巴基球（C60）在水环境中的行为与毒性：三十年综述

《Environmental Research》：Behavior and Toxicity of Buckminsterfullerene (C 60) in Aquatic Environments: A 30-Year Review

　　

摘要

巴金满球烯（C₆₀）因其独特的物理化学性质而被广泛应用于各个领域，并在水环境中被越来越多的检测到。本文综述了过去30年来关于C₆₀在水环境中行为和毒性的最新认识。一旦进入水生态系统，C₆₀会经历复杂的转化过程，包括分散、聚集、沉降、转化以及与共存污染物的相互作用。这些过程影响其迁移性、生物可利用性和毒性，影响着从藻类到底栖生物的各级生物。这些毒性作用的机制包括溶剂相关效应、活性氧物种的产生、物理接触以及与共存污染物的载体效应。此外，现有证据表明，C₆₀的生态风险可能被低估，特别是在沉积物关联暴露、食物网和多污染物暴露情景下。本文还指出了关键的知识缺口，包括沉积物关联C₆₀的最终归宿、测试生物的多样性有限、暴露条件缺乏环境真实性，以及在制备过程中维持C₆₀纯度的挑战。

引言

巴金满球烯（C₆₀），俗称"足球烯"，是一种特定的富勒烯，其特征是由60个碳原子组成的中空球形结构，排列方式类似于足球。这种碳的同素异形体是通过石墨的激光烧蚀发现的，并以建筑师巴克明斯特·富勒的名字命名，因为其结构与他的测地线穹顶设计相似。由于其独特的性质，如可调溶解度（Stevenson, 2021）、可调导电性（Acquah et al., 2017）和优异的非线性光学特性（Neal and Nakanishi, 2021），C₆₀已被广泛研究和应用于各个领域，包括化妆品（Lu et al., 2024）、医学（Prylutskyy et al., 2025）、电子（Huang et al., 2024）、能源（Riaz et al., 2025）和农业（Ahmadi et al., 2024）。C₆₀在电子、医学（Kanel et al., 2022）、能源（Bratovcic, 2023）及其他应用中的生产和使用不断扩大，增加了其向环境释放的可能性。

然而，这种扩展也导致其被释放到水环境中（Wang et al., 2024）。早期测定表明，西班牙废水排放物中的C₆₀浓度可能高达19 μg/L（Farré et al., 2010）。几年后，C₆₀被确定为东南欧萨瓦河表面水中分布最广泛的富勒烯，浓度范围为8 pg/L至59 ng/L（Sanchís et al., 2018）。最近的一项研究在南非的废水和海水中均检测到了C₆₀，浓度分别高达1.04 μg/L和1.53 μg/L（Hendricks et al., 2025）。一旦被引入，C₆₀会经历复杂的环境行为，从根本上决定了其在不同水环境介质中的最终归宿和迁移。现有文献揭示了一个广泛的生物效应多样性，从微藻在分子水平的氧化损伤到鱼类和底栖生物的全身性生理干扰。这些发现与C₆₀在全球范围内被检测到的频率日益增多相结合，凸显了对系统综合其行为和后果的迫切需求，以指导未来的环境管理。

在本综述中，我们审视并讨论了关于C₆₀在水环境中的环境行为和生物毒性的当前科学知识。我们特别关注这两个方面之间的联系，阐明当C₆₀进入水生态系统时的行为特征和毒性机制，以及影响因素。通过全面概述C₆₀的最终归宿和潜在后果，我们旨在提供有意义的见解，以改善其生态风险评估。

章节摘要

文献检索策略与综述方法

为了更新和验证本综述的文献覆盖范围，在Web of Science核心合集中进行了补充文献检索。检索使用主题字段，将C₆₀和富勒烯相关术语与描述水环境和生物、环境行为、生态毒性、生物富集和生物可利用性、共存污染物相互作用以及营养级转移的术语相结合。未对发表年份、语言或文献

C₆₀在水中的环境行为

巴金满球烯通过自然和人为途径进入水环境。在自然环境中，C₆₀可通过陆地燃烧和天体物理过程形成。在陆地燃烧中，当烃类燃烧时产生C₆₀，生成碳蒸气，在含烟火焰中冷却并凝结为富勒烯结构（Shibuya et al., 1999）。而在天体物理过程中，C₆₀是在强烈的紫外辐射分解较大的分子时产生的

nC₆₀对水生生物的毒性

如前所述，nC₆₀复杂的环境行为表明，在释放到水环境中后，其分布在各个水层和沉积物中，这将不可避免地导致与各种水生生物的相互作用。现有研究表明，nC₆₀的毒性具有高度情境依赖性。细菌和藻类的反应因制备方法和培养基成分不同而差异很大，这表明许多报道的效应可能源于溶剂残留物或

nC₆₀毒性机制及影响因素

Nel等人（2006）概述了纳米材料在水生生物中的几种潜在毒性机制，包括ROS的产生、氧化应激、线粒体功能障碍、炎症、细胞周期变化和DNA损伤。对于nC₆₀，目前可用的研究表明，其毒性可以从溶剂效应、ROS产生、接触相关毒性以及与共存污染物的联合效应四个方面进行讨论，并具有特定的下游后果

挑战与未来方向

C₆₀生产规模的扩大和应用的扩展增加了对其环境释放和生态影响的担忧。在水系统中，nC₆₀主要沉降进入沉积物，尽管有一部分可能通过水动力过程或吸附到悬浮颗粒上而保持悬浮状态。这种分布促进了包括分解者（细菌、原生动物）、初级生产者（藻类）和消费者（浮游动物、鱼类和底栖生物）在内的多个营养级的暴露。这些效应

CRediT作者贡献声明

Xiaoshan Zhu：撰写—审阅与编辑、监督、资金获取。Hailong Zhou：资金获取。Ciara Chun Chen：撰写—审阅与编辑、监督、资金获取。Zuohong Chen：调查、形式化分析。Xukai Lan：撰写—初稿、形式化分析。Wei Qian：调查、形式化分析

未引用参考文献

Azevedo Costa et al., 2012; Canesi et al., 2010; Sumi and Chitra, 2017; Wong-Ekkabut et al., 2008; Zhang et al., 2009; Zhang et al., 2016.

利益声明

作者声明，他们没有已知的竞争经济利益或个人关系可能会影响本文所报告的工作。

数据可用性

本文除引用已发表文章中的数据外，不呈现其他额外数据。

利益冲突声明

? 作者声明，他们没有已知的竞争经济利益或个人关系可能会影响本文所报告的工作。

致谢

本工作受海南省重点研发计划（ZDYF2022SHFZ317和ZDYF2022SHFZ321）、海南省科技人员创新基金（KJRC2023C11）、广东省基础与应用基础研究基金（2026A1515011307）和国家自然科学基金（42407382和42577414）支持。

Xukai Lan|Wei Qian|Zuohong Chen|Hailong Zhou|Ciara Chun Chen|Xiaoshan Zhu