纳米材料的毒性研究.doc

纳米材料的应用及毒性研究必要性纳米材料是指三维结构中至少有一维大小在纳米（10-9米）尺度上的材料。由于纳米材料具有特殊的物理化学特性，使其在很多领域具有广泛的应用，比如：化工、陶瓷、微电子学、计量学、电学、光学以及信息通讯等领域[1]。近期研究发现纳米技术在生物、医药上也具有巨大的应用潜力，涉及疾病诊断、分子成像、生物传感器荧光生物标记，药物和基因传输，蛋白质的检测，DNA结构探讨，组织工程学等[2]。目前市场上基于纳米技术的产品有很多，涉及涂料，化妆品，个人护理品和食品增补剂[3]。因此人类暴露于纳米颗粒的途径多种多样，吸入，摄取以及皮肤途径。并且，出于医学的目的，这些颗粒有也许直接被注射进入人体内[4]。一旦被人体吸取，各种类型的纳米颗粒就会分布到人体的大部分器官，甚至可以通过生物屏障，比如血脑屏障和血睾屏障[5,6]。2023年，Science和Nature相继发表文章，探讨纳米材料的生物效应、对环境和健康的影响问题[7,8]。很多研究工作已经证明，纳米材料对生物体会导致负面的影响。目前为止,科学家们只对纳米TiO2、SiO2、碳纳米管、富勒烯和纳米铁粉等少数几个纳米物质的生物效应进行了初步的研究[9]。VickiColvin[7]强调："当这一领域尚处在初期阶段,并且人类受纳米材料的影响比较有限时,一定要对纳米材料的生物毒性给予关注.我们必须现在,而不是在纳米技术被广泛应用之后,才来面对这个问题"。因此对纳米材料毒性的研究，不仅具有必要性并且具有紧迫性，是保证纳米科技顺利发展的前提，可以减少新兴科学对人类及自然界不必要的破坏。纳米材料毒性研究现状纳米材料具有粒径小、比表面积大的特点，量子效应在纳米尺度上开始支配物质的物理化学性质。这些特有的性质使得纳米材料的应用领域十分广泛[1]。然而，纳米材料对生物系统的不利影响引起了越来越多的关注。已有很多研究证实，纳米材料并非有益而无害的，它们在细胞、亚细胞以及蛋白质水平上都影响着生物体[10]。纳米材料的粒径很小，因此它们和生物组织接触及作用的机会大大增长，正常尺寸下对生物体并无影响的物质在纳米尺寸下也许会对生物体产生毒副作用[10]。SiO2纳米颗粒Lin[11]等将人支气管癌原性细胞暴露于15nm和38nm的SiO2纳米颗粒，发现细胞的发育能力呈剂量依赖性丧失。并且，细胞的发育能力随着纳米颗粒的剂量和暴露时间的增长而减少。研究发现，这种影响是和氧化应激水平的增长紧密相关的。此外有研究显示，当SiO2纳米颗粒的一级尺寸为10nm和30nm时，对胚胎干细胞分化为心肌细胞的过程有克制作用[4]。然而，也有体内实验表白SiO2纳米颗粒并没有毒性[12]，因此对于SiO2纳米颗粒对人类的毒性危害，仍需进一步的研究。TiO2纳米颗粒根据体内和体外的实验研究结果，纳米TiO2对肺部的损伤限度要明显高于微米尺度的TiO2颗粒[9]。Afaq等[13]用支气管注入法研究超细TiO2(<30nm，用量2mg)对大鼠的毒性时，发现肺泡巨噬细胞的数量增长。研究表白，纳米TiO2颗粒的尺寸越小越难被巨噬细胞清除[14]，因此，纳米颗粒的粒径和数目是导致肺部损伤的重要因素。Rahman[15]等人发现20nm的TiO2颗粒会引起细胞内微核数目的显著升高，并引起细胞凋亡。其他纳米材料据报道，把大鼠暴露在具有聚四氟乙烯（PTFE）纳米颗粒的空气中15分钟，当PTFE粒径为20nm时，大多数老鼠在4小时之内死亡，而PTFE达成130nm时，大鼠没有收到任何伤害[7]。研究发现纳米银粒子对哺乳动物的细胞具有很高的毒性。在没有光活化的条件下，将大鼠神经元细胞暴露于纳米银颗粒中，出现了细胞个体缩小、形态不规则以及线粒体功能显著地呈剂量依赖性丧失[16]。此外研究还发现碳纳米管对肺泡巨噬细胞有影响[9]。鉴于对纳米材料毒性研究的领域越来越热，2023年，一本专门为研究纳米材料的毒性而设立的专业杂志《纳米毒理学》（Nanotoxicology）在英国出版。2023年开始，一些权威期刊《EnvironmentalScience&Technology》、《EnvironmentalHealthPerspectives》、《Carbon》、《JournalofNnoparticleResearch》等纷纷开辟专栏或出版专刊，探讨纳米颗粒的应用与生物和环境的安全问题[17]。纳米技术的潜在问题已引起发达国家的高度重视，并纷纷投入巨资设立和支持纳米生物环境效应与安全性的研究计划，为纳米科技的健康可连续发展，为与纳米相关的社会经济的发展提供安全保障。待解决问题虽然有数据表白纳米材料对人体健康存在着潜在的威胁，但是目前所进行的研究只局限于众多纳米材料中的少数几种，并且研究数据不全面，并且不同的研究结果还存在不一致性。对纳米材料的