納米氧化鋅和二氧化鈦的毒性效應(yīng)及致毒機制探討.pdf

1、納米氧化鋅(ZnO)和二氧化鈦(TiO2)因具有特殊的物理化學(xué)性質(zhì)，廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域，在生產(chǎn)、運輸和使用過程中不可避免的進入環(huán)境中。由于納米顆粒尺寸小，在空氣中很難沉降，可經(jīng)呼吸道進入生物體，對其造成危害和損傷。本論文以納米ZnO和TiO2為研究對象，通過內(nèi)支氣管染毒的方式研究其對小鼠的毒性效應(yīng)。在此基礎(chǔ)上選取小鼠巨噬細(xì)胞為典型受體，探討納米ZnO和TiO2對其毒性作用機制。通過本研究可以為系統(tǒng)評價納米ZnO和TiO2的健康危害提供理論

2、依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐，為納米材料的安全使用提供參考。本論文的主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下:
　　 1.采用內(nèi)支氣管注入法研究不同粒徑納米ZnO(30 nm和100 nm棒狀顆粒)和TiO2（5nm、25 nm銳鈦礦和100 nm金紅石）對小鼠經(jīng)呼吸道染毒的急性毒性效應(yīng)，結(jié)果顯示納米ZnO的主要靶器官是肺、肝、胰腺、骨、脾和腦;低劑量時(0.05 g/kg bw)納米ZnO對小鼠無明顯的毒性效應(yīng);高劑量時(0.5 g/kg bw)，小鼠肺、脾

3、、胰腺、骨和腦中鋅含量顯著升高，血清生化指標(biāo)檢測和病理觀察顯示肺、肝和胰腺出現(xiàn)損傷，并且引起小鼠體內(nèi)產(chǎn)生氧化應(yīng)激;與100 nm相比，30 nm ZnO顆粒導(dǎo)致更嚴(yán)重的氧化損傷和組織損傷。納米TiO2的主要靶器官是肺、肝、脾、腎和腦;血清生化指標(biāo)顯示5nm和25nm銳鈦礦顆粒比100 nm金紅石顆粒導(dǎo)致更嚴(yán)重的肝部損傷和氧化應(yīng)激;鈦含量測定也顯示5nm和25 nm銳鈦礦顆粒更難從體內(nèi)清除，容易從肺部傳輸?shù)狡渌M織器官;其中25 nm可能

4、比5nm顆粒具有更大的毒性。
　　 2.為進一步研究納米ZnO顆粒特性對小鼠的毒性效應(yīng)及作用機制，以小鼠巨噬細(xì)胞為受體，研究納米ZnO對小鼠肺泡巨噬細(xì)胞和腹腔巨噬細(xì)胞的毒性作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn):
　　 (1)納米ZnO顆粒對兩種小鼠巨噬細(xì)胞的毒性相當(dāng)，fine-ZnO、100 nm、30nm和10-30 nm ZnO顆粒對小鼠腹腔巨噬細(xì)胞Ana-1的24 h IC50值分別為44.56，43.94，40.41和30.95μg/

5、ml，對小鼠肺泡巨噬細(xì)胞MH-S的24h IC50值分別為48.53，47.37，45.43和26.74μg/ml。三種不同尺寸的棒狀顆粒之間沒有表現(xiàn)出尺寸效應(yīng)，10-30 nm球狀ZnO顆粒的毒性略高于其他三種顆粒，其毒性差異可能與其形狀和結(jié)構(gòu)有關(guān)。
　　 (2)納米ZnO顆粒對兩種小鼠巨噬細(xì)胞具有類似的毒性作用規(guī)律。溶出的鋅離子在納米ZnO顆粒毒性中起重要作用，其毒性作用存在閾值，在本研究中，溶解的鋅離子含量最高約為10μg

6、/ml，溶解的鋅離子最多導(dǎo)致約50％的小鼠巨噬細(xì)胞死亡。納米ZnO顆粒本身的毒性作用決定了不同結(jié)構(gòu)特征納米ZnO顆粒的毒性差異。
　　 (3)納米ZnO顆粒降低巨噬細(xì)胞的吞噬能力，破壞細(xì)胞膜完整性，引起細(xì)胞內(nèi)氧化應(yīng)激，破壞鈣平衡，損傷線粒體功能，最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡或壞死，其中低劑量時，鋅的抗氧化作用降低細(xì)胞的氧化應(yīng)激，主要導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。
　　 (4)10-30nm球狀ZnO顆粒比其他三種棒狀ZnO顆粒的毒性高，根據(jù)結(jié)構(gòu)模擬

7、和量化計算的結(jié)果，推測10-30 nm球狀ZnO顆粒中(ZnO)n=28，34，48，60團簇結(jié)構(gòu)的比例較大，表面未成鍵原子較多，自由電子離域性高且各向同性，具有更強的毒性作用;棒狀納米ZnO顆粒表面自由電子離域性較低且具有方向性，因此對細(xì)胞毒性相對較小。
　　 3.納米TiO2對小鼠巨噬細(xì)胞的毒性研究顯示，與納米ZnO相比，納米TiO2對小鼠巨噬細(xì)胞的毒性很小，特別是對MH-S，幾乎無毒。顆粒尺寸和晶型均影響其毒性作用。25n