功能化纳米材料在锕系元素体表洗消和体内促排中的应用研究
摘要锕系元素在国防事业和核工业中举足轻重,然而其放射性和化学毒性对人体健康构成潜在威胁。针对锕系元素对人体的沾污,目前最有效的应急处理方法是利用螯合剂与其进行配位,从而有效减少其在体表和体内的沉积,尽可能降低放射性暴露对人体的损伤。对于体表去污和体内促排所使用的药剂分别称为洗消剂和促排剂,本文从配位化学的研究角度,根据目前锕系元素洗消剂和促排剂的不足,分别有针对性地制备了新型螯合材料,主要研究思路和实验结论如下:
(1)目前针对锕系元素铀的洗消剂种类较少,且存在去污效果不理想,残留物容易渗入皮肤,洗消效果难以检测等不足。基于此,本工作提出“团聚阻吸收+监测一体化”的理念,将对铀具有较强亲和力的3,2-羟基吡啶酮(HOPO)修饰到具有良好荧光性能的碳量子点(CQDs)上,得到了粒径为2-4nm,具有蓝色荧光的CQDs-HOPO,并通过模拟洗消实验评估其洗消、阻吸收和监测效果。结果表明CQDs-HOPO不仅能高效去除皮肤表面的铀,且与铀络合后还能迅速聚合形成尺寸约为60-160nm的团聚物,使铀不易渗透皮肤。此外,CQDs-HOPO聚集导致荧光淬灭的程度与铀的浓度直接相关,因而能够通过监测洗消过程中荧光强度的变化,实时评估铀的去污进度。
(2)目前已报道的锕系元素促排剂种类较多,其中包括小分子配体和功能纳米材料,然而相关的研究仍有一定局限性。主要体现在:仅关注对某一特定核素的促排效果,广谱促排效果的评价极少;针对锕系元素内污染导致的氧化应激损伤的修复效果研究的非常少。因此,本工作提出“广谱促排+辐射防护”协同增效的思路,选择既包含金属螯合位点又有自由基淬灭基团的黑色素,制备了一种聚乙二醇修饰的黑色素纳米颗粒(MNPs-PEG),评价了其对铀钍的共促排和辐射防护性能。体外实验结果表明,MNPs-PEG在过量干扰离子存在下仍能选择性吸附99%以上的铀和钍,且具有很好的自由基淬灭能力。细胞和小鼠实验结果表明,MNPs-PEG几乎能完全清除细胞中辐射诱导产生的过量ROS,且能同时有效地减少小鼠体内铀、钍的沉积量。与现有的促排剂相比,MNPs-PEG在锕系元素广谱促排和辐射防护方面都表现出明显的优势。
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