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Loss of Phospholipid Membrane Integrity Induced by Two-Dimensional Nanomaterials
Environmental Science & Technology Letters ( IF 8.9 ) Pub Date : 2017-09-11 00:00:00 , DOI: 10.1021/acs.estlett.7b00358 Ines Zucker 1 , Jay R. Werber 1 , Zachary S. Fishman 1 , Sara M. Hashmi 1 , Uri R. Gabinet 1 , Xinglin Lu 1 , Chinedum O. Osuji 1 , Lisa D. Pfefferle 1 , Menachem Elimelech 1
Environmental Science & Technology Letters ( IF 8.9 ) Pub Date : 2017-09-11 00:00:00 , DOI: 10.1021/acs.estlett.7b00358 Ines Zucker 1 , Jay R. Werber 1 , Zachary S. Fishman 1 , Sara M. Hashmi 1 , Uri R. Gabinet 1 , Xinglin Lu 1 , Chinedum O. Osuji 1 , Lisa D. Pfefferle 1 , Menachem Elimelech 1
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The interaction of two-dimensional (2D) nanomaterials with biological membranes has important implications for ecotoxicity and human health. In this study, we use a dye-leakage assay to quantitatively assess the disruption of a model phospholipid bilayer membrane (i.e., lipid vesicles) by five emerging 2D nanomaterials: graphene oxide (GO), reduced graphene oxide (rGO), molybdenum disulfide (MoS2), copper oxide (CuO), and iron oxide (α-Fe2O3). Leakage of dye from the vesicle inner solution, which indicates loss of membrane integrity, was observed for GO, rGO, and MoS2 nanosheets but not for CuO and α-Fe2O3, implying that 2D morphology by itself is not sufficient to cause loss of membrane integrity. Mixing GO and rGO with lipid vesicles induced aggregation, whereas enhanced stability (dispersion) was observed with MoS2 nanosheets, suggesting different aggregation mechanisms for the 2D nanomaterials upon interaction with lipid bilayers. No loss of membrane integrity was observed under strong oxidative conditions, indicating that nanosheet-driven membrane disruption stemmed from a physical mechanism rather than chemical oxidation. For GO, the most disruptive nanomaterial, we show that the extent of membrane integrity loss was dependent on total surface area, not edge length, which is consistent with a lipid-extraction mechanism and inconsistent with a piercing mechanism.
中文翻译：
二维纳米材料引起的磷脂膜完整性丧失
二维（2D）纳米材料与生物膜的相互作用对生态毒性和人类健康具有重要意义。在这项研究中，我们使用一种染料渗漏测定法来定量评估五种新兴的2D纳米材料对模型磷脂双层膜（即脂质囊泡）的破坏：氧化石墨烯（GO），还原氧化石墨烯（rGO），二硫化钼（的MoS 2），氧化铜（CuO）和氧化铁（α-的Fe 2 ö 3）。从泡囊内部溶液，染料的泄漏这表明膜完整性的丧失，观察GO，RGO，和MoS 2个纳米片而不是CuO和的α-Fe 2 ö 3，暗示2D形态本身不足以引起膜完整性的损失。将GO和rGO与脂质囊泡混合可诱导聚集，而MoS 2纳米片可观察到增强的稳定性（分散性），这表明2D纳米材料与脂质双层相互作用时具有不同的聚集机制。在强氧化条件下未观察到膜完整性的损失，表明纳米片驱动的膜破裂是由于物理机制而不是化学氧化引起的。对于破坏力最大的纳米材料GO，我们发现膜完整性损失的程度取决于总表面积，而不是边缘长度，这与脂质提取机制是一致的，而与穿刺机制是不一致的。
更新日期：2017-09-11
中文翻译：
二维纳米材料引起的磷脂膜完整性丧失
二维（2D）纳米材料与生物膜的相互作用对生态毒性和人类健康具有重要意义。在这项研究中，我们使用一种染料渗漏测定法来定量评估五种新兴的2D纳米材料对模型磷脂双层膜（即脂质囊泡）的破坏：氧化石墨烯（GO），还原氧化石墨烯（rGO），二硫化钼（的MoS 2），氧化铜（CuO）和氧化铁（α-的Fe 2 ö 3）。从泡囊内部溶液，染料的泄漏这表明膜完整性的丧失，观察GO，RGO，和MoS 2个纳米片而不是CuO和的α-Fe 2 ö 3，暗示2D形态本身不足以引起膜完整性的损失。将GO和rGO与脂质囊泡混合可诱导聚集，而MoS 2纳米片可观察到增强的稳定性（分散性），这表明2D纳米材料与脂质双层相互作用时具有不同的聚集机制。在强氧化条件下未观察到膜完整性的损失，表明纳米片驱动的膜破裂是由于物理机制而不是化学氧化引起的。对于破坏力最大的纳米材料GO，我们发现膜完整性损失的程度取决于总表面积，而不是边缘长度，这与脂质提取机制是一致的，而与穿刺机制是不一致的。
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