多尺度二氧化鈦納米顆粒的生物學(xué)效應(yīng)研究.pdf

1、納米二氧化鈦(Titanium Dioxide，TiO2)被廣泛用于涂料、紙張涂層、塑料、彈性體、化妝品、防曬用品等，近年來(lái)又向超細(xì)顆粒、電子材料、脫氮催化劑以及光電催化劑等功能材料領(lǐng)域延伸，因此，納米TiO2展現(xiàn)出巨大的市場(chǎng)前景，受到國(guó)內(nèi)外的重視。以往一直認(rèn)為TiO2是低毒粉塵，在許多粉塵的毒理學(xué)研究中，TiO2往往被用作無(wú)毒的對(duì)照粉塵。但是，研究發(fā)現(xiàn)超微TiO2顆粒(平均直徑為60nm)引起的大鼠肺部炎癥比相同空氣質(zhì)量濃度的微米級(jí)T

2、iO2顆粒(平均直徑為250nm)更為嚴(yán)重，改變了人們對(duì)顆粒毒性問(wèn)題的認(rèn)識(shí)，即使是無(wú)毒或低毒的細(xì)顆粒材料，其納米尺度級(jí)的顆粒也可能會(huì)變得有毒。由于TiO2納米顆粒其獨(dú)特的理化性質(zhì)，很難用常規(guī)的方法和手段進(jìn)行檢測(cè)。 TiO2納米顆粒進(jìn)入細(xì)胞后，細(xì)胞對(duì)它的清除能力會(huì)隨著TiO2顆粒粒徑縮小而下降，并且會(huì)對(duì)細(xì)胞造成細(xì)胞膜破壞、細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)改變、細(xì)胞核DNA損傷以及有關(guān)蛋白質(zhì)含量和酶活性的變化，因而有必要對(duì)其生物學(xué)效應(yīng)及毒性效應(yīng)進(jìn)行研

3、究。 本研究選用應(yīng)用較為廣泛的五種不同尺度的TiO2納米顆粒和TiO2微米顆粒作為研究對(duì)象，以人角質(zhì)形成細(xì)胞(HaCaT)、肺上皮細(xì)胞(A549)和小鼠單核巨噬細(xì)胞(RAW)為模型，從TiO2納米顆粒的解聚條件、是否能進(jìn)入細(xì)胞、進(jìn)入細(xì)胞的方式、進(jìn)入細(xì)胞后對(duì)細(xì)胞的損傷和對(duì)DNA合成的影響等諸方面來(lái)探究其生物學(xué)效應(yīng)。本研究根據(jù)納米顆粒的獨(dú)特性質(zhì)，系統(tǒng)地研究了TiO2納米顆粒對(duì)體外培養(yǎng)細(xì)胞的超微結(jié)構(gòu)影響、生化指標(biāo)和病理變化，詳細(xì)探討了

4、FiO2納米顆粒與細(xì)胞的劑量效應(yīng)、時(shí)間效應(yīng)及其尺寸效應(yīng)等關(guān)系。本文還進(jìn)一步考察了TiO2納米顆粒對(duì)DNA合成的影響。并建立和發(fā)展了相關(guān)納米材料生物學(xué)效應(yīng)及毒理學(xué)的檢測(cè)方法和實(shí)驗(yàn)技術(shù)。研究結(jié)果如下： 1.在功率300W、溫度25℃、超聲30min的條件下超聲解聚納米材料，顯示五種不同尺度TiO2納米顆粒和TiO2微米顆粒解聚分散情況良好。 2.五種不同尺度TiO2納米顆粒和TiO2微米顆粒都能進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，并且進(jìn)入細(xì)胞后保持

5、較好的分散性和穩(wěn)定性。 3.與二氧化硅(SiO2)和四氧化三鐵(Fe3O4)納米顆粒相比，TiO2納米顆粒主要是以吞噬的方式進(jìn)入細(xì)胞，也可能兼有直接破膜的方式，而SiO2納米顆粒是以直接破膜和吞噬兩種方式進(jìn)入細(xì)胞。 4.TiO2納米顆粒及TiO2微米顆粒對(duì)細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的損傷與其劑量呈相關(guān)性。 5.TiO2納米顆粒對(duì)細(xì)胞骨架微絲的影響在一定濃度范圍內(nèi)與其濃度呈劑量效應(yīng)關(guān)系。 6.TiO2納米顆粒能致使細(xì)胞產(chǎn)