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吸水材料的突出问题是吸水能力与降解率的矛盾，高吸水材料多数降解时间长甚至难降解[1]。化学合成的高吸水性树脂虽然降解慢，但可有效提高水泥基复合材料的力学性能和体积稳定性[2-3]。采用真空冷冻干燥的方法制备的生态友好型吸水材料改性微晶纤维素（MCC）和壳聚糖（CS），降解率可达到70%[4-5]。吸水能力超过400倍、可降解的高吸水性材料报道不多。
竹子是无污染、可再生的纤维资源，我国是世界竹子第一大国，竹资源十分丰富，竹产业主要集中在竹家具、造纸、竹食品等领域[6-7]。通过新的物理技术和方法获得的吸水能力超过400倍高吸水竹纤维不仅可提高竹资源的附加值、拓展应用途径，而且在干旱缺水地区具有广阔的应用前景。竹纤维是干净无毒无害的纤维材料，经改性处理的高吸水竹纤维是否因性质变化而对环境有毒性？如何证明对环境无毒性呢？王群等人通过臭氧水对小鼠急性毒性和蓄积毒性试验证明臭氧水对小鼠的经口LD50为20 g/kg，属实际无毒物质[8]。黄飘玲等人通过瑶药材白背三七水提物对KM小鼠体重及摄食量无明显影响，大体剖检肉眼未见明显组织病理异常[9]。林彤对笋头纳米纤维素晶体的制备及其毒理学评价发现对Caco-2细胞没有毒性也不会造成机械损伤[10]。喻炎等人对纤维素类可吸收止血材料的体外细胞毒性评价发现纤维素类英洁尔材料无明显的细胞毒性[11]。Nogami桂留中等人对羟丙基甲基纤维素邻苯二甲酸酯的小鼠急性口服毒性试验证实明羟丙基甲基纤维素邻苯二甲酸酯属实际无毒物质[12-13]。有关高吸水性竹纤维对小鼠的急性毒性试验方面的研究未见报道。
本文采用高吸水性竹纤维最高给药剂量灌胃小白鼠等试验方法，主要探讨以下2个问题：（1）高吸水竹纤维对小白鼠的毒性作用；（2）高吸水竹纤维对小白鼠的半致死剂量。
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选择SPF级NIH小白鼠80只作为实验动物，其中雌鼠40只，雄鼠40只，鼠龄为6~8周龄，体重18−24 g。受试动物饲养于塑料饲养盒（38 × 27 × l7 cm3）内，每饲养盒10只，其内为经过高压蒸气灭菌的垫料。塑料饲养盒每2周更换一次，垫料每周更换3次，使用过的塑料饲养盒、垫料等由污物走廊送出。整个受试期间动物饲料放入食盒内供动物自由摄食，瓶装饮用水给水，动物自由饮用。试验期间实验设施温度：21~25 ℃，湿度：41~74%。喂养小鼠的常规饲料为SPF级全价营养动物饲料。
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试验设3个高吸水性竹纤维浓度处理：5000 mg·(kg·bw)−1、3000 mg·(kg·bw)−1、1000 mg·(kg·bw)−1，以同体积的蒸馏水为对照CK，1次灌胃，灌胃后禁食约2.5 h后再正常喂食。试验前动物禁食过夜，饮水不限。处理后严密观察动物出现的任何异常，处理后24 h内连续观察，随后每天定期观察并详细记录每只动物的中毒反应，直至第14 d。观察包括中枢神经系统和神经肌肉系统、植物神经系统、呼吸系统、生殖和 泌尿系统、皮肤和被毛、眼和消化系统等改变，记录动物出现震颤、抽搐、流涎、腹泻、嗜睡或昏迷的时间、严重程度和动物死亡时间。
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（1）体重称重
处理前、处理后第1 d、第7 d、第14 d各称量一次体重。
（2）死亡率统计
观察统计试验组雌雄小鼠处理后的死亡率。
（3）半数致死剂量
研究供试品高吸水性竹纤维对小鼠是否存在半数致死剂量，以最大限量为5000 mg/kg·bw。
（4）病理学检查
对死亡动物和试验期满后存活动物作解剖观察实验，观察小鼠脏器包括大小脑、心脏、气管和肺、胸腺、肝、脾、肾、胃肠道、甲状腺、肾上腺和生殖器官等，并统计是否以上小鼠脏器是否有显著性变化。
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通过对用高吸水性竹纤维喂养后的雌雄小鼠4次称重，分别是喂养0 d，1 d，7 d和14 d，10只小鼠的平均体重如表1，从表1可知结果表明，用高吸水性竹纤维灌胃并喂养1 d后的雌雄性小鼠体重平均增加14.3—19.3%，CK雌雄性小鼠分别增加19.8%、24.1%，7 d后处理增加25—51.5%，CK雌雄性小鼠分别增加29.3%、43.6%，14d后处理增加37.5—62.0%，CK雌雄性小鼠分别增加42.5%、63.5%（见表1），用高吸水性竹纤维喂养后的雌雄小鼠体重比喂养前的雌雄小鼠的体重均显著增加，与对照小鼠食用鼠食的正常生长发育规律相似。从处理后小鼠体重增长变化来看，小鼠食用高吸水性竹纤维是无毒害的。
处理（mg·(kg·bw)−1） 性别 第0 d （g） 第1d（g） 比第0 d ±% 第7 d（g） 比第0 d ±% 第14 d（g） 比第0 d ±% 5000 雌性 22.4±0.8 25.6±1.3 14.3 28.0±1.6 25.0 30.8±1.1 37.5 雄性 23.7±0.9 27.4±1.0 15.6 33.6±1.7 41.8 37.2±1.9 57.0 3000 雌性 21.6±0.7 24.9±1.1 15.3 27.8±1.3 28.7 30.5±1.3 41.3 雄性 22.9±0.9 27.1±0.8 18.3 34.2±1.7 49.3 35.3±1.5 54.2 1000 雌性 22.3±0.6 26.6±1.0 19.3 28.9±1.5 29.5 31.3±1.0 40.5 雄性 22.7±0.3 26.3±1.2 15.9 34.4±1.0 51.5 36.8±1.1 62.0 CK 雌性 21.2±0.6 25.4±1.1 19.8 27.4±1.2 29.3 30.2±1.7 42.5 雄性 22.4±0.7 27.8±1.4 24.1 32.2±1.8 43.6 36.6±1.3 63.5 Table 1. Weight changes of mice in gastric toxicity test with super absorbent bamboo fiber
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对3个处理后的10只雌雄小鼠连续观察14 d的临床结果表明，使用高吸水性竹纤维灌胃处理后连续14 d小鼠的中枢神经系统和神经肌肉系统、植物神经系统、呼吸系统、生殖和泌尿系统、皮肤和被毛、眼和消化系统都未见明显异常，所有试验组的小鼠都未出现震颤、抽搐、流涎、腹泻、嗜睡或昏迷等现象，小鼠的食欲也正常，未见腹泻和厌食等现象。
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对试验结束后存活下来的小鼠进行解剖观察发现，3个处理雌雄各10只的小鼠的大小脑、心脏、气管和肺、胸腺、肝、脾、肾、胃肠道、甲状腺、肾上腺和生殖器官等脏器都正常，未见明显异常，由此可见，高吸水竹纤维对灌胃小鼠是无毒害的。
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小鼠14 d死亡统计结果如表2，3个试验处理组和对照组14d的雌性小鼠存活10只、死亡0只，雄性小鼠存活10只、死亡0只，高吸水性竹纤维灌胃处理14 d后雌雄小鼠均未死亡，表明高吸水性竹纤维对雌雄小鼠是无毒害的。在5000 mg·(kg·bw)−1高剂量的灌胃给药量的情况下，雌雄小鼠均存活下来，根据NY/T 1980-2018《肥料和土壤调理剂急性经口毒性试验及评价要求》标准，高吸水性竹纤维对雌雄小鼠是无毒害的。
处理（mg·(kg·bw)−1） 性别 存活（只） 死亡（只） 5000 雌性 10 0 雄性 10 0 3000 雌性 10 0 雄性 10 0 1000 雌性 10 0 雄性 10 0 CK 雌性 10 0 雄性 10 0 Table 2. Survival and death number of mice in 14 days of intragastric toxicity test with super absorbent bamboo fiber
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高吸水性竹纤维不同浓度剂量灌胃处理小鼠，3个处理水平小鼠的体重正常增长。该试验结果说明灌注高吸水性竹纤维对小鼠无不良影响，证明了高吸水性竹纤维是无毒的。本试验中在灌胃剂量为5000 mg/kg·bw情况下，小鼠对高吸水性竹纤维的临床表现无异常情况，所有试验组的小鼠都未出现震颤、抽搐、流涎、腹泻、嗜睡或昏迷等现象，小鼠的食欲也正常，未见腹泻和厌食等现象，小鼠的中枢神经系统和神经肌肉系统、植物神经系统、呼吸系统、生殖和泌尿系统、皮肤和被毛、眼和消化系统都未见明显异常。研究结果证明了高吸水性竹纤维对小鼠无毒害作用，是安全产品。研究结果为高吸水竹纤维的应用提供了参考依据。为求出高吸水性竹纤维对小鼠的半数致死剂量，本试验设置了5000 mg·(kg·bw)−1的最高剂量，在最高给药剂量的情况下，小鼠均无死亡，本试验并未求出小鼠的半数致死剂量，说明高吸水性竹纤维是安全无毒害的。此结果与桂留中、Nogami, S.等人研究羟丙基甲基纤维素邻苯二甲酸酯的小鼠急性口服毒性试验结果相似[12-13]。
研究结果为拓宽高吸水性竹纤维的安全利用提供了可靠的试验依据，有利于促进竹纤维高吸水材料应用于沙漠化治理、干旱地区农作物栽培、园林绿化、植树造林等多个领域，有助于竹资源应用途径的显著拓展。
致谢：感谢广东省职业卫生检测中心为本研究所做了毒性检测分析。
Experimental study on Toxicity of Super absorbent Bamboo Fiber on Mice
doi: 10.12172/202204220002
- Received Date: 2022-04-22
- Available Online: 2023-02-24
- Publish Date: 2023-06-25
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Key words:
- Superabsorbent bamboo fiber /
- Intragastric administration /
- Toxicity test
Abstract: Study the environmental toxicity of degradable and super absorbent bamboo fiber, and provide experimental basis for its safe utilization. In this paper, SPF NIH mice were used as experimental animals to study the toxicity of super absorbent bamboo fiber to mice by intragastric administration with different concentrations of super absorbent bamboo fiber. The results showed that no mice died during the toxicity test. There were no tremors, convulsions, salivation, diarrhea, lethargy or coma in all test groups. The appetite of mice was also normal, and there were no diarrhea and anorexia. There was no obvious abnormality in all organs of all mice in the test group. When the super absorbent bamboo fiber was treated by gavage to 5000 mg/kg •bw, the mice did not die and could gain weight normally. According to the toxicity classification, super absorbent bamboo fiber was actually non-toxic.
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