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LIBS元素分析技術(shù)檢測(cè)稀土納米顆粒在植物中的分布和富集

稀土摻雜光子上轉(zhuǎn)換納米顆粒(UCNPs)作為發(fā)光標(biāo)記,，光學(xué)特性獨(dú)具優(yōu)勢(shì),，可替代傳統(tǒng)染料,，應(yīng)用日漸廣泛,。但是UCNPs中的稀土元素對(duì)生物有怎樣的影響,、穩(wěn)定性如何,、在生物和環(huán)境中的運(yùn)移和富集特性,，人們都知之甚少。

LIBS技術(shù)可以進(jìn)行元素分布定性定量分布研究,，速度快,、成本低、可所有元素同時(shí)分析,、樣品無(wú)須預(yù)處理,，因此成為研究熱點(diǎn)而日臻成熟完善。

CEITEC（歐洲工程技術(shù)中心）的布爾諾科技大學(xué)激光光譜實(shí)驗(yàn)室Jozef Kaiser團(tuán)隊(duì)以水生模式植物浮萍和陸生模式植物蘿卜為研究對(duì)象,，使用UCNPs/SiO₂-COOH（硅殼UCNPs：其中的稀土元素比在UCNPs中穩(wěn)定性增強(qiáng)，細(xì)胞毒性降低）和稀土元素Y³⁺,、Yb³⁺,、Er³⁺鹽化合物分別進(jìn)行處理，應(yīng)用LIBS元素分析技術(shù)分別測(cè)量各自的稀土元素在植物體內(nèi)的定性定量分布,、運(yùn)移和富集特性以及不同元素作用的差異,，其結(jié)果與光子上轉(zhuǎn)換微掃描、ICP測(cè)量結(jié)果一致,；并結(jié)合植物毒理響應(yīng)進(jìn)行分析,，研究成果2019年發(fā)表于《Chemosphere》雜質(zhì)上。

LIBS技術(shù)應(yīng)用于植物元素分析的完整流程：種子萌發(fā)—毒害元素處理—LIBS元素分析前后圖片（Jozef Kaiser團(tuán)隊(duì)，2021）

此后以甘藍(lán)（美國(guó)環(huán)境保護(hù)署推薦的10個(gè)毒理研究模式植物之一）為研究對(duì)象,，將該研究推向深入,，創(chuàng)建了應(yīng)用LIBS技術(shù)進(jìn)行植物元素分布成像分析的完整流程，研究結(jié)果與2021年5月發(fā)表于《Ecotoxicology and Environmental Safety》雜志上,。

1. 不同濃度梯度的UCNPs/SiO₂-COOH和Y³⁺,、Yb³⁺、Er³⁺鹽處理浮萍葉片的LIBS元素測(cè)量表明：

nUCNPs/SiO₂-COOH納米顆粒從根葉之間的節(jié)點(diǎn)沿葉脈向葉片邊緣和葉尖傳輸,，表明浮萍葉片中的納米顆?？赡軄?lái)自葉片表面直接吸收，也可能來(lái)自于根的吸收和運(yùn)移,；

nY³⁺,、Yb³⁺、Er³⁺鹽離子的富集特征與納米顆粒顯著不同----更易在浮萍葉片邊緣累積,；

n光子上轉(zhuǎn)換微掃描得到的納米顆粒分布與LIBS元素測(cè)量結(jié)果相同,，證明納米顆粒在液體環(huán)境中和植物體內(nèi)都很穩(wěn)定，并容易被植物吸收和運(yùn)移,；

3. 不同濃度梯度的UCNPs的甘藍(lán)根部的Y,、Yb和Tm元素測(cè)量

LIBS測(cè)量UNCPs元素，不會(huì)導(dǎo)致UCNPs發(fā)光或者光淬滅現(xiàn)象,，并且不受元素存在狀態(tài)例如納米顆?；蛘啕}形式的影響，因此LIBS對(duì)于多元素測(cè)量是一種相當(dāng)穩(wěn)定的方式,。本研究證明,，對(duì)于甘藍(lán)，稀土元素可通過莖向葉片運(yùn)移,，然而其主要富集位置在根部,。

參考文獻(xiàn)

1.Modlitbova, P., Hlavacek, A., Svestkova, T., Porízka, P., Simoníkov′a, L., Novotny, K., Kaiser, J., 2019. The effects of photon-upconversion nanoparticles on the growth of radish and duckweed: bioaccumulation, imaging, and spectroscopic studies. Chemosphere 225, 723–734.

2.Pavlína Modlitbov′a, Sara Strítezska, Antonín Hlavacek, David Prochazka, Pavel Porízka, Jozef Kaiser., 2021. Laser-induced breakdown spectroscopy as a straightforward bioimaging tool for plant biologists; the case study for assessment of photon-upconversion nanoparticles in Brassica oleracea L. plant. Ecotoxicology and Environmental Safety 214 (2021) 112113

北京易科泰生態(tài)技術(shù)有限公司提供環(huán)境、植物毒理研究全面解決方案, 可選配FluorCam葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)或Specim高光譜成像技術(shù),， 進(jìn)一步研究植物對(duì)有害元素及營(yíng)養(yǎng)元素的運(yùn)移與富集的生理響應(yīng),。