摘要: 纳米氧化锌(ZnO)和二氧化钛(TiO2)因具有特殊的物理化学性质，广泛应用于各领域，在生产、运输和使用过程中不可避免的进入环境中。由于纳米颗粒尺寸小，在空气中很难沉降，可经呼吸道进入生物体，对其造成危害和损伤。本论文以纳米ZnO和TiO2为研究对... 展开 纳米氧化锌(ZnO)和二氧化钛(TiO2)因具有特殊的物理化学性质，广泛应用于各领域，在生产、运输和使用过程中不可避免的进入环境中。由于纳米颗粒尺寸小，在空气中很难沉降，可经呼吸道进入生物体，对其造成危害和损伤。本论文以纳米ZnO和TiO2为研究对象，通过内支气管染毒的方式研究其对小鼠的毒性效应。在此基础上选取小鼠巨噬细胞为典型受体，探讨纳米ZnO和TiO2对其毒性作用机制。通过本研究可以为系统评价纳米ZnO和TiO2的健康危害提供理论依据和数据支撑，为纳米材料的安全使用提供参考。本论文的主要研究内容及结论如下: 1.采用内支气管注入法研究不同粒径纳米ZnO(30 nm和100 nm棒状颗粒)和TiO2（5nm、25 nm锐钛矿和100 nm金红石）对小鼠经呼吸道染毒的急性毒性效应，结果显示纳米ZnO的主要靶器官是肺、肝、胰腺、骨、脾和脑;低剂量时(0.05 g/kg bw)纳米ZnO对小鼠无明显的毒性效应;高剂量时(0.5 g/kg bw)，小鼠肺、脾、胰腺、骨和脑中锌含量显著升高，血清生化指标检测和病理观察显示肺、肝和胰腺出现损伤，并且引起小鼠体内产生氧化应激;与100 nm相比，30 nm ZnO颗粒导致更严重的氧化损伤和组织损伤。纳米TiO2的主要靶器官是肺、肝、脾、肾和脑;血清生化指标显示5nm和25nm锐钛矿颗粒比100 nm金红石颗粒导致更严重的肝部损伤和氧化应激;钛含量测定也显示5nm和25 nm锐钛矿颗粒更难从体内清除，容易从肺部传输到其他组织器官;其中25 nm可能比5nm颗粒具有更大的毒性。 2.为进一步研究纳米ZnO颗粒特性对小鼠的毒性效应及作用机制，以小鼠巨噬细胞为受体，研究纳米ZnO对小鼠肺泡巨噬细胞和腹腔巨噬细胞的毒性作用，结果发现: (1)纳米ZnO颗粒对两种小鼠巨噬细胞的毒性相当，fine-ZnO、100 nm、30nm和10-30 nm ZnO颗粒对小鼠腹腔巨噬细胞Ana-1的24 h IC50值分别为44.56，43.94，40.41和30.95μg/ml，对小鼠肺泡巨噬细胞MH-S的24h IC50值分别为48.53，47.37，45.43和26.74μg/ml。三种不同尺寸的棒状颗粒之间没有表现出尺寸效应，10-30 nm球状ZnO颗粒的毒性略高于其他三种颗粒，其毒性差异可能与其形状和结构有关。 (2)纳米ZnO颗粒对两种小鼠巨噬细胞具有类似的毒性作用规律。溶出的锌离子在纳米ZnO颗粒毒性中起重要作用，其毒性作用存在阈值，在本研究中，溶解的锌离子含量最高约为10μg/ml，溶解的锌离子最多导致约50％的小鼠巨噬细胞死亡。纳米ZnO颗粒本身的毒性作用决定了不同结构特征纳米ZnO颗粒的毒性差异。 (3)纳米ZnO颗粒降低巨噬细胞的吞噬能力，破坏细胞膜完整性，引起细胞内氧化应激，破坏钙平衡，损伤线粒体功能，最终导致细胞凋亡或坏死，其中低剂量时，锌的抗氧化作用降低细胞的氧化应激，主要导致细胞凋亡。 (4)10-30nm球状ZnO颗粒比其他三种棒状ZnO颗粒的毒性高，根据结构模拟和量化计算的结果，推测10-30 nm球状ZnO颗粒中(ZnO)n=28，34，48，60团簇结构的比例较大，表面未成键原子较多，自由电子离域性高且各向同性，具有更强的毒性作用;棒状纳米ZnO颗粒表面自由电子离域性较低且具有方向性，因此对细胞毒性相对较小。 3.纳米TiO2对小鼠巨噬细胞的毒性研究显示，与纳米ZnO相比，纳米TiO2对小鼠巨噬细胞的毒性很小，特别是对MH-S，几乎无毒。颗粒尺寸和晶型均影响其毒性作用。25nm锐钛矿颗粒导致最强的细胞毒性和氧化应激，其次是5nm和100nm锐钛矿颗粒，具有类似的氧化活性和毒性，100 nm金红石TiO2颗粒引起的细胞毒性最低。细胞内ROS的产生是引起细胞损伤的一个重要因素，但纳米TiO2颗粒自身的氧化活性较弱，纳米TiO2颗粒的毒性作用可能主要取决于其结构特性。 收起