近日，我校动物科学学院家畜生态研究室在国际著名期刊Journal of Hazardous Materials（中科院一区，IF: 12.2）、ACS Applied Nano Materials（材料类TOP期刊，IF: 5.3）和Environment & Health（“中国科技期刊卓越行动计划”高起点新刊）发表多篇研究成果。这些研究成果主要基于人工智能技术对纳米材料进行毒性预测和绿色设计。
进展一：利用集成学习揭示载有环境污染物的微（纳米）塑料的生态毒性
微（纳米）塑料无处不在，对环境、畜禽和人类健康构成严重威胁。尽管相关研究日益增多，但现有研究大多集中于微（纳米）塑料作为单一污染物的毒性。此外，从个别研究中获得的碎片化知识可能会引入认知偏差。受此启发，本研究开发了一种集成机器学习算法来预测微（纳米）塑料与环境污染物在多种物种中的联合毒性（以存活率表示）。研究结果表明：（1）集成机器学习模型准确地揭示了定量的性质-毒性关系，在交叉验证和外部验证中均表现出色，拟合系数R2> 0.84。（2）集成机器学习模型的解释表明，联合毒性主要受污染物浓度、物种、污染物类型和塑料直径等因素的影响。（3）分子动力学模拟进一步揭示，微（纳米）塑料吸附污染物BDE-47（2,2',4,4'-四溴二苯醚）后，会通过范德华相互作用（小于–200 kJ/mol-1）与细胞膜发生相互作用，最终导致细胞膜损伤和变形加剧。以上结果为理解微（纳米）塑料及其他污染物相关的环境和健康风险提供了新的途径，补充和扩展了通过实验方法获得的见解。该研究成果发表在Journal of Hazardous Materials。
进展二：纳塑料毒性研究是纳米毒理学的一个子领域，而非独立的研究方向
纳塑料毒性已被视为一个新兴的独特研究领域，其兴起源于应对塑料污染全球扩散的迫切需求。虽然这一关注提高了公众意识并影响了塑料的监管，但孤立地研究纳塑料的毒性可能会导致研究资源分配低下，并阻碍可持续管理战略的实施。本研究对纳塑料与工程纳米颗粒毒性文献的系统性分析突显了这两类材料在多个方面的高度相似性。
尽管由于纳塑料在环境中的广泛存在、由偶然降解产生的形态多样性以及其所造成的巨大环境足迹，对其进行专门研究是合理的，但从物理化学特性、生物吸收机制、毒理学效应、结构–毒性关系到环境行为等方面，纳塑料与工程纳米颗粒展现出显著的一致性。这些发现强烈支持将纳塑料毒性视为纳米毒理学这一成熟学科的一个重要分支，而非一个独立研究领域。未来深入研究这两类纳米颗粒所共享的关键问题—例如其跨越生物屏障的能力以及对人类健康的潜在长期影响—不仅有助于提升两大研究领域的协同发展，也将为制定更科学、更可持续的纳米污染物管理策略提供坚实基础。该研究成果发表在Environment & Health。
进展三：利用DFT设计金属氧化物簇修饰的氮化硼纳米管传感器
开发优异的气体传感器在畜禽养殖中至关重要，本文采用密度泛函理论(DFT)计算，研究了有害气体在金属氧化物簇修饰的氮化硼纳米管(BNNT)上的吸附行为及传感性能。结果表明，金属氧化物的电子性质与电负性之间存在明显的线性关系。有害气体被金属氧化物和BNNT协同捕获，吸附强度为–0.28 eV至–1.10 eV。理想的恢复时间（298 K 时为10 s，998 K时为4 s）、明显的电荷转移（0.253和0.291 eV）、适中的吸附能力（–0.77和–1.10 eV）和传感响应度（281和908）表明(MoO3)3/BNNT和(WO3)3/BNNT具有作为可重复使用的电阻型气体传感器的潜力。值得注意的是，它们在复杂环境中也表现出较高的气体选择性。同时，施加更高的正电场对提高传感性能有积极作用。紫外可见光谱的显著变化表明 (CrO3)3/BNNT是一种很有前途的气体光学传感材料。这项研究为开发用于检测有害气体的高性能金属氧化物/BNNT纳米复合材料提供了参考。该研究成果发表在ACS Applied Nano Materials。
以上成果第一作者分别为硕士研究生张菁、博士后李元超，通讯作者为家畜生态研究室青年教师闫希亮和王燕教授。研究得到了国家自然科学基金（22106025，22476056）和国家重点研发计划（2023YFA0915101）的资助。
相关论文链接：
（1）https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2025.138911
（2）https://doi.org/10.1021/envhealth.5c00085
（3）https://doi.org/10.1021/acsanm.4c07024
