纳米级材料的潜在毒性.doc

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1、毒理学作业《纳米级材料的潜在毒性》From《Science》影响因子：30.028班级：食硕1103班姓名：薛瑾学号：S110102059纳米级材料的潜在毒性AndreNelTianXiaLutzMa¨dlerNingLi摘要：纳米级材料是指工程结构尺寸在100纳米及以下的材料，这些材料越来越多地被用于商业用途，如填料、乳浊剂、催化剂、半导体、化妆品、微电子和药物载体。这个尺寸范围内的材料可能接近一定的尺度，在此尺度下可能会产生一些特定的物理或化学与环境的相互作用。因此，这类材料的特性与具有相同成分的体材料大不相同，是的它们能够在导电性、反应性和光敏感上有特殊用途。这些

2、功能可能产生的不良结果是生物系统与环境有害的相互作用，可能产生毒性。迫切需要建立可行的确保安全生产和纳米级材料在市场上应用的原则和测试程序。引言有人估计，纳米技术有望超过工业革命的影响，预计在2015年将形成1万亿美元的市场。工程纳米级材料（NM）已经被应用于运动品、轮胎、抗污衣物、防晒油、化妆品、电子产品，也将越来越多地应用在医学目的上，比如诊断、成像和药物输送。美国国家纳米技术研究室的MihailRoco设想了四代纳米级材料。当今是被动纳米级材料的时代，材料被设计来执行一个任务。第二阶段将推出多任务积极的纳米结构，例如，执行机构、药物输送装置和传感器。第三代预期在2

3、010年左右，以具有成千上万的交互组件的纳米系统为特征。几年后，第预计发展一个集成的纳米系统，运作起来就像一个系统内具有分层系统的哺乳动物细胞。工程纳米级材料具有的不寻常的物理化学特性归因于其尺寸小（比表面积和粒度分布），化学成分（纯度、结晶度、电子性质等），表面结构（表面活性、表面基团、有机或无机涂料等），溶解度、形状以及聚集度。虽然从物理化学角度令人印象深刻，但是纳米级材料的新性能引起人们对其生物系统的不利影响的关注，在细胞水平上，包括像纳米级材料在其功能方面的结构排列。事实上，一些研究表明，纳米级材料并不是天生良性的，它们影响在细胞、亚细胞和蛋白质级别的生物行为（

4、1-5）。此外，有些纳米粒子能轻松在身体内穿行，在目标器官内沉淀，穿透细胞膜，停留在线粒体中，并可能引发有害反应。支持者和怀疑者在如何发挥纳米技术的全部潜力的同时注意安全问题有一致的建议。已经有环保人士呼吁暂停全球的纳米级材料研究和销售，知道有协议来确保工人的安全。科幻小说和新闻媒体的报道也描述了一个可怕的场景，自我复制的纳米机器人消耗了所有的可用材料。虽然这种情况从能源和结构装配角度看是难以置信的，它指出有必要制定一个合理的，基于科学的纳米毒理学。我们认为这种做法是可行的，应该实施以确保安全生产和工程纳米产品的销售。纳米级材料的性质需要一种新的毒理学科吗？纳米级材料的

5、主要特点是其尺寸，其处于单个原子或分子与体材料的过度地带。这可以改变材料的物理化学性能，同时创造增加吸收、生物组织之间相互作用的机会。这种效果的组合可能在活细胞中产生不良的生物学效应，但更大形式的相同材料则不会出现这一情况。虽然纳米级材料的非凡性能可能需要一种新的调查方法来评估他们的潜在危险，颗粒毒理学是一门成熟的科学，它表明肺损伤机制是吸入颗粒（4-6）。吸入或注入环境超细颗粒物（空气动力学直径小于100nm的微粒）会引发肺部炎症，氧化应激和远端器官受累。以此类似的方式，暴露在石英、矿物粉尘颗粒（如煤和硅酸盐）、石棉纤维的职业会引发氧化损伤、炎症、纤维化、细胞毒性以及

6、肺癌靶细胞释放介质（4-8）。将二氧化钛（TiO2）和炭黑滴入动物肺部的实验证明了其真实性。组织和细胞培养分析支持了动物模型中看到的生理反应，指出了氧化应激在炎性细胞因子的产生和毒性细胞反应中的作用。综合考虑，这些临床和实验研究表明，纳米粒子之所以有损伤肺的能力，是因为其具有小尺寸、大比表面积以及产生活性氧（ROS）的能力（4-8）。因此，颗粒尺寸越小，肺毒性越大，具有相对惰性的同一材料（例如炭黑和二氧化钛）也不例外。然而，颗粒涂层、表面处理、表面紫外（UV）辐射以及粒子聚集可以改变粒度的影响。因此，一些纳米粒子通过聚集或者释放有毒的化学物质来产生毒性是可能的。从毒理

7、学角度看，粒子的尺寸和表面积是重要的材料特性。随着粒子尺寸的减小，表面积增大，也允许更大比例的原子或分子分布在材料表面而不是内部。图1显示了粒子尺寸与颗粒表面的分子数成反比关系。表1表明，随着具有固定质量（10mg/m3）和单一密度（1g/cm3）的空气中的颗粒尺寸的下降，其数量随着表面积城北增加。表面积的增加决定了颗粒表面活性基团的潜在数量。表1.Particlenumberandparticlesurfaceareafor10mg/m3airborneparticles(5).尺寸减小导致的工程纳米级材料物理化学和结构性质的变化是造成