（通讯员颜能 编辑王孟雪）随着纳米材料在生物医药、环境催化和新能源领域的广泛应用，其潜在生态与健康风险引发全球关注，但其安全性评估仍面临关键瓶颈——传统毒理学研究常将纳米颗粒的毒性简单归因于颗粒本身或溶解释放的金属离子，却无法定量解析二者在复杂生物体系中的动态贡献。

环境学院史建波教授团队结合聚集诱导发光（Aggregation-induced emission, AIE）生物成像与非标记散射光追踪技术，实现对活体细胞内纳米颗粒与金属离子的同步、实时、非侵入式观测。同时，开发了级联毒性模型，整合了纳米颗粒的体外溶解、细胞摄取、离子转化及毒性通路，并通过虚拟细胞模型验证，使预测精度达到97%以上。研究结果显示，纳米颗粒的毒性中，70%-98%由释放的金属离子主导，而且具有显著的尺寸效应（ACS Nano, 2025, DOI: 10.1021/acsnano.5c04379）。

图1：双模式成像技术结合级联毒性模型实现金属纳米颗粒精准毒理预测

纳米颗粒在生物体内可能经历溶解-再生成的动态转化，导致毒性来源复杂化。传统方法难以同步观测颗粒、离子及二次产物的生物分布与相互作用。研究团队通过聚集诱导发光技术与无标记散射光成像、高光谱分析的集成，在活体微藻细胞内实现了对AgNPs全生命周期的非侵入式观测。研究发现，Ag⁺优先定位于藻细胞的顶端区、细胞核及蛋白核，而Ag⁰NPs特异性聚集在细胞质，其形成与细胞内谷胱甘肽还原酶（GR）活性密切相关。此外，经24小时暴露，约9%的细胞内AgNPs发生转化，其中4.7%以Ag⁺形式残留，4.3%形成Ag⁰NPs（ACS Nano, 2024, 18, 35013-35028）。

该研究通过调控颗粒尺寸、表面修饰或暴露条件，可控制Ag⁺的释放速率与再生成效率，从而降低毒性，为纳米材料的安全设计与环境风险评估提供了关键工具。研究中开发的成像技术可扩展至其他纳米材料，为环境健康监测、纳米药物靶向递送及生态风险预测提供新方法。

图2：聚集诱导发光生物成像与无标记高光谱成像和散射光成像技术联用，可视化定量追踪AgNPs、Ag⁺和Ag⁰NPs的细胞内时空演化规律。

以上研究的第一作者均为中国地质大学（武汉）环境学院颜能教授，通讯作者为环境学院史建波教授和香港城市大学王文雄教授。研究工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划以及武汉市科技计划项目的资助。

文章1链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.5c04379?fig=agr1&ref=pdf

文章2链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.4c13880