摘要: 随着现代工业的不断发展，纳米材料在各个领域的应用，释放到环境中的纳米材料威胁人类健康，但其毒性机理却不清楚。吸入性纳米材料沉积于肺泡，并首先与肺表面活性剂(Pulmonary surfactant, PS)发生交互作用，干扰肺泡的生物功能，通过形成冠状物(c... 展开 随着现代工业的不断发展，纳米材料在各个领域的应用，释放到环境中的纳米材料威胁人类健康，但其毒性机理却不清楚。吸入性纳米材料沉积于肺泡，并首先与肺表面活性剂(Pulmonary surfactant, PS)发生交互作用，干扰肺泡的生物功能，通过形成冠状物(corona)结构改变纳米材料原有的理化性质，进而影响其生物学行为。本课题采用分子动力学模拟方法，研究吸入性纳米材料与肺泡之间交互作用的分子重构行为。主要研究内容概括如下： (1)悬浮状石墨烯纳米片抽离肺表面活性剂 石墨烯处于悬浮和缓慢穿膜的状态下，肺表面活性剂分子可以自发地从磷脂层中被抽离并通过在石墨烯表面上的协同移动和再分布形成反胶束结构。我们证明肺表面活性剂单层膜的表面张力、石墨烯尺寸、石墨烯的氧化程度以及石墨烯曲率可以显著影响抽离过程。抽离出的肺表面活性剂分子吸附在纳米片表面，改变了石墨烯表面原有的理化性质，所吸附的分子结构可以被认为是影响石墨烯生物学特性的磷脂冠状物。 (2)不同形状纳米颗粒与肺表面活性剂的相互作用 环境中存在大量尺寸不一、形状各异、性质多样的纳米颗粒，其吸入肺泡后与肺表面活性剂的界面相互作用性质也会有所不同，进而导致吸入毒性在一定程度也会有所差异。我们设计出多种尺寸和形貌的亲、疏水性纳米颗粒与肺表面活性剂进行相互作用。研究结果表明尺寸小于5nm的亲疏纳米颗粒可以快速穿过肺表面单层膜，几乎不受其形状的影响，而对于尺寸较大的亲水纳米颗粒，其形状不同对穿膜和肺表面活性剂扰动影响较大；对于尺寸较大的疏水纳米颗粒，能够吸附肺表面活性剂形成冠状物结构。具有尖锐形状的疏水纳米颗粒边缘引起周围肺表面活性剂的扰动，导致磷脂层的破裂。我们的研究结果表明，评估纳米颗粒的吸入毒性，首先应考虑纳米颗粒形状的显著影响。 (3)碳纳米管与多环芳烃的大气复合以及复合物与肺表面活性剂的相互作用 多环芳烃是有机挥发物的典型成分，且以被证明吸入后可以引发高毒性。然而，在复杂大气环境中，纳米材料(尤其以碳纳米材料为主)会吸附一定量的多环芳烃，以纳米复合物的形式吸入肺部，引发多重复合毒性。在此背景下，我们设计了多环芳烃与碳纳米管的复合体系，研究复合物与肺表面活性剂的相互作用。研究表明，碳纳米管能够吸附多环芳烃形成单层或多层结构，碳纳米管能够稳定多环芳烃在其表面的吸附不易被肺表面活性剂溶解，其吸附强弱受多环芳烃吸附位置的影响。我们的研究结果表明，对于人工合成纳米颗粒的吸入毒性研究，应考虑纳米材料与多环芳烃大气复合及复合物与肺表面活性剂的相互作用。 本论文系统研究了不同尺寸、形状、亲疏水性、悬浮状及吸附多环芳烃大气复合物的纳米材料与肺表面活性剂的相互作用机制，在解释纳米材料吸入性毒性机理方面提供了新的认识。 收起