納米二氧化鈦的生物效應(yīng)和機(jī)理研究.pdf

1、納米二氧化鈦具有普通二氧化鈦所不具有的紫外吸收性、光催化活性，因此廣泛應(yīng)用于抗菌材料、化妝品、印刷、塑料、涂料、生物傳感器等。廣大消費(fèi)者和材料研究開發(fā)人員都和其有密切的接觸。但即使是無毒或低毒的材料，其納米顆粒也可能會(huì)變得有毒。首先由于其光催化活性，納米二氧化鈦能夠產(chǎn)生大量自由基等高活性基團(tuán)；其次，由于其超微性，10 nm左右的納米二氧化鈦粒子僅與蛋白質(zhì)分子大小相當(dāng)。因此人體的保護(hù)屏障如皮膚、血腦屏障、血眼屏障從尺寸上已不能

2、對(duì)其進(jìn)行限制，納米粒子極有可能在這些地方蓄積并起破壞作用。目前，國(guó)外的一些研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)開展對(duì)納米二氧化鈦的毒性研究，主要集中在對(duì)動(dòng)物體外實(shí)驗(yàn)如肺部急性毒性實(shí)驗(yàn)以及DNA氧化損傷、細(xì)菌生長(zhǎng)抑制性分析。本課題中，采用三種不同晶型、不同粒徑的納米二氧化鈦，分別以DNA損傷實(shí)驗(yàn)、細(xì)胞毒性和凋亡實(shí)驗(yàn)為研究手段，首次提出了納米二氧化鈦在避光條件下對(duì)DNA的作用；比較了納米二氧化鈦對(duì)正常細(xì)胞和癌細(xì)胞的不同作用；從DNA和細(xì)胞水平上分析了

3、不同納米二氧化鈦的生物效應(yīng)；提出了β-CD可以作為納米二氧化鈦表面修飾劑，從而抑制其毒性。第一、根據(jù)凝膠電泳和紫外、紅外光譜分析，發(fā)現(xiàn)納米二氧化鈦在紫外或者自然光存在時(shí)，對(duì)DNA均具有氧化損傷作用，使DNA的超螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)生解旋，解旋率和納米二氧化鈦的濃度、光照強(qiáng)度呈正相關(guān)；在避光條件下，納米二氧化鈦僅對(duì)DNA具有綁定效應(yīng)，而不會(huì)降低DNA的超螺旋率，綁定產(chǎn)生在DNA的磷酸基團(tuán)，如P=O、C-O-P，但是DNA上的堿基沒有參與

4、綁定反應(yīng)。第二、根據(jù)MTT法，光學(xué)顯微鏡觀察、DNA ladder實(shí)驗(yàn)、FACS分析，以正常細(xì)胞系293T和腫瘤細(xì)胞系CHO為研究對(duì)象，發(fā)現(xiàn)納米二氧化鈦對(duì)兩種細(xì)胞都具有一定的毒性作用，毒性程度和納米二氧化鈦的濃度、作用時(shí)間、光照強(qiáng)度呈正相關(guān)。腫瘤細(xì)胞系CHO的細(xì)胞毒性大于對(duì)正常細(xì)胞系293T的細(xì)胞毒性。根據(jù)USP(美國(guó)藥典)，當(dāng)濃度為10μg/ml時(shí)，對(duì)293T的細(xì)胞毒性為1級(jí)，對(duì)CHO的細(xì)胞毒性高至2級(jí)。納米二氧化鈦可以穿

5、過CHO的細(xì)胞膜，進(jìn)入到細(xì)胞內(nèi)部，在細(xì)胞內(nèi)誘發(fā)細(xì)胞凋亡作用，使CHO的凋亡率從7.4％上升至24％，但是對(duì)293T無此影響，這一研究結(jié)果如具有普遍性，可應(yīng)用到癌癥治療，作為一種靶向性藥物載體。第三、根據(jù)凝膠電泳和紫外、紅外光譜分析，發(fā)現(xiàn)β-環(huán)糊精(β-CD)可以對(duì)納米二氧化鈦的氧化損傷產(chǎn)生很好的抑制作用，當(dāng)兩者質(zhì)量比為4∶1時(shí)，納米二氧化鈦對(duì)DNA的氧化損傷幾乎完全抑制。并且經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，β-CD對(duì)DNA無任何毒副作用，因此

6、β-CD可以作為納米二氧化鈦的修飾劑，應(yīng)用到化妝品等產(chǎn)品中。紫外和紅外譜圖說明β-CD和納米TiO2發(fā)生鍵合反應(yīng)，納米TiO2的Ti-O鍵和β-CD空腔中的羥基發(fā)生鍵合，改變了納米TiO2的表面狀態(tài)，抑制了納米TiO2表面生成·OH，從而阻止了DNA的氧化損傷。第四、根據(jù)DNA實(shí)驗(yàn)和細(xì)胞毒性分析，銳鈦型的細(xì)胞毒性大于金紅石型，在低濃度下，50～60 nm金紅石型納米二氧化鈦?zhàn)饔煤螅＜?xì)胞293T存活率高達(dá)90.4％，基本上