墨烯在植物体内并非完全稳定。在水稻实验中,石墨烯暴露14天后约20%被代谢为放射性二氧化碳,表明其在生物体内可被自由基攻击而碎片化。这一发现为评估碳材料的环境安全性提供了重要依据。

毛教授团队在植物研究中揭示了石墨烯通过根毛内吞作用进入植物根系并传递至茎叶的机制,破解了纳米材料突破植物细胞壁的难题,同时发现石墨烯在水稻体内约20%会被代谢为二氧化碳,为评估其环境安全性提供了依据。基于此,团队创新开发了光热双重响应纳米农药递送系统:利用石墨烯的大比表面积增强叶片粘附性,通过光照和虫体碱性肠道触发农药释放,实现精准杀虫及虫卵清除,显著提升农药利用率,为绿色农业提供了"内外兼修"的解决方案。

毛亮教授团队以碳-14标记技术为核心,系统解析了石墨烯在环境与生物体内的迁移、转化及代谢过程,不仅揭示了其环境健康效应,还为纳米农药等应用领域开辟了新方向。这一技术适用于所有含碳物质的定量与追踪研究,未来有望在环境科学、生命科学及农业领域发挥更大作用。