综述：水环境中的碳基纳米材料：来源、归趋、毒理学效应及风险评估——特别关注水产养殖系统

《Aquaculture International》：Carbon-based nanomaterials in aquatic environments: sources, fate, toxicological effects, and risk profiling with special reference to aquaculture systems

　　

摘要

基于碳的纳米材料（CBMs），包括富勒烯、碳纳米管（CNTs）、石墨烯及其衍生物，在工业、生物医学和环境应用中的使用日益广泛，这导致它们不可避免地释放到水生生态系统中。尽管对CBMs的毒性进行了大量研究，但在将它们的环境来源、转化过程和毒性机制整合到特定于水产养殖的风险评估框架中仍存在关键空白。本综述综合了目前关于CBMs在淡水和海洋系统中的存在情况、物理化学性质、环境归趋和生态毒理学效应的知识，特别强调了与水产养殖相关的暴露条件。讨论了控制其环境行为的关键过程，如聚集动态、与沉积物的相互作用以及与天然有机物的关联，以及这些过程对胶体稳定性、传输和生物可利用性的影响。研究了毒性机制途径，包括氧化应激、线粒体功能障碍、免疫调节和组织水平的变化，并将其与材料性质（如表面功能化、长宽比和结构缺陷）联系起来。此外，本综述还指出了在复杂水生基质中检测和量化CBMs时面临的分析挑战，并区分了模型预测的环境浓度和实验测量的环境浓度。现有证据表明，不同物种和生命阶段的敏感性存在差异，早期发育阶段通常表现出更高的敏感性。尽管环境浓度通常低于急性毒性阈值，但在密集的水产养殖条件下，CBMs可能通过吸附和载体介导的传输显著影响污染物动态。通过将环境行为与毒性机制和暴露评估相结合，本综述提出了一个适用于水产养殖系统的概念性风险评估框架，并确定了支持改进环境风险评估和可持续管理基于碳的纳米材料的关键研究空白。

图形摘要

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基于碳的纳米材料（CBMs），包括富勒烯、碳纳米管（CNTs）、石墨烯及其衍生物，在工业、生物医学和环境应用中的使用日益广泛，这导致它们不可避免地释放到水生生态系统中。尽管对CBMs的毒性进行了大量研究，但在将它们的环境来源、转化过程和毒性机制整合到特定于水产养殖的风险评估框架中仍存在关键空白。本综述综合了目前关于CBMs在淡水和海洋系统中的存在情况、物理化学性质、环境归趋和生态毒理学效应的知识，特别强调了与水产养殖相关的暴露条件。讨论了控制其环境行为的关键过程，如聚集动态、与沉积物的相互作用以及与天然有机物的关联，以及这些过程对胶体稳定性、传输和生物可利用性的影响。研究了毒性机制途径，包括氧化应激、线粒体功能障碍、免疫调节和组织水平的变化，并将其与材料性质（如表面功能化、长宽比和结构缺陷）联系起来。此外，本综述还指出了在复杂水生基质中检测和量化CBMs时面临的分析挑战，并区分了模型预测的环境浓度和实验测量的环境浓度。现有证据表明，不同物种和生命阶段的敏感性存在差异，早期发育阶段通常表现出更高的敏感性。尽管环境浓度通常低于急性毒性阈值，但在密集的水产养殖条件下，CBMs可能通过吸附和载体介导的传输显著影响污染物动态。通过将环境行为与毒性机制和暴露评估相结合，本综述提出了一个适用于水产养殖系统的概念性风险评估框架，并确定了支持改进环境风险评估和可持续管理基于碳的纳米材料的关键研究空白。

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