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1、纳米材料的毒理学效应及其关键影响因素陈春英*，徐莺莺,王鹏(国家纳米科学中心中国科学院纳米生物效应与安全性重点实验室)E-mail：纳米材料的一般定义为，至少在一维尺度上长度小于100 nm的材料。纳米材料具有特殊 的性质，包括量子尺寸效应、表面效应以及宏观量子隧道效应等。这些特性赋予纳米材料不同 于块体材料的新的物理化学性能。随着纳米技术的发展，越来越多的应用了纳米材料的纳米产 品开始进入人们的日常生活，纳米材料的毒性因此成为人们日渐关注的问题。对纳米材料的毒 性效应研究衍生出纳米科学的一个重要分支学科：纳米毒理学(nanotoxicology)。纳米毒理学 的概念在2003-2005年间提
2、出，这一领域主要研究纳米材料与生物体系，包括组织、器官、细 胞、亚细胞结构以及生物大分子的相互作用及其引起的毒性效应。阐明纳米材料对生物体的影 响及其作用机制，对于纳米材料的合理设计和安全应用具有重要的指导意义。近年来，纳米材料毒性的研究取得了很大进展，包括体内和体外实验研究纳米材料与生 物大分子、细胞、器官和组织的相互作用以及其引起的毒性。大多数纳米材料通过诱导氧化应 激和炎症反应等机制产生一系列毒性效应。例如，在诸多影响碳纳米管毒性评价的因素中，碳 纳米管的长度和金属杂质被认为是重要因素。我们发现不同种类金属残留物可诱导自由基的生 成，造成细胞的氧化损伤；在动物肺部吸入实验中，短的碳纳米管
3、毒性比较小，长的碳纳米管 激活巨噬细胞并通过TGF-B /Smad信号通路促进肺纤维化。纳米材料对细胞自噬的抑制或激活也 是纳米材料毒性效应的一个重要方面。目前已经报道多种纳米材料可以诱导细胞自噬，包括各 种金属氧化物、贵金属Au,树枝状聚合物、富勒烯C60, SWCNTs等。自噬与很多细胞功能相关 联，包括免疫、炎症和细胞凋亡等。纳米材料本身的物理化学性质，包括尺寸、形状、表面电 荷、化学组成、表面修饰、金属杂质、团聚与分散性、降解性能以及“蛋白冠”等等对其毒性 有决定性的影响。本文对影响纳米材料毒性的关键因素进行了总结和分析，对近年来纳米材料 毒性效应的研究进展进行了综述。通过合理的合成设计，能够调控纳米材料与生物体的相互作 用，降低甚至消除毒性作用。