【《环境内分泌干扰物研究的国内外文献综述》5600字】

PAGEPAGE30PAGE环境内分泌干扰物研究的国内外文献综述环境内分泌干扰物（EEDs），又称环境激素，被归类为对动物和人类健康造成不利影响并且直接影响其内分泌系统的物质[6]。被确定为EEDs的物质可以代替人和动物体内的天然激素，能够阻止或模仿负责身体某些器官功能[7,8]。1.1.1环境内分泌干扰物来源及危害环境内分泌干扰物虽然都是化学物质，但它们没有类似的化学结构或性质以至于不能通过这种方式进行分类[9]。因此，它们被分为合成物质和天然物质[10]，也可以根据它们的用途来进行分类[11,12]。此外，还可以根据它们的来源不同将它们分为不同的类别：具有荷尔蒙副作用的药物（如美托洛尔，萘普生等）；工业和家用化学品（阻燃剂，双酚A，邻苯二甲酸盐，多氯联苯等）；工业和家庭过程的副产品（二恶英，五氯苯等）；农药（农药，除草剂等）；以及人工和天然激素（避孕药，睾丸激素，3-ω脂肪酸等的成分）。随着工业的发展和人们每天增加的新合成物质的生产和消费，导致潜在的EEDs的数量增加，使它们在环境中无处不在。这些物质最终排入污水或水体中，它们对环境和生态系统造成的危害是未知的[13]。一些典型的合成EEDs类主要存在于农药，儿童产品，食品接触材料，电子产品，建筑材料，个人护理，化妆品，药剂和纺织服装中。被分类为内分泌干扰物的天然激素有雌酮（E1），17β-雌二醇（E2）和雌三醇（E3）[14]，图1-1是它们的化学式。天然激素E1和E2以及合成激素17α-炔雌醇（EE2）具有类似的化学结构，有一个芳香环，两个环己烷环和一个环戊烷环。EE2是具有高雌激素活性的天然激素E2的合成衍生物，通常用于口服避孕药和一般药物。尽管E2和EE2具有相似的结构，但EE2对生物降解的抵抗力更大，因此它在环境中的积累更容易。己烯雌酚（DES）被认为是合成内分泌干扰物的典型例子，己烯雌酚在动物中广泛用作生长刺激剂，在兽医学中用作治疗雌激素缺乏症，以及用于性交后避孕。但是，由于其致癌性和其他不利影响，它已被非法用作生肉动物的重新分配剂[15]。图1-1雌酮（E1），17β-雌二醇（E2）和EE2（17α-炔雌醇）化学式Figure1-1Thechemicalformulasofestrone(E1),17β-estradiol(E2)andEE2(17α-ethinylestradiol)农药是最大的内分泌干扰物。它们被广泛用于农业，在某些食品和饮用水中也有使用。双对氯苯基三氯乙烷（DDT）是一种非常常见的农药，在第二次世界大战后被大量使用，但由于其对人类和野生动植物健康的影响，70年代在许多国家禁止使用它，但是，有很多不发达国家仍在用DDT治疗疟疾[16]。敌草隆是是一种毒性持久的除草剂，常用于柑橘类水果、水稻、棉花、大豆、甘蔗、马铃薯、小麦、茶叶和咖啡等作物的杂草控制，以及机场跑道、铁路和管道沿线的杂草控制，被欧洲委员会列为优先危险物质。敌草隆还用于作物和非作物地区的紧急防治，其半衰期大于300天[16-18]。多氯联苯（PCB）已经不再被人们所使用了。但是过去它们广泛用于热传递和电气设备，变压器，电容器和塑料中，至今在较旧的装置或电子材料中以及在电机中使用的隔热材料和机油中仍可以找到它[19]。邻苯二甲酸酯在聚氯乙烯（PVC）生产中用作添加剂，因此会存在于儿童产品和包装材料中。它也用于化妆品，医疗设备，食品和建材中[20]。美国加利福尼亚州也禁止在化妆品配方中使用邻苯二甲酸酯类[21]。双酚A（BPA）是塑料工业中广泛合成的一种物质，主要存在于聚碳酸酯和环氧树脂中。因此，它是日常使用产品的一部分，包括食品包装，热敏纸，CD和DVD，管道，汽车面板，牙科密封剂，医疗设备等。自2011年起，欧洲禁止在生产聚碳酸酯奶瓶时使用BPA[22]。在美国，根据食品和药物管理局（FDA）的规定，禁止在婴儿奶瓶、吸管杯和婴儿配方奶粉包装的生产中使用BPA。因此，近年来被称为BPA相关化合物或由两个通过碳桥或另一种结构连接在一起的两个酚环组成的双酚类似物（如双酚S、双酚B、双酚F、双酚AF）的其他双酚已被用于树脂和塑料的生产中[23,24]。这些双酚化合物通常存在于在水生环境中，据报道，这类双酚类化合物对许多水生生物的健康都有影响。由于双酚类化合物具有相似的化学结构和与雌激素受体结合的亲和力，因此它们对生物体的生理作用可能相似[25]。烷基酚是由酚环和烷基链结合形成的化学结构，主要用于生产烷基酚乙氧基酸等酚醛树脂，并广泛用作工业表面活性剂。特别是在洗涤剂、肥皂、塑料、纺织产品、树脂以及各种容器和瓶子中发现了壬基酚（NP）和辛基酚（OP）的先导化合物和其他烷基酚[26]。由于人类对环境的破坏和污染，在土壤、水、沉积物等多种基质中都可以发现它们；此外，烷基酚在水生环境中，由于其亲脂性和能在水中停留很长时间的能力会让它更加危险[27]。烷基酚类被归为环境内分泌干扰物优先危险物质，因为它们直接干扰人体的内分泌系统，这可能会导致男性生育率下降和女性化;另一方面，辛基酚会导致精子产量下降[28]。欧洲联盟的指导方针规定了NP和OP允许的最高浓度。地表水中NP和OP的最大使用量为0.3mg/L和0.1mg/L。然而，在工业地区，由于较高的污染，这些值可高达30mg/L，这造成了较高的接触风险和内分泌干扰效应[29]。对羟基苯甲酸酯是化妆品中用作防腐剂的化合物，某些其他类型还用于食品，药品和个人护理产品中[30]。对羟基苯甲酸酯的其他类似物质（如对羟基苯甲酸甲酯）在个人护理产品、化妆品和食物中也有使用[31]。可以归类为环境内分泌干扰物的另一类物质是重金属，比如镉（Cd）、铅（Pb）、铜（Cu）、汞（Hg）等。持续的工业化导致许多重金属污染物从工业废料中释放到自然环境中，这些污染物可能威胁人类健康[32,33]。与有机化合物不同，重金属离子不可生物降解，并且容易通过食物链在人体中积累。即使在微量浓度下，这些重金属离子都是有毒的[34,35]。例如,过度暴露于Pb2+,即使在微量浓度下，也会引发一系列的疾病，如肌肉麻痹、神经系统功能障碍和贫血等[36]；Cd2+会造成肾功能不全和代谢紊乱[37]；Cu2+是生物过程中必不可少的元素，然而高浓度的Cu2+可能会导致癌症和遗传疾病[38]；Hg2+可能会干扰神经、免疫和内分泌系统[39]。镉通常用于生产电池、颜料、涂料、电镀以及作为塑料和有色合金的稳定剂[40]；铅可用于生产塑料、玻璃、电池、陶瓷搪瓷和金属合金的焊接；汞被用于温度计和压力计，甚至在牙科产品和中间化合物的产生[2]。重金属离子主要通过消化道、呼吸道、皮肤等渠道进入人体，然后储存在肝、肾、脑等器官和组织中。这些重金属通常存在于环境和日常饮食中，是生物体维持健康所需的微量元素。但当它们的浓度超过一定的量时，就会对人体器官造成危害，最终导致严重的功能障碍，甚至致命的危险[41,42]。1.1.2环境内分泌干扰物的传统检测方法环境内分泌干扰物存在于我们生活的方方面面且会对我们人体以及环境造成一定的危害。目前已经有一些检测技术已经被开发。环境内分泌干扰物在环境中一般存在于浓度很低的情况，低至μg/L甚至ng/L。检测血液、组织和尿液基质中这些化合物的存在而开发的几种分析方法已适用于环境基质中。如固相萃取[43]，紫外分光光度法[44]，气相色谱-质谱联用[45]，高效液相色谱-质谱联用[46]，酶联免疫吸附法[47]是最常用的一些分析方法。固相萃取是1976年首次采用的样品制备方法，是对液-液萃取（LLE）方法的补充和增强，该方法虽然存在一些缺点，但至今仍被广泛应用[48]。作为一种用途广泛的分析方法，它可以用于多个研究领域，如有机化合物、食品和药物的分析；以及生物和环境样本，如饮用水和废水[49]。该分析方法可用于特定化合物的提取和浓缩，用于评估或净化样品[50]。固相萃取的操作原理和液液萃取相似，两者的不同在于样品的分离，在固相萃取中，它分为液相和固相。这种划分是由于分析物与固相吸附剂的亲和力，而这种吸附剂的选择是控制选择性和萃取能力。该方法的优点之一是易于应用，但是使用有毒的溶剂是一个缺点[51]。紫外分光光度法经常用来分析物质中的活性成分，因为它的用途仅限于分析能够在紫外可见光区域吸收光的物质，所以分光光度法不能用于直接测定光吸收能力弱的物质，该方法的优点是检测仪器的价格不昂贵[52]。气相色谱-质谱联用法于1950年开始被人们使用，经过20年的发展开始出现商业化。它是一种用于定性定量测定具有挥发性物质的手段[53,54]。由于在这两种技术中分析的组件遵循相同的“规则”并使用相同的操作阶段，因此这两种技术非常适合组合使用。唯一不同的是两种方法所采用的压强不同，气相色谱柱是大气压出来的，而质谱的电离室必须在10-5~10-6托（真空压强的单位）之间。气相色谱-质谱联用的优势在于其检出限低，此外还能够以较高的灵敏度和选择性测量复杂的样品，因此它可用于很多方面，比如法医和刑事案件，环境监测，生物和农药检测以及工业应用等，但是它也有一定的缺点，如仪器庞大，操作比较复杂[55]。高效液相色谱-质谱联用是一种检测方法，也用于鉴定化合物的纯度，由于难以获得含有低挥发性和温度敏感化合物的液体流的电离源，这两种方法的结合花费了较长时间才得以应用[56,57]。生物方法可以通过在体外和体内的生物反应来量化复杂混合物的潜在毒性和累积效应[58]。酶联免疫吸附测定法（ELISA）是一种定性或者定量的生化方法，于1972年被开发用于检测激素，抗体，肽等。ELISA是基于抗原和抗体的相互作用，使用一种酶作为催化剂。与酶结合的抗体与它们各自的抗原（底物）结合在无色样品中，形成彩色产物，并测定抗原的数量[59]。ELISA方法的一个缺点是需要产生已知的抗体或抗原来检测特定的抗体或抗原[60]。1.1.3电化学检测方法电化学方法以其成本低，易于操作，灵敏度高和响应速度快而比其他分析方法更具优势。此外，它允许传感器的小型化和电极表面的修饰，并使用各种纳米材料来增强灵敏度和选择性。如今，传感器开发研究侧重于易用性，高的灵敏度和低的检测限，最新研究旨在开发便携式甚至可穿戴传感器技术。在这种情况下，电化学传感器凭借其灵活性，多功能性和易用性等特点，优于其他分析技术[61]。除此之外，电化学应用被认为是清洁技术，因为它们不会造成有害废物，并且允许使用少量化学药品和样品进行测量[29]。电化学传感器是对目标物质进行定性或定量分析的装置。其实质是被测物质与特定的传感元件反应而产生的传感信号，通过特定的传感器转换成与目标物质浓度成正比的可识别电信号；一套完整的电化学分析系统包括电化学传感设备、电化学检测仪器和电解液。其中，电化学检测仪器即电极装置，通常是三电极体系，包括工作电极、参比电极和对电极；一般来说，工作电极是电化学传感器的核心部件，工作电极的性能决定了整个传感器的水平[5,62]。Alves等研究了用碳糊修饰电极（CPE）检测双酚A（BPA），采用循环伏安技术（CV）、交流阻抗技术（EIS）和方波脉冲伏安技术（SWV）研究了电极的特性。用该修饰电极对水、血清和尿液样品进行了检测，实验结果令人满意，表明该方法用望应用到实际样品的测定[63]。Ponnaiah等制备了钌纳米粒子/聚苯胺/氮化碳（Ru0/PANI/g-C3N4）复合材料（图1-2是合成原理图），将材料修饰到玻碳电极（GCE）表面用于BPA的测定,合成的Ru0/PANI/g-C3N4对BPA的氧化表现出较好的电催化活性。用CV探讨了不同电极上BPA的响应情况，采用示差脉冲伏安法（DPV）对BPA进行线性测定，线性范围是0.01-1.1μmol/L，基于三倍信噪比（S/N=3）计算出最低检出限是0.18nmol/L。此外，将Ru0/PANI/g-C3N4传感器应用于饮用水中BPA的检测，获得了较好的结果[64]。图1-2超声波合成Ru0/PANI/g-C3N4纳米复合材料的原理图[64]Figuer1-2.TheschematicrepresentationoftheultrasonicallysynthesizedRu0/PANI@g-C3N4nanocomposite.Lu等利用金属-有机骨架（MOFs）和壳聚糖构建了酪氨酸酶纳米传感器，如图1-3所示是CuMOF的化学结构（A）、XRD（B）、SEM（C）和TEM（D）。首次研究了九种双酚类化合物（BPs）的电化学响应和机理。结果表明，响应灵敏度与它们各自的对数logKow值（正辛醇/水分配系数的对数）有很大关系；不同双酚类化合物的电化学响应不仅受分子结构特别是酚羟基的邻位的影响，还受双酚骨架上取代基（电子受体或电子给体）的影响[65]。图1-3（A）CuMOF的化学结构:Cu（绿色），O（红色），N（蓝色），C（灰色）；（B）CuMOF的XRD谱图；（C）和（D）分别为CuMOF的SEM和TEM图[65]Figure1-3.(A)ChemicalstructureofCuMOF:Cu(green),O(red),N(blue),andC(gray);

(B)XRDpatternofCuMOF.

(C)and(D)areSEMandTEMimagesofCuMOF,respectively.Xu等成功的合成了氧化铜纳米片/单壁碳纳米管（CuONFs/c-SMCNTs）复合材料，他们将0.05wt%的萘酚修饰到玻碳电极表面，再将一定比例的CuONFs/c-SMCNTs修饰在萘酚表面，将该修饰电极用于有机磷农药毒死蜱的检测（图1-4是检测原理图）。用示差脉冲伏安法对实验条件进行一系列的优化，在最佳条件下，得到线性范围在0.1ng/mL到150ng/mL内呈现良好线性关系，最低检出限是70pg/mL。该方法具有较高的选择性和良好的重复性，可用于苹果和白菜中毒死蜱的检测，回收率令人满意。此外，该传感器可以很容易地通过尿素再生，以实现连续使用[66]。图1-4选择性检测毒死蜱的再生电化学感应传感器原理图[66]Figure1-4.Schematicillustrationoftheregenerativeelectrochemicalaptasensorforselectivedetectionof

chlorpyrifos.Liu等成功制备了3,6-二氨基-9-乙基咔唑及其作为新型单体制备分子印迹聚合物（MIP）电化学传感器，图1-5是二氨基-9-乙基咔唑的合成路线及MIP传感器的制备工艺路线。将制备的分子印迹聚合物传感器采用交流阻抗技术（EIS）用于17β-雌二醇的检测，该传感器表现出超高的灵敏度（10-18mol/L）和选择性。EIS测得的线性范围是0.1amol/L-10.0mmol/L，最低检测限是0.36aM（10-18mol/L）[67]。图1-53,6-二氨基-9-乙基咔唑的合成路线及MIP传感器的制备工艺[67]Figure1-5.Syntheticroutefor3,6-diamino-9-ethylcarbazoleandpreparationprocessoftheMIPsensor.参考文献[1] KasongaTK,CoetzeeMAA,KamikaI,etal.Endocrine-disruptivechemicalsascontaminantsofemergingconcerninwastewaterandsurfacewater:Areview[J].JournalofEnvironmentalManagement,2021,277,111485.[2] VieiraWT,deFariasMB,SpaolonziMP,etal.Endocrine-disruptingcompounds:Occurrence,detectionmethods,effectsandpromisingtreatmentpathways—Acriticalreview[J].JournalofEnvironmentalChemicalEngineering,2020,104558.[3] HerseyM,BergerSN,HolmesJ,etal.Recentdevelopmentsincarbonsensorsforat-sourceelectroanalysis[J].AnalyticalChemistry,2018,91(1):27-43.[4] RichardsonSD,KimuraSY.Wateranalysis:Emergingcontaminantsandcurrentissues[J].AnalyticalChemistry,2019,92(1):473-505.[5] WangQ,XueQ,ChenT,etal.Recentadvancesinelectrochemicalsensorsforantibioticsandtheirapplications[J].ChineseChemicalLetters,2020,143129.[6] VeiterL,RajamanickamV,HerwigC.Thefilamentousfungalpellet—relationshipbetweenmorphologyandproductivity[J].AppliedMicrobiologyandBiotechnology,2018,102(7):2997-3006.[7] LocatelliM,SciasciaF,CifelliR,etal.Analyticalmethodsfortheendocrinedisruptorcompoundsdeterminationinenvironmentalwatersamples[J].JournalofChromatographyA,2016,1434,1-18.[8] SalehiASM,YangSO,EarlCC,etal.Biosensingestrogenicendocrinedisruptorsinhumanbloodandurine:Arapidcell-freeproteinsynthesisapproach[J].ToxicologyandAppliedPharmacology,2018,345,19-25.[9] KabirER,RahmanMS,RahmanI.Areviewonendocrinedisruptorsandtheirpossibleimpactsonhumanhealth[J].EnvironmentalToxicologyandPharmacology,2015,40(1):241-258.[10] CalimanFA,GavrilescuM.Pharmaceuticals,personalcareproductsandendocrinedisruptingagentsintheenvironment-Areview[J].CLEAN-Soil,Air,Water,2009,37(4-5):277-303.[11] LaurettaR,SansoneA,SansoneM,etal.Endocrinedisruptingchemicals:effectsonendocrineglands[J].FrontiersinEndocrinology,2019,10,178.[12] KassotisCD,VandenbergLN,DemeneixBA,etal.Endocrine-disruptingchemicals:economic,regulatory,andpolicyimplications[J].TheLancetDiabetes&Endocrinology,2020,8(8):719-730.[13] LawlerCP,HeindelJJ,GrayK,etal.Elucidatingthelinksbetweenendocrinedisruptorsandneurodevelopment[J].Endocrinology,2015,156(6):1941-1951.[14] FurstAL,HoepkerAC,FrancisMB.Quantifyinghormonedisruptorswithanengineeredbacterialbiosensor[J].ACSCentralScience,2017,3(2):110-116.[15] ArisAZ,ShamsuddinAS,PraveenaSM.Occurrenceof17α-ethynylestradiol(EE2)intheenvironmentandeffectonexpos