托木斯克国立大学"农业生物技术"先进工程学院的科学家通过计算机模拟了氧化锌纳米颗粒——这种1.5-2.5纳米大小的颗粒产生于水下焊接过程。ТГУ超级计算机的运算证明，这些纳米颗粒会对肝细胞造成损害。该研究由先进工程学院"农业生物技术"团队与西伯利亚及远东科研中心共同完成，成果发表在Q3期刊《BioNanoScience》。
水下焊接被用于建造海底平台、钻井设备和堤坝。金属结构焊接时产生的烟雾中含有毒性纳米颗粒，其尺寸约为人类头发直径的1/25,000，氧化锌（ZnO）正是其中一种。
传统分析方法无法预测纳米颗粒在盐水环境中的行为，因其受外部条件、形态多样性、尺寸及成分等多重因素影响，导致难以评估其对生态系统、生物体、海产品和人类健康的影响。
先进工程学院"农业生物技术"团队采用计算机模拟技术，这是唯一能在电荷层面设计反应的方法，因为纳米颗粒与蛋白质通过静电作用相互影响。
"我们发现1.5-2纳米的ZnO颗粒具有细胞毒性。随着纳米材料需求持续增长（年排放量增加5%），必须继续研究工程纳米颗粒的影响。"论文作者之一、生物学博士、托木斯克国立大学先进工程学院"农业生物技术"代理主任基里尔·戈洛赫瓦斯表示。
图片来自《BioNanoScience》期刊文章
研究使用托国立"SKIF Cyberia"超级计算机，其运算速度达每秒239万亿次，位列俄罗斯最强计算系统第36位。强大的算力不仅支持建立多种微粒模型，还能评估其对肝脏的影响——作为人体过滤器，肝脏是纳米颗粒进入机体后的首要作用靶点。
研究表明，ZnO纳米颗粒会与人体内的醛缩酶B、乙醇酸氧化酶、激肽原-1和视黄醇脱氢酶发生反应，可能干扰克雷布斯循环相关代谢过程，影响复杂物质的分解与合成。
"氧化锌纳米颗粒还会损害血管舒张功能（即通过扩张微小血管让淋巴细胞通过伤患部位），从而延缓机体消炎反应。"科学家解释道。
图片来自《BioNanoScience》期刊文章
这项跨学科研究汇聚多个机构专家：俄罗斯科学院西伯利亚分院农业生物技术联邦研究中心（新西伯利亚）、全俄大豆研究所（布拉戈维申斯克）、阿穆尔国立医学院（布拉戈维申斯克）、俄罗斯科学院远东分院地质研究所（符拉迪沃斯托克），以及三所高校：托木斯克国立大学先进工程学院"农业生物技术"（托木斯克）、远东联邦大学（符拉迪沃斯托克）和圣彼得堡彼得大帝理工大学。
论文链接： https://link.springer.com/article/10.1007/s12668-024-01665-w