生堡亟随匿堂盘壶！Ｑ塑生！月筮塑鲞星！翅￡！！！』堕！丛型：＆坠磐盟！Ｑ塑：！些塑，盟些兰纳米材料的毒理学和生物安全性研究进展刘建军何浩伟龚春梅庄志雄纳米材料是指物质结构在三维空间内至少有一维处于纳米尺度…（０．１—１００ｌｌｍ，１ａｍ＝１０一ｍ），或由纳米单元构成的材料，被誉为“２１世纪的新材料”，这一概念首先是由美国国家纳米计划（ＮＮＩ）提出来的。
这些具有独特物理化学性质的纳米材料，对人体健康以及环境将带来的潜在影响，目前已经引起公众、科学界以及政府部门的广泛关注。
随着纳米技术的完善和应用规模的扩大，纳米材料将被迅速普及和广泛应用旧ｏ。
据报道，目前世界范围内市场上有超过４００种消费品建立在纳米材料的基础之上ｐ１，预计到２０１４年全球市场的纳米科技产品价值将达２．６兆亿美元ＭＪ。
为了了解应用于这些产品中的纳米材料的潜在影响，就要熟悉和掌握其潜在暴露风险、材料性质、产品生命周期及其在每一点性质和周期上的潜在危险”Ｊ。
自２０００以来，国内外对于纳米材料的生物安全性和毒理学问题展开了日益深入的讨论和研究净“。
一、纳米材料的特殊效应和应用纳米材料具有传统材料所不具备的奇异或反常的物理、化学特性”］，如原本导电的铜到某一纳米级界限就不导电，原来绝缘的二氧化硅、晶体等，在某一纳米级界限时开始导电。
这是由于纳米材料特有的４大特殊效应所致¨１：即小尺寸效应（８ｍａＬｌｓｉｚｅｅｆｆｅｃｔ）、表面效应（￥ｕｒｆａｃｅｅｆｆｅｃｔ）、量子尺寸效应（ｑｕａｎｔｕｍｓｉｚｅｅｆｆｅｃｔ）和量子隧道效应（ｑｕａｎｔｕｍｔｕｎｎｅｌｉｎｇｅｆｆｅｃｔ）；上述效应可导致纳米材料具有异常的吸附能力、化学反应能力、分散与团聚能力，上述特性在赋予纳米材料广泛应用的同时也带来一系列的负面效应。
这些已被证实，以及有待被证实的负面效应给当前迅猛发展的纳米科技带来了一定的隐患。
现将纳米材料理化特性涉及的应用研究领域归纳如表１［９－１０３。
二、纳米材料的毒理学研究现状Ｄｏｎａｌｄｓｏｎ等０１１］２００４年首先提出了“纳米毒理学”（ｎａｏｎｏｔｏｘｉｃｏｌｏｇｙ）这一概念，次年Ｏｂｅｒｄ／Ｓｒｓｔｅｒ等¨２１发表文章支持这一概念并称之为“从超细颗粒物的研究中演变而来的新学科”。
自从Ｄｏｎａｌｄｓｏｎ等发表论文之后，纳米毒理学的发展步人了新轨道，在世界范围内召开的关于纳米材料毒理学的会议越来越多，在各大学术网站上搜索到相关文章也逐年增多。
ＤＯＩ：１０．３７６０／ｃｒａａ．ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３－９６２４．２００９．０２．０１６基金项目：深圳市科技计划（２００７０２１５９）作者单位：５１８０２０深圳市疾病预防控制中心毒理研究室通信作者：庄志雄，Ｅｎｕ６１：ｊｕｎｉｉ８＠１２６．咖・１５９・．综述．表１纳米材料理化特性涉及的应用研究领域‘９‘１０］研究应用领域材料和应用举例电子学磁学光学生物医药能源化工环保化工建筑、机械电极（纳米碳管）、超导体、导电及绝缘浆料、量子器件、量子计算机等纳米磁性材料、磁靶向制剂、固定化酶、生物分离提纯、磁记录、纳米微品软磁材料等化妆品（ＴｉＯ：）、隐身材料、发光材料、光通讯、光储存、光电脑等纳米，Ｅ物医用材料（纳米羟基磷灰石）、生物薄膜、药物载体、蕈冈传送载体、药物输送、控释系统、纳米牛物传感器等纳米催化、储能（碳纳米管储氢）、蓄热及能源转换、保温节能（纳米Ｓｉ０２）等抗生素材料（纳米Ａｇ，Ｔｉ０２）、功能涂料（纳米Ｚｎ０２，Ｆｅ２０３）有害气体治理、废水处理、阻声降噪等超硬、高强、岛韧、超塑性材料等已有研究表明，纳米材料经吸人、皮肤、消化道及注射等途径与机体接触后能迅速进入体内，并容易通过血脑、睾丸、胚胎等生物屏障分布到全身各组织。
纳米颗粒往往比相同剂量、相同组分的微米级颗粒物更容易导致肺部炎症和氧化损伤。
现有的细胞水平、动物实验和一些零星的人群研究结果显示，人造纳米材料可以引起氧化应激、炎症反应、ＤＮＡ损伤、细胞凋亡、细胞周期改变、基因表达异常，蛋白质差异表达，并可引起肺、心血管系统及其他组织器官的损害。
我们从纳米毒理学研究的不同层次分类阐述纳米材料毒理学研究的概况，并对研究较多的材料（纳米碳管、ＴｉＯ：等）举例说明。
（一）纳米材料毒理学分子水平的研究基因组学、后基因组学、毒物基因组学和蛋白质组学的研究，都属于分子水平的范畴。
迄今为止，国内外对纳米材料毒性研究，主要还是采用形态学和酶活性等细胞毒性检测和整体动物水平实验的方法，从分子水平进行机制方面的研究并不普遍，目前已见纳米碳材料的蛋白质组学研究。
Ｗｉｔｚｍａｎｎ和Ｍｏｎｔｅｉｒｏ－Ｒｉｖｉｅｒｅ¨纠研究了多壁纳米碳管（ＭＷＮＣＴ）对角质化细胞蛋白质组表达的影响。
用０．４ｍｓ／ｌＴｌｌ的ＭＷＮＣＴ处理角质化表皮细胞（ＨＥＫ）２４和４８ｈ，抽提蛋白进行双向电泳，并检测ＩＬ－１Ｂ、ＩＬ－６、ＩＬ－８、ＩＬ－１０和ＴＮＦ．ａ等细胞因子的变化。
通过ＰＤＱｕｅｓＯＤ软件分析发现有１５２个蛋白发生了显著的差异表达，细胞炎性因子ＩＬ－８浓度在ＭＷＮＣＴ处理ＨＥＫ细胞２４和４８ｈ后显著增加，ＩＬ．１Ｂ在４８ｈ时间点浓度显著上升，ＩＬ－６浓度则有所降低，ＴＮＦ－ａ的浓度变得极低（＜０．０１ｐｇ／ｍ１）。
这螳细胞因子的变化说明ＨＥＫ暴露于ＭＷＮＣＴ后产生了炎症反应，而蛋白的差异表达则说明纳米碳材料本身具有损伤性，对ＨＥＫ细胞蛋白质万方数据・１６０・生堡趣堕医堂盘盔！Ｑ塑生２旦筮箜鲞筮呈魍￡蝤翌』旦型望鲤：塑！盟！Ｑ鲤：Ｙ吐塑：塑垒至表达谱具有一定程度的影响。
杨军等采用高通量的蛋白质组技术研究人皮肤纤维细胞（ＨＳＦ）暴露于不同浓度的多壁纳米碳圈（ＭＷＮＣＯ）和ＭＷＮＣＴ后细胞蛋白质表达谱的变化，以探索纳米碳材料可能的健康效应。
最后通过基质辅助激光解析电离时间飞跃质谱（ＭＡＬＤＩ－ＴＯＦ．ＭＳ）鉴定了７个差异蛋白。
说明纳米碳材料对ＨＳＦ细胞蛋白质表达谱有影响，因而对有机体可能有潜在的健康影响。
使用基因组学方法研究纳米材料的安全性也开展了一些。
Ｄｉｎｇ等¨４０研究了ＨＳＦ暴露于ＭＷＮＣＯ和ＭＷＮＣＴ后细胞基因表达谱的变化情况，两种材料都激活了与细胞周期调控、胞内运输、代谢和应激反应相关的基因表达。
而暴露于ＭＷＮＣＯ的细胞诱导了与外部刺激相关的基因表达，暴露于ＭＷＮＣＴ的细胞则诱导了炎症和免疫反应的基因表达。
Ｃｕｉ等【１５Ｊ研究了胚肾细胞暴露于单壁纳米碳管（ＳＷＮＣＴ）下细胞基｝１４表达谱的情况，发现了与细胞周期调控细胞凋亡以及信号转导相关基因的显著表达。
另外，还有Ｃｕｒｔａｉｎ＃ａｍ等所做的原代角质化细胞暴露于非细胞毒性剂量的ＳＷＮＣＴ后基因表达谱的变化，此表达谱和阴性对照组羰基铁的表达谱类似。
Ｐａｐｉｓ等¨副通过差异显示技术研究纳米钴对ＢＡＬＢ３仍细胞ｍＲＮＡ表达的影响，结果得到１０段差异表达的序列，并指出纳米钴能激活细胞防御和修复机制途径。
（二）细胞水平的研究这一水平的研究包括细胞成活率、细胞接种效应及增殖、细胞分化、细胞染色体畸变等实验，这方面的实验结果包括引起细胞凋亡、细胞周期改变、氧化应激、较常规材料有更强的细胞毒性，等等。
其实机体细胞本身就是“纳米技术大师”，细胞中所有的酶都是能完成独特任务的“纳米机器”，外源纳米颗粒对细胞纳米机器的影响理论上应该是巨大的¨“。
细胞水平的研究结果有助于纳米材料作用机制方面的研究，表２列举了一些常见纳米材料的体外细胞毒性研究结果¨８－２３］。
另外，Ｚｈａｎｇ和ＳｕｎⅢ１在研究＂ｒｉ０２对人结肠癌细胞Ｌｓ．１７４的光催化作用时发现，纳米ＴｉＯ：容易吸附在细胞表面并聚集，并可经胞吞作用进入细胞质中，从而导致ＲＯＳ在细胞中的聚集。
（三）器官组织水平和整体动物水平器官灌流是毒理学器官和组织水平研究的重要手段，是体外与体内实验的重要桥梁，常用的有心、肝、肾、肺、脑、小肠和皮瓣灌流。
鉴于纳米ＴｉＯ：在涂料、抗老化、污水净化、化妆品、抗静电等方面存在广泛应用，因而产量较高，对其毒性研究也较多。
表３总结了现有的部分研究结果。
在体内和体外的实验研究中，纳米尺度的ＴｉＯ：颗粒均比微米尺度的＇ｒｉＯ：颗粒对肺部的损伤程度大，这与纳米颗粒的小粒径和大比表面积有直接关系。
实验方法主要包括：用支气管吸入法或支气管注入法将＂ｒｉｏ，颗粒导入动物体内¨１。
目前对于纳米碳管的在这一水平的毒性研究也相对较多：‰等旧刊用３种ＳＷＮＣＴ按不同剂量（０、３．３、１７．０ｍｓ／表２常见人造纳米材料的体外细胞毒性研究结果材料种类细胞毒性主要结果尘具自‘明显的细胞毒性，其细胞毒作』｝ｊ较浮通水镁石纤维粉尘强纳米银粉末ｆ１９］纳米Ｆｅ２０３［２０ｌ纳米Ｔｉ０２【２１。
】细胞成活率相对增值率（ＲＣＲ）氧化性细胞周期、细胞凋亡纳米羟基磷灰石［∞１细胞生长、端粒酶活性同等剂厦卜．，纳米级银粒子比粒径较大的微米级银粒子的体外细胞毒性更大纳米粒Ｆ可引起ＣＨＬ细胞的氰化应激反应，ＤＮＡ断裂，其细胞毒惟与氧化性存在一定的关联适宜浓度的ｎ０２有较高抑瘤率，也使胚胎成纤维细胞内微核数日显著升高，破坏细胞结构，引起凋亡、坏死．使Ｂｅｌ一７４０２细胞阻滞在Ｇ１期；可以引起炎症、肺细胞增牛等病理改变显著抑制人结肠癌ＳＷ４８０细胞的生长，其作用机制与诱导细胞凋Ｉ’：和卜－调细胞端粒酶活性自‘关表３纳米ＴｉＯ：的器官和组织水平毒理学研究结果ｋｓ）对小鼠进行气管内滴入，小鼠出现剂量相关性肺组织肉芽肿，持续进行性非间质炎症，部分小鼠还出现严重的近支气管炎症和坏死，并向肺泡间隔延伸；Ｍｕｌｌｅｒ等用２种ＭＷＮＣＴ对ｓＤ大鼠进行气管内滴人（０．２、２．５ｍｓ／大鼠），发现ＭＷＮＣＴ可在呼吸道聚集也可散布于肺实质，并引发周围组织炎症反应、肉芽肿和纤维变性，具有剂量相关性；染毒６０ｄ后ＭＷＮＣＴ可以在肺内持续存在。
另外，纽约州罗切斯特大学的一个研究小组让大鼠在含有２０ｔｌｍ聚四氟乙烯颗粒的空气中生活１５ｍｉｎ，就导致大多数大鼠在４ｈ内死亡。
（四）人体观察和群体水平的研究近年来纳米技术快速发展，人造纳米材料大量应用于高精电子、医药、机械、宇航工业等，纳米产品的生产者、消费者、研究者及大众的暴露机会增加，人造纳米材料对人体建康和生态环境的潜在危害也得到广泛关注。
从２０世纪开万方数据生堡塑陵匡堂盘壶兰塑玺！旦筮塑鲞筮！期￡堕翌！旦竺丛型，＆蝤！塑：！吐塑：堕垒兰始，人们对气源性超细颗粒物的暴露水平已有显著增加，且该暴露水平与心脑血管疾病的发病率和死亡率呈正相关。
但目前对纳米材料的潜在毒性，特别是人体观察和人群接触的群体水平研究资料非常有限，远远不能满足危害认定和危险度评价的要求，仅有一些零星的关于ＴｉＯ：粒子的对人体皮肤渗透可能性的研究，但结果不一。