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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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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。
表 1 高吸水竹纤维灌胃毒性试验小鼠体重变化
Table 1. Weight changes of mice in gastric toxicity test with super absorbent bamboo fiber
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 -
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。
表 2 高吸水竹纤维灌胃毒性试验14 d小鼠存活数和死亡数
Table 2. Survival and death number of mice in 14 days of intragastric toxicity test with super absorbent bamboo fiber
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
Experimental study on Toxicity of Super absorbent Bamboo Fiber on Mice
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摘要: 为研究可降解、高吸水竹纤维的环境毒性,为其安全利用提供试验依据。以SPF级NIH小白鼠作为实验动物,采用不同高吸水竹纤维浓度灌胃处理,研究高吸水竹纤维对小白鼠的毒性。结果表明:毒性试验期间无小鼠死亡,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。试验组所有小鼠所有脏器均无明显异常,高吸水性竹纤维灌胃处理达到5000 mg/kg·bw,小鼠无死亡并能正常增重。根据毒性分级,高吸水性竹纤维属实际无毒物质。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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表 1 高吸水竹纤维灌胃毒性试验小鼠体重变化
Tab. 1 Weight changes of mice in gastric toxicity test with super absorbent bamboo fiber
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 表 2 高吸水竹纤维灌胃毒性试验14 d小鼠存活数和死亡数
Tab. 2 Survival and death number of mice in 14 days of intragastric toxicity test with super absorbent bamboo fiber
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 -
[1] 陈昌文. 高吸水性树脂的国内外发展情况及建议[J]. 精细与专用化学品,2001(16):3−5. [2] 贺晓宇,余永宏,郑睢宁. 高吸水性树脂对水泥基复合材料力学性能及体积变形的影响[J]. 公路,2020,65(8):6. [3] Cheng S, Zeng W, Liu X , et al. Anti-evaporation Performance of Water in Soil of Superabsorbent Resin with Fast Water Absorption Rate[J]. Water Air and Soil Pollution, 2020, 231(6). [4] 赵洪凯,张克含,芮守鹏. 微晶纤维素/壳聚糖吸水材料的制备与性能研究[J]. 化工新型材料,2021,49(7):5. [5] Bessa W, Trache D, Derradji M, et al. Effect of silane modified microcrystalline cellulose on the curing kinetics, thermo- mechanical properties and thermal degradation of benzoxazine resin[J]. International Journal of Biological Macromolecules, 2021, 180(22): 1−9. [6] 黄勇,杨阳阳,冷利松,等. “两山” 理念背景下浙江安吉竹产业发展的思考和建议[J]. 世界竹藤通讯,2022,20(1):75−77. [7] 易桂林,郑仁红,余英,等. 四川长宁县竹食品产业发展对策[J]. 世界竹藤通讯,2021,19(4):4. [8] 王群,尹春庆,刘艺丹,等. 臭氧水对小鼠急性毒性和蓄积毒性试验[J]. 青岛农业大学学报(自然科学版),2021,38(4):251−255. [9] 黄飘玲,许立拔,邓玲玉,等. 瑶药材白背三七水提物对KM小鼠单次最大给药量毒性试验[J]. 壮瑶药研究,2021(1):107−113. [10] 林彤. 笋头纳米纤维素晶体的制备及其毒理学评价[D]. 福建农林大学, 2020. DOI: 10.27018/d.cnki.gfjnu.2020.000092. [11] 喻炎,马凤森,陆佳骏,等. 纤维素类可吸收止血材料的体外细胞毒性评价[J]. 材料导报,2018,32(6):874−880+887. [12] 桂留中,胡建飞,王静,等. 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[J]. 安徽医药,2008(2):106−107. [13] Nogami, S. , Kadota, K. , Uchiyama, H. , et al. Structural changes in pH-responsive gelatin/hydroxypropyl methylcellulose phthalate blends aimed at drug-release systems. International Journal of Biological Macromolecules, (2021), 190, 989-998.