纳米材料的生物安全性研究
田蜜
（湖北的二师范学院化学与生命科学学院，武汉，430205）
摘要
综述了包括富勒烯(C60)、氧化铁、氧化铝、氧化锌、二氧化钛、二氧化硅等在内的多种典型的碳基纳米材料、金属及其氧化物纳米材料和半导体(绝缘体)纳米材料的生物安全性研究进展。

关键词：纳米材料；纳米生物安全；纳米毒理学：毒性
Abstract
Including of fullerenes (C60) are reviewed in this paper, ferric oxide, aluminum oxide, zinc oxide, titanium dioxide, silica, such as a variety of typical carbon nano material and semiconductor, metal and oxide nanomaterials (insulator) biological safety of nanomaterials were reviewed.
Key words: nano materials; Nano biological safety; Nanotoxicology: toxicity
引言
纳米粒子尺寸小、比表面积大、表面态丰富、化学活性高，具有许多块体及通粉末所没有的特殊性质，许多在普通条件没有生物毒性的物质，在纳米尺寸下却表现出很强的生物毒性[1]。

与此同时，纳米材料可能产生的负面效应特别是对环境和健康的潜在影响，也引起了人们的关注。

2003 年4 月，Science 首先发表文章讨论纳米材料可能产生的生物安全性问题[2]。

随后，许多学者相继开展了纳米材料的毒理学研究。

本文将一些学者的研究进行了综合，希望对各位有所帮助。

一、纳米安全性问题的提出
纳米科技预计也将给人类生活带来巨大的变化，因而成为发展最快的研究和技术开发领域之人们在逐渐认识纳米科学技术的优点和其潜在的巨大市场的同时，一个新的科学问题及社会问题—一纳米效应与安全性，引起人们广泛关注。

首先，2003年的美国化学会年会上报告了纳米颗粒对生物可能的危害。

2003年4月Science[2]引、7月Nature[3]相继发表编者文章，开始讨论纳米尺度物质的生物效应以及对环境和健康的影响问题。

2004年3月在布鲁塞尔举行的有17位专家组成的欧盟纳米科技风险会议则标志纳米科技的风险与危害已经引起了科技界的关注。

2004年4月，中国科学院副院长白春礼院士对高能所提出的《关于加强纳米物质生物环境毒理学(安全性)研究的报告》做了重要书面批示：“纳米钧质生物环境毒理学．或纳米物质的安全性问题必须十分再视”。

2005年5月，殴盟支持成立欧洲理论光谱中心旨在推动整个欧洲大陆在纳米技术领域的合作，尤其是在纳米制药领域，加强纳米药物安全性的研究。

9月，第二届欧洲纳米论坛和展览中聚焦“纳米技术和2020年欧盟公民的健康”。

二、碳基纳米粒子的毒性
富勒烯(C60)在1985年由Kroto等发现，是单质碳的第3种同素异形体，具有独特的笼形结构。

纳米富勒烯颗粒可以使细胞在几小时内迅速坏死[4]；C60可以显著抑制大肠杆菌、枯草芽抱杆菌和根癌农杆菌的生长[1]；汪畅[5]的研究表明C60可通过结合到DNA上，降低DNA构象稳定性，诱导活性氧产生，造成DNA损伤[1]等。

同时，体外细胞毒性研究表明表面化学修饰可降低C60的毒性[1]，因此在这块领域深入研究将有不错的前景。

三、金属氧化物纳米粒子的毒性
在医疗卫生领域，超顺磁性氧化铁纳米颗粒可以作为磁共振成像诊断对比剂，经表面修饰后可以作为磁靶向药物载体用于肿瘤靶向定位治疗及药物缓释体系。

在这些磁性粒子广泛使用的同时，其安全性也引起了人们的关注。

Gupta等[6]的研究发现，超顺磁铁氧化物纳米粒子的细胞毒性依赖于剂量的大小。

超顺磁铁氧化物纳米粒子即使在最低浓度0．05 mg／mL时，仍然导致了细胞生物活性的20％降低。

氧化铝对80 nin紫外光的吸收效果好，可作紫外屏蔽材料和化妆品添加剂[7]。

目前关于纳米氧化铝生物效应的文献非常有限，但是由于纳米氧化铝已经成为商用的纳米材料，因此其生物效应也应该得到关注。

Wang等[8]嗍研究了纳米和体材的灿203对以大肠杆菌为食物的线虫的毒性。

所有的纳米粒子和体材料都有毒性，表现在抑制生长尤其是降低线虫的生殖能力。

李晓波等[9]的研究表明纳米氧化铝引起大鼠海马组织中小胶质细胞活化以及抗氧化酶活力的升高，可能损伤脑组织。

四、半导体纳米粒子的毒性
纳米氧化锌是一种面向21世纪的新型高功能精细无机材料，也是一种重要的宽禁带半导体材料。

刘子宏等[10]向小鼠气管滴注20 pg，10 pg，5 pg粒径为48 nin的ZnO，结果发现各剂量染毒小鼠肺部都有明显的炎症反应和增生改变，染毒剂量从10 pg增加到20 pg，小鼠死亡率由30％增加到90％，可见纳米ZnO的毒作用带相对比较窄。

纳米Ti02是一种重要的氧化物半导体材料，通常Ti02为n型半导体，具有很强的吸收和散射紫外线的能力。

纳米Ti02的吸入毒性与其组成颗粒的粒径（表面积）大小有密切关系，纳米材料粒径越小，表面积越大，其毒性越强[11]；纳米Ti02对细胞的损伤首先体现在破坏细胞膜[12]；纳米Ti02能损伤心脏、肝脏和肾脏等[13]。

总结与展望
本文综述了典型的碳基纳米粒子、金属及金属氧化物纳米粒子和半导体(绝缘体)纳米粒子的生物安全性研究进展。

当前纳米生物安全性研究中存在的主要困难和问题是，一方面，纳米材料本身的表征还缺乏科学的、系统的、公认的方法和标准，不同研究小组所用的纳米材料，由于制备、分离的方法不同，其性质会存在一定的差异(比如在制备过程中可能会残留不同的催化剂或反应物成分)，甚至用同一种方法制备的纳米材料，在尺寸、形貌等方面也存在差异，这就导致不同研究结果之间的比较十分困难，也导致一些互相矛盾的结果出现。

早期的实验研究便很少考虑到如何把纳米粒子自身的毒性与残留或析出的金属离子的毒性分离开来。

另一方面，在纳米材料的生物安全性评价方面，尚没有系统的、公认的、具有普遍性的评价指标体系，这也严重影响了纳米材料生物安全性研究的深入开展。

这两方面在未来的研究中必须给以高度的重视。

参考文献
[1] 任德香。

纳米材料的生物安全性研究进展[D]。

东北师范大学，2020
[2] Service RF. NanomateriaIs show signs of toxicity［ J］. Science，
2003，300（11）：243.
[3]Brumfiel G．A little knowledge[J]．Nature，2003．424(17)：246．
[4]于荣丽，孙铁珩，胡晓钧。

纳米材料的生物负效应研究。

安全与环境学报[J].2009,9(2):121-124
[5] 汪畅.富勒烯的DNA损伤机制及毒性效应研究[D].武汉：华中农业大学，2008。

[6]Gupta AK Gupta M．Cytotoxicity suppression and cellular uptake enhancement of surface modified magnetic nanoparticles[J]．Biomaterials，2005，26(1 3)：1 565-1573．[7] 李慧韫，张天胜，杨南.纳米氧化铝的制备方法及应用[J].天津轻工业学院学报，2003，18(4)：34-37.
[8]Wang Huanhua,Wick R L，Xing Baoshan．Toxicity of nanoparticulate and bulk ZnO，A1203 andTi02 to the nematode caenorhabditis elegans[J]．Environmental Pollution，2009，1 57(4)：1 1 7 1-1 1 77.
[8]李晓波，李淼，黄志勇，等.纳米氧化铝染毒对大鼠海马小胶质细胞活化及抗氧化酶活力的影响[J].毒理学杂志，2009，23(4)：257-260.
[9]刘子宏，王翔，王海芳，等.气管滴注纳米氧化锌对小鼠的急性毒性作用[J].环境与职业医学，2008，25(4)：360．364.
[10] 杨辉，刘超. 纳米材料毒理学研究进展.军事医学科学院院刊.2007,31(3):282-286
[12]李福林，宁月辉，王佳祥.纳米材料的生物效应.化学工程师.2011，（7）:48-51
[13]田志环.纳米材料的毒理学研究进展.现代预防医学[J].2008,35(18):3608-3609,3612。