Environmental Chemistry Lab., Department of Applied Chemistry, Faculty of Science and Technology, Keio University
庆应义塾大学 理工学部
应用化学系 環境化学研究室
Led by Tomoaki OKUDA, Ph.D.

研究介绍

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重点

颗粒物的有害性评估

悬浮在大气中的微小颗粒(气溶胶)通过呼吸进入生物体内对健康产生不利影响令人担忧。 然而,尚未阐明造成不利健康影响的颗粒物有害因素。在本研究室,我们正在使用多种独特方法来解决颗粒物有害性之谜。

CYCLEX项目

为了评估颗粒物的有害性,重要的是使用颗粒物本身进行细胞・动物暴露实验。通常是使用滤膜收集颗粒物,但是很难从滤膜中得到暴露实验所需的颗粒物的量。另外,在滤膜方法中,在采样期间收集的颗粒与气态成分反应发生颗粒变质,并且当所获得的颗粒用于细胞暴露实验时,滤膜材料本身被混合,有可能无法进行正确的评估实验。因此,为了在不使用滤膜的情况下收集颗粒物,本研究室开发了一种结合了冲击器和旋风分离器的高流量颗粒采样器。该采样器安装在本大学教学楼、埼玉县环境科学国际中心和福冈大学的屋顶上,在日本的三个地点每个季节收集颗粒物。本研究室分析了所得粉体的化学成分,并同时在京都大学进行了细胞・动物暴露实验。结果表明,颗粒的有害不能仅通过其化学特征来解释,而且还与生物成分显着相关。该项目名为CYCLEX(Cyclone collection of PM2.5 followed by Exposure Experiments)于2016年至2019年为期三年进行。将来,我们将进一步发展此项目在进行颗粒物中的基因和更详细的生物学反应解析方面。

Snap Shots

2016年6月启动的由环境部环境研究促进基金资助的CYCLEX项目的标志。

这是K-RiC(Keio-Real Impactor with Cyclone)大容量旋风采样器的原型。论文#47描述了此采样器性能评价实验的结果。

CYCLEX 项目的最新型装置。K-ViC采样器的样式已被完善。我们使用许多测量仪器如SMPS、

APS和OPC等来对采样器进行性能评估。

测量颗粒物的氧化能力并进行有害性评估

氧化能力(OP: Oxidative Potential)是与大气颗粒物的生物效应有关的化学参数之一,并且已经对滤膜收集的颗粒物进行了许多研究。 本研究中,我们正在测量旋风分离器收集的粉体的氧化能力,以同时分析颗粒物的化学特性和进行暴露评估。在测量颗粒物的氧化能力时通常使用DTT(Dithiothreitol二硫苏糖醇)测定,并且也使用人体中大量存在的生理抗氧化剂抗坏血酸AA(Ascorbic Acid抗坏血酸)进行测定。

Snap Shots

细颗粒物和粗颗粒物的大流量同时采样装置的外观。左侧是旋风分离器和冲击器,右侧是泵和流量计。

通过本装置获得的粉体样品。使用它进行DTT测定和AA测定。

分光光度計用于测定AA分析中的抗坏血酸含量。

颗粒物的生有害物化学评估

与颗粒物有害性有关的参数包括组成颗粒的化学和生物成分。尽管有许多研究实例集中于颗粒的化学成分,但很少有实例同时检测颗粒物中的生物成分和化学成分。迄今为止,我们一直在进行的项目表明,不能仅通过化学特征来解释颗粒的有害性,而且生物成分也具有显着相关性。在生物成分中,内毒素(或LPS:脂多糖)是构成革兰氏阴性细菌细胞壁的一种多糖,已知会诱导细胞中的氧化应激,从而引起炎症反应,细胞损伤和器官损伤。真菌细胞壁的组成部分β-葡聚糖也与颗粒有害性有关。这项研究的目的是通过同时定量多种物质中的内毒素和β-葡聚糖来从生物化学的角度阐明大气颗粒物的有害性。

Snap Shots

使用清洁的工作台在无菌环境中进行实验。

用于LAL(Limulus Amebocyte Lysate)分析的试剂盒。

颜色越深,内毒素浓度越高。

使用酶标仪测量吸光度。

XAFS法进行旋风分离器收集的大气颗粒物中金属的化学形态解析。

与大气中颗粒物的生物影响有关的化学参数包括颗粒中金属元素的化学状态(氧化态)。 例如,已知铬根据化合价的不同有害作用变化很大。以往,采用顺序分解法等方法来测定颗粒物中金属的化学状态。但是,操作复杂且由于溶液化存在灵敏度不可避免地降低是破坏分析法的问题所在。因此,在这项研究中我们使用同步加速器执行X射线吸收精细结构光谱法(XAFS: X-ray Absorption Fine Structure),这是一种高感度且非破坏分析,来分析颗粒物质中金属的化学状态。

Snap Shots

使用收集的颗粒物和纤维粉可制成层状压缩片。

实验是在佐贺县九州同步加速器光研究中心的BL-11进行的。我们测量通过用X射线照射样品产生的荧光X射线。

实验装置的照片。通常我们进行2天的实验。

从测量中获得的光谱取决于在何处以及何时采集大气样品。

用于颗粒物有害评估的可移动旋风采样器的开发

本研究室开发了K-RiC和K-ViC大流量旋风采样器。但是由于装置的尺寸大,目前难以移动,并且不适合在各个地方收集颗粒物。因此,我们的目标是开发一种使用小型旋风分离器的便携式微粒采样器,在各个地方收集颗粒物,并评估其有害性。

Snap Shots

这是用于K-RiC和K-ViC的PM2.5收集旋风分离器的照片(右),以及将被装入便携式微粒采样器中的小型旋风分离器的照片(左)。

便携式旋风分离器的概念图。

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