納米物質(zhì)的生物效應(yīng)

納米物質(zhì)的生物效應(yīng)

1納米尺度物質(zhì)的生物效應(yīng)與對(duì)環(huán)境和健康的影響正如美國(guó)科技的象征一樣，21世紀(jì)科學(xué)和技術(shù)的象征是納米技術(shù)。由于納米規(guī)模（0.1.10納米，1納米相當(dāng)于10億米）下物質(zhì)的特殊性質(zhì)，控制和操縱納米規(guī)模（單原子或原子集體），并制造各種功能設(shè)備。納米技術(shù)在多個(gè)領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。正如羅氏所說(shuō)，當(dāng)納米技術(shù)成為革命技術(shù)的基礎(chǔ)時(shí)，那些擁有最大研究和應(yīng)用納米技術(shù)的國(guó)家在工業(yè)發(fā)展中占著很大優(yōu)勢(shì)。同樣，未來(lái)技術(shù)（21世紀(jì)）是明智地接受納米技術(shù)的國(guó)家。納米材料由于其尺寸很小,結(jié)構(gòu)特殊,因此具有許多新的物理化學(xué)特性,如小尺寸效應(yīng)、大的比表面、極高的反應(yīng)活性、量子效應(yīng)等.這些特性使納米科學(xué)已經(jīng)成為當(dāng)今世界上三大支柱科學(xué)(生命科學(xué)、信息科學(xué)、納米科學(xué))之一.納米技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于:不僅在近期可以改造傳統(tǒng)工業(yè)技術(shù)(如減少原料消耗,減少污染排放,降低成本,提高性能等),而且在遠(yuǎn)期有希望給21世紀(jì)的科學(xué)技術(shù)、工業(yè)和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域帶來(lái)革命性的變化.隨著納米技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化,各種形式的納米尺度的物質(zhì)已經(jīng)以各種不同的途徑進(jìn)入我們的生活.比如,納米材料目前已經(jīng)應(yīng)用于染料、涂料、醫(yī)藥診斷等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)中,或在生產(chǎn)和使用過(guò)程中直接進(jìn)入人體,或通過(guò)環(huán)境、食物鏈進(jìn)入人體.總之,人們?cè)诠ぷ骱蜕钪薪佑|到納米材料的機(jī)會(huì)越來(lái)越多.正因?yàn)槿绱?2003年4月Science、2003年7月Nature,相繼發(fā)表編者文章,開(kāi)始討論納米尺度物質(zhì)的生物效應(yīng)、對(duì)環(huán)境和健康的影響問(wèn)題.2004年1月美國(guó)化學(xué)會(huì)的EnvironmentalScience&Technologies雜志、2004年6月Science又再次載文強(qiáng)調(diào),必須對(duì)納米技術(shù)的安全性問(wèn)題進(jìn)行研究.同時(shí),英國(guó)皇家科學(xué)院也相繼發(fā)表文章,討論納米尺度物質(zhì)對(duì)生物、環(huán)境、健康等可能帶來(lái)的潛在影響.納米技術(shù)的生物安全性問(wèn)題之所以受到科學(xué)家們的如此關(guān)注,緣于一種宏觀思考,即,納米技術(shù)的發(fā)展是否也將帶來(lái)納米物質(zhì)對(duì)人體以及生態(tài)環(huán)境的污染,從而危及人類健康.同時(shí),認(rèn)識(shí)和解決這一問(wèn)題,也是促進(jìn)和保障納米科技健康和可持續(xù)發(fā)展的必要條件.我們知道,當(dāng)物質(zhì)細(xì)分到納米尺度時(shí),其性質(zhì)會(huì)發(fā)生很大變化,從而導(dǎo)致它們?cè)谏矬w內(nèi)的生理行為與常規(guī)物質(zhì)可能有很大的不同.因此,對(duì)宏觀物質(zhì)的安全性評(píng)價(jià),包括對(duì)人體健康及生態(tài)環(huán)境的影響,也許并不適用于納米尺度物質(zhì).以最近的研究結(jié)果為例,北京大學(xué)劉元方研究組將一種水溶性的納米碳管(直徑約1.4nm,長(zhǎng)約400nm)導(dǎo)入小鼠體內(nèi),結(jié)果發(fā)現(xiàn)表觀分子量高達(dá)60萬(wàn)的這種羥基化的水溶性納米碳管可以在小鼠的不同器官之間自由穿梭,通過(guò)尿液排泄.而60萬(wàn)分子量的常規(guī)物質(zhì)是不可能出現(xiàn)如此奇特的現(xiàn)象的,以現(xiàn)有的生物學(xué)和生理學(xué)的知識(shí)無(wú)法解釋這種現(xiàn)象.最近,中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所的納米材料生物效應(yīng)實(shí)驗(yàn)室與中國(guó)科學(xué)院武漢物理數(shù)學(xué)研究所合作,在研究磁性納米顆粒物在動(dòng)物體內(nèi)的生理行為時(shí),發(fā)現(xiàn)有的磁性納米顆粒物在小鼠的血管內(nèi)會(huì)逐漸變大,將血管堵塞,最后導(dǎo)致小鼠死亡.美國(guó)宇航局太空中心的一個(gè)研究小組將含0.1mg碳納米管的懸浮液,通過(guò)支氣管注入大鼠和小鼠肺部.7和90d后,組織病理學(xué)檢驗(yàn)結(jié)果表明,所有的顆粒都會(huì)以一定的方式進(jìn)入肺泡,這些顆粒甚至在長(zhǎng)達(dá)90d的時(shí)間里仍停留在肺部.用于對(duì)照的碳黑顆粒只引起了小鼠肺部輕微的炎癥,而單壁碳納米管甚至在低濃度下都引起了肺部肉芽腫的形成.令人擔(dān)心的是,由碳納米管引起的肉芽腫的形成并沒(méi)有伴隨在通常情況下由石棉和無(wú)機(jī)粉塵所引起的肉芽腫所特有的炎性癥狀.紐約州羅切斯特大學(xué)的一個(gè)研究小組讓大鼠在含有20nm聚四氟乙烯顆粒的空氣中生活15min,就導(dǎo)致大多數(shù)大鼠在4h內(nèi)死亡.嚴(yán)格地說(shuō),這些研究結(jié)果還是很初步的.目前已有的研究數(shù)據(jù)還很有限.正因?yàn)槿绱?很容易使人們誤認(rèn)為所有的納米材料都有很大毒性.要消除這種誤解,得到準(zhǔn)確、客觀、負(fù)責(zé)的科學(xué)結(jié)論,可能還需要幾年或者更長(zhǎng)時(shí)間.由于納米材料的生物環(huán)境效應(yīng)、毒性、安全性的研究剛剛起步,不僅實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有限,而且實(shí)驗(yàn)方法學(xué)也有很大難度.如何保證所觀察現(xiàn)象,以及由此所得出的結(jié)論是來(lái)自于物質(zhì)的納米尺度特性對(duì)生物體的影響,僅靠單純的生物學(xué)、醫(yī)學(xué)和納米技術(shù)無(wú)法滿足要求.因此,有關(guān)納米尺度材料的生物效應(yīng)及其毒理的研究在方法學(xué)上具有很大的挑戰(zhàn)性.為此,本文首先綜述納米材料毒理學(xué)的研究現(xiàn)狀,介紹已經(jīng)建立的實(shí)驗(yàn)方法,并結(jié)合我們自己的研究結(jié)果,盡量全面地分析現(xiàn)有的文獻(xiàn)數(shù)據(jù).最后提出存在的重要問(wèn)題,同時(shí)展望將來(lái)的研究重點(diǎn).2本研究以及對(duì)納米生物效應(yīng)和闡明的分析2.1納米tio2納米顆粒表面活性劑的生物效應(yīng)目前對(duì)納米材料毒理學(xué)的研究尚處于起步階段,但正如化學(xué)家VickiColvin所強(qiáng)調(diào)的那樣:“當(dāng)這一領(lǐng)域尚處于早期階段,并且人類受納米材料的影響比較有限時(shí),一定要對(duì)納米材料的生物毒性給予關(guān)注.我們必須現(xiàn)在,而不是在納米技術(shù)被廣泛應(yīng)用之后,才來(lái)面對(duì)這個(gè)問(wèn)題”.目前為止,科學(xué)家們只對(duì)納米TiO2、SiO2、碳納米管、富勒烯和納米鐵粉等少數(shù)幾個(gè)納米物質(zhì)的生物效應(yīng)進(jìn)行了初步的研究.納米TiO2在涂料、抗老化、污水凈化、化妝品、抗靜電等方面存在廣泛應(yīng)用,因而產(chǎn)量較高,對(duì)其毒性研究也較多.表1總結(jié)了現(xiàn)有的研究結(jié)果.在體內(nèi)和體外的實(shí)驗(yàn)研究中,納米尺度的TiO2顆粒均比微米尺度的TiO2顆粒對(duì)肺部的損傷程度大,這與納米顆粒小的粒徑和大的比表面積有直接關(guān)系.實(shí)驗(yàn)方法主要包括:用支氣管吸入法或支氣管注入法將TiO2顆粒導(dǎo)入動(dòng)物體內(nèi).與注入法相比,吸入法更接近人類真實(shí)的暴露情況.因此應(yīng)盡量采用吸入法來(lái)模擬人類實(shí)際的暴露情況,研究納米顆粒物的生物學(xué)行為.使用外推法評(píng)價(jià)納米顆粒物對(duì)人體的生物效應(yīng),對(duì)于納米技術(shù)相關(guān)政策、法規(guī)和防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的制訂等是很重要的.Afaq等用支氣管注入法研究超細(xì)TiO2(<30nm,用量2mg)對(duì)大鼠的毒性時(shí),發(fā)現(xiàn)肺泡巨噬細(xì)胞的數(shù)量增加,同時(shí)細(xì)胞內(nèi)的谷胱甘肽過(guò)氧化酶、谷胱甘肽還原酶、6-磷酸葡萄糖脫氫酶、谷胱甘肽硫轉(zhuǎn)移酶的活性均升高.而且,酶活性升高并沒(méi)有阻止脂質(zhì)過(guò)氧化和過(guò)氧化氫的生成,這表明受到TiO2納米顆粒作用時(shí),盡管細(xì)胞啟動(dòng)自我保護(hù)機(jī)制誘導(dǎo)了抗氧化酶的生成,卻未能消除TiO2納米顆粒產(chǎn)生的毒副作用.進(jìn)一步的研究觀察到了納米TiO2顆粒引起的一系列生物效應(yīng).20nm的TiO2顆粒引起了肺組織間質(zhì)化,并誘發(fā)炎癥反應(yīng),使上皮組織的滲透性增加,肺泡灌洗液內(nèi)生理指標(biāo)的變化與納米顆粒的比表面積(尺寸大小)有關(guān).同時(shí)納米TiO2引起了支氣管肺泡灌洗液內(nèi)蛋白質(zhì)總量、乳酸脫氫酶及β-葡萄糖苷酸酶的活性普遍升高,而且比表面積—效應(yīng)曲線與實(shí)際的炎癥情況有很好的相關(guān)性,這意味著TiO2納米物質(zhì)的生物效應(yīng)與尺寸效應(yīng)有關(guān).因此,我們?cè)谟懻摷{米材料生物效應(yīng)時(shí),即使是同一種材料,也需要注明具體尺寸大小(這和常規(guī)物質(zhì)有很大的不同),因?yàn)榧{米尺寸的改變,會(huì)引起其生物效應(yīng)發(fā)生改變.肺是環(huán)境有害物質(zhì)進(jìn)入機(jī)體的主要途徑之一.肺泡巨噬細(xì)胞是一多功能的間質(zhì)細(xì)胞,廣泛分布于肺泡內(nèi)及呼吸道上皮表面,具有吞噬、清除異物和保護(hù)肺的功能,是呼吸道的第一道防線.因此,研究巨噬細(xì)胞對(duì)納米顆粒的清除功能,對(duì)預(yù)測(cè)納米物質(zhì)的毒性十分重要.Oberd?rster等比較了大鼠肺泡巨噬細(xì)胞對(duì)相同質(zhì)量、不同尺寸的TiO2(20和250nm)粉末的清除機(jī)制.結(jié)果肺泡巨噬細(xì)胞對(duì)250nm的TiO2的清除半減期為177d;對(duì)20nm的TiO2的清除半減期為541d.這表明,尺寸越小,越難以被巨噬細(xì)胞清除.巨噬細(xì)胞清除外來(lái)異物的能力降低,其吞噬能力也會(huì)降低.Renwick等在研究29nm的超細(xì)TiO2和250nm的TiO2顆粒對(duì)巨噬細(xì)胞株(J774.2MF)吞噬能力的影響時(shí)表明,29nm比250nm的TiO2顆粒對(duì)巨噬細(xì)胞的吞噬能力降低更明顯.因此,可以推測(cè),納米顆粒的粒徑(表面積)和數(shù)目是其造成肺損傷的關(guān)鍵因素之一.事實(shí)上,對(duì)于這些納米顆粒產(chǎn)生毒副作用的機(jī)制還不清楚.Zhang等認(rèn)為納米顆粒可以誘導(dǎo)自由基的產(chǎn)生,導(dǎo)致體內(nèi)氧化應(yīng)激,因此產(chǎn)生了生物毒性作用.納米顆粒是否對(duì)細(xì)胞凋亡過(guò)程產(chǎn)生特殊的影響,也是人們關(guān)心的重要問(wèn)題之一.Rahman等在比較了20nm的超細(xì)TiO2顆粒和200nm的細(xì)TiO2顆粒對(duì)原代大鼠胚胎成纖維細(xì)胞的影響時(shí)發(fā)現(xiàn),20nm的超細(xì)顆粒處理后的細(xì)胞,其微核數(shù)目顯著升高,并引起了細(xì)胞凋亡.而200nm的細(xì)顆粒卻沒(méi)有引起細(xì)胞內(nèi)微核數(shù)目的變化.盡管對(duì)納米顆粒引起的細(xì)胞凋亡的機(jī)理還不清楚,但是,根據(jù)上面的一些結(jié)果推測(cè),可能是由于反應(yīng)活性很大的納米顆粒和細(xì)胞膜相互作用產(chǎn)生了活性氧物質(zhì),產(chǎn)生的氧化應(yīng)激引起細(xì)胞膜脂質(zhì)層的破裂,細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)失去平衡,導(dǎo)致依賴于Ca2+離子濃度的核酸內(nèi)切酶的活化,引起了細(xì)胞凋亡.2.2羥基化單壁碳納米管及其馬立克氏體的亞慢性毒性碳納米管是在1991年由Iijima發(fā)現(xiàn)的,它是一種完全人造的一維結(jié)構(gòu)材料.由于具有優(yōu)越的力學(xué)、電子學(xué)和化學(xué)等性能,在很多領(lǐng)域顯示出廣泛的應(yīng)用前景.比如作為高靈敏度的化學(xué)傳感器,制作超強(qiáng)度的電纜以及掃描探測(cè)顯微鏡的探針,既可以取代銅作為導(dǎo)體,也可以取代硅作為半導(dǎo)體.現(xiàn)在單壁碳納米管的生產(chǎn)能力有限,不會(huì)對(duì)人類造成太大的危害.但是一旦設(shè)計(jì)出便宜的大批量生產(chǎn)單壁碳納米管的方法,無(wú)疑會(huì)增大其對(duì)人類健康的影響.但是,如何檢測(cè)在動(dòng)物體內(nèi)的納米碳管是一個(gè)難題.最近Wang等利用射線探測(cè)技術(shù)的高靈敏度的優(yōu)點(diǎn),部分地解決了這個(gè)問(wèn)題.Wang等在直徑1.4nm、長(zhǎng)400nm(約50000個(gè)碳原子組成)的水溶性(羥基化)單壁碳納米管(SWCNT)的外表面平均標(biāo)記約1個(gè)125I原子,然后研究了羥基化單壁碳納米管在小鼠體內(nèi)的生物分布以及代謝過(guò)程.為了不影響單壁碳納米管本身的性質(zhì),只要能夠滿足測(cè)量的要求標(biāo)記的125I原子越少越好.實(shí)驗(yàn)采用了4種不同的暴露途徑:靜脈注射、腹腔注入、灌胃和皮下注射,將羥基化單壁碳納米管導(dǎo)入小鼠體內(nèi),計(jì)算小鼠每克濕組織的劑量百分比(%ID/g),結(jié)果如圖1所示.從圖1中看出,羥基化碳納米管主要分布在胃、腎臟和骨骼中,在其他的臟器中也有分布.4種不同給藥途徑對(duì)羥基化碳納米管的生物分布影響很小.此外,在11d后收集尿液和糞便,測(cè)其放射性計(jì)數(shù),發(fā)現(xiàn)仍有大約30%的羥基化單壁碳納米管蓄積在體內(nèi).因此,進(jìn)一步對(duì)羥基化單壁碳納米管的亞慢性毒性進(jìn)行研究是非常有必要的.該研究還發(fā)現(xiàn),表觀分子量約60萬(wàn)的羥基化納米碳管可以在小鼠體內(nèi)的不同區(qū)室之間自由穿梭(擴(kuò)散),通過(guò)尿液排泄.60萬(wàn)分子量的常規(guī)物質(zhì)不可能出現(xiàn)如此奇特的行為,現(xiàn)有的生物學(xué)、生理學(xué)知識(shí)無(wú)法解釋這種現(xiàn)象.進(jìn)一步的深入研究還在繼續(xù).用石英(SiO2)顆粒作為對(duì)照物,Jia等用MTT法進(jìn)一步研究了單壁碳納米管對(duì)肺泡巨噬細(xì)胞的影響.從圖2中可以看出,單壁碳納米管和等量的石英相比表現(xiàn)出更顯著的細(xì)胞毒性.這與Lam等的研究結(jié)果是一致的.同時(shí),單壁碳納米管與多壁碳納米管均可以引起細(xì)胞結(jié)構(gòu)的改變.圖3為暴露于單壁碳納米管和多壁碳納米管(MWCNT)的巨噬細(xì)胞結(jié)構(gòu)的變化.從圖3可以看出,對(duì)照組的巨噬細(xì)胞結(jié)構(gòu)完整,呈圓形,周圍有吞噬體和線粒體.而暴露于5μg/mL單壁碳納米管組,巨噬細(xì)胞出現(xiàn)皺折,5μg/mL多壁碳納米管組細(xì)胞核變性、核基質(zhì)減少.當(dāng)劑量升高到20μg/mL時(shí),單壁碳納米管組巨噬細(xì)胞腫脹,并出現(xiàn)空泡和吞噬小體;多壁碳納米管組染色質(zhì)濃縮,出現(xiàn)月牙樣邊集,細(xì)胞漿中出現(xiàn)空泡,這些都是細(xì)胞凋亡的癥狀.因此在一定劑量下單壁和多壁碳納米管誘導(dǎo)了明顯的細(xì)胞凋亡.而且這不同于細(xì)胞壞死,它不會(huì)產(chǎn)生炎性反應(yīng),這不僅支持了Warheit等人的研究結(jié)果,同時(shí)也對(duì)其觀察到的現(xiàn)象作出了部分解釋.Lam等采用支氣管注入的方式對(duì)單壁碳納米管的毒性進(jìn)行了研究.發(fā)現(xiàn)注入0.1mg單壁碳納米管的小鼠無(wú)明顯的可診斷的毒性跡象.而劑量為0.5mg時(shí),一部分動(dòng)物死亡,另一部分出現(xiàn)明顯的肺部毒性,結(jié)果如圖4,5所示.Warheit等也采用支氣管注入(劑量為1mg/kg體重)法研究了單壁碳納米管對(duì)大鼠的肺部毒性,同Lam的發(fā)現(xiàn)一樣,Warheit也觀察到了多中心肉芽腫的生成,結(jié)果如圖6和7所示.但是Warheit等發(fā)現(xiàn)單壁碳納米管并未引起持續(xù)的肺部炎癥、細(xì)胞增殖及支氣管肺泡灌洗液內(nèi)乳酸脫氫酶活性的持續(xù)升高.這與由毒性粉塵引起肺部肉芽腫的毒性機(jī)制是不一樣的.圖4的肺部組織病理切片顯示吞噬了碳黑顆粒的巨噬細(xì)胞分散在肺泡間質(zhì)中,而吞噬了不同單壁碳納米管的巨噬細(xì)胞均移向肺泡的中心部位,通過(guò)肺泡膜在肺泡上皮組織產(chǎn)生了肉芽腫.這表明單壁碳納米管的毒性不是由所含金屬引起的,而是由單壁碳納米管本身造成的.和石英相比,等量的單壁碳納米管表現(xiàn)出更大的毒性.從圖5中可以看出純化的和夾雜有催化金屬的碳納米管顆粒(未經(jīng)純化)都會(huì)進(jìn)入肺泡,90d后這些顆粒仍不能被清除.灌注了碳黑顆粒的肺部組織只出現(xiàn)了輕微的炎癥,而單壁碳納米管卻引起了以肉芽腫為特征的肺部損傷.圖6和7分別為用支氣管注入的方式給大鼠灌注1mg/kg體重單壁碳納米管一周和一個(gè)月后的肺部組織病理切片.從圖6中看出肉芽腫在肺部組織中的分布是不均勻的,這可能是由于碳納米管在肺部的不均勻沉積造成的.從圖7中看出,多中心肉芽腫主要分布在碳納米管的周圍,將碳納米管隔離,這是非同尋常的反應(yīng).由單壁碳納米管引起的這種損傷可能是由于其獨(dú)特的物理化學(xué)特性使其在生物體內(nèi)和生態(tài)系統(tǒng)中長(zhǎng)期存在而引起的.因此,低劑量的單壁碳納米管在體內(nèi)的滯留性是其長(zhǎng)期暴露的關(guān)鍵問(wèn)題,然而要想徹底了解其毒性的機(jī)制,需要進(jìn)一步的研究.假設(shè)一只30g的小鼠每分鐘吸入30mL的空氣,可吸入的碳納米管顆粒假定有40%沉積在肺部,以每天8h的暴露時(shí)間來(lái)計(jì)算,在碳納米管顆粒濃度為5mg/m3(OccupationalSafetyandHealthAdministration,OSHA制定的8h允許暴露的石墨最高濃度)的空氣中暴露17d后,其肺部的濃度就可達(dá)到0.5mg,Lam證明在此劑量下碳納米管已經(jīng)產(chǎn)生了明顯的肺部損傷.盡管碳納米管僅僅是石墨層卷成的圓筒,但是由于幾何結(jié)構(gòu)不同,不能簡(jiǎn)單根據(jù)石墨的安全劑量來(lái)外推碳納米管的安全劑量,只有通過(guò)大量的研究獲得充足的毒理學(xué)研究數(shù)據(jù),才能得出納米材料對(duì)人類的安全劑量.2.3鐵粉顆粒的生物活性鐵在環(huán)境中廣泛存在,并且是大氣顆粒物中主要成分,因此在研究由大氣污染而帶來(lái)的健康損傷時(shí),鐵扮演了重要的角色.Zhou等研究了大鼠吸入濃度為57和90μg/m3的超細(xì)鐵粉顆粒物(72nm,3d)對(duì)健康的影響.結(jié)果發(fā)現(xiàn)吸入57μg/m3的鐵粉顆粒沒(méi)有引起大鼠明顯的生物學(xué)效應(yīng),而吸入90μg/m3的鐵粉顆粒引起了輕微的呼吸道反應(yīng),如鐵蛋白和肺泡灌洗液內(nèi)蛋白質(zhì)總量的明顯升高、乳酸脫氫酶(LDH)水平的輕微變化和細(xì)胞核因子(NF?B)與DNA結(jié)合能力的顯著升高.另有報(bào)道表明,呼吸道上皮細(xì)胞暴露于含鐵的大氣顆粒物后,細(xì)胞中鐵蛋白的表達(dá)量升高.鐵蛋白的升高可能是由于大鼠肺部沉積的鐵粉顆粒轉(zhuǎn)化成了生物活性的鐵.但在Zhou等的實(shí)驗(yàn)中鐵粉主要是以難溶的三氧化二鐵(Fe2O3)的形式存在于體內(nèi).因此實(shí)驗(yàn)中生物活性鐵的產(chǎn)生,很可能是由于沉積在肺部末端的納米鐵粉顆粒,容易遷移到細(xì)胞表面,從而通過(guò)細(xì)胞膜被細(xì)胞吸收成為生物活性的鐵.可以看出隨著暴露劑量的升高,超細(xì)鐵粉已經(jīng)表現(xiàn)出了輕微的毒副作用,然而實(shí)驗(yàn)中的濃度(90μg/m3)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于OSHA制定的可允許暴露的鐵粉最高濃度(15mg/m3),因此有必要對(duì)其生物效應(yīng)做進(jìn)一步的研究.上述實(shí)驗(yàn)主要以短期暴露為模型,為了更接近人類實(shí)際的暴露情況,將來(lái)可以采用低劑量長(zhǎng)期暴露的動(dòng)物模型,可能更全面反映納米鐵粉顆粒給人類帶來(lái)的健康影響.3工業(yè)納米顆粒的毒性研究最近,美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)和美國(guó)環(huán)保署資助的一個(gè)研究小組指出,對(duì)工業(yè)納米顆?；蚣{米材料進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)需要解決以下幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題:(1)研究工業(yè)納米顆粒物的毒理學(xué);(2)建立工業(yè)納米顆粒物的安全暴露評(píng)價(jià)體系;(3)研究使用現(xiàn)有的顆粒和纖維暴露毒理學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)外推工業(yè)納米顆粒物毒性的可能性;(4)工業(yè)納米顆粒在環(huán)境和生物鏈中的遷移過(guò)程(Transportation)、持續(xù)時(shí)間(Persistence)及形態(tài)轉(zhuǎn)化(Transformation);(5)工業(yè)納米顆粒在生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)中的再循環(huán)能力(Recyclability)和總的持續(xù)性(Overallsustainabil-ity).對(duì)工業(yè)納米粉體,如納米金屬粉、納米氧化物等進(jìn)行毒性研究時(shí),可以選取一些免疫細(xì)胞如巨噬細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、粒細(xì)胞等進(jìn)行體外研究;同時(shí)在體內(nèi)可以通過(guò)急性毒性實(shí)驗(yàn)獲得半致死量(LD50)和最大耐受劑量(MTD)等基本數(shù)據(jù),對(duì)其毒性進(jìn)行分級(jí),初步了解受試物的毒性強(qiáng)度、性質(zhì)和可能的靶器官,獲得劑量—反應(yīng)關(guān)系,為進(jìn)一步的毒性實(shí)驗(yàn)研究提供依據(jù).具體研究重點(diǎn)包括:(1)根據(jù)急性毒性實(shí)驗(yàn)獲得的基本數(shù)據(jù)對(duì)納米顆粒進(jìn)行吸入毒理學(xué)方面的研究,如肺組織病理變化,支氣管肺泡灌洗液(BAL)內(nèi)生化指標(biāo)變化和肺勻漿液中一些酶活性的變化;(2)研究納米顆粒在體內(nèi)的吸收、分布和排泄的生物轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程和代謝過(guò)程;(3)采用不同暴露途徑研究不同工業(yè)納米顆粒的一般毒性和特殊毒性;(4)研究混合納米顆粒及納米顆粒與大氣污染物混合的毒性;(5)從分子水平闡釋納米顆粒和納米材料的毒性機(jī)理.綜上所述,納米尺度材料已經(jīng)顯示出一些特殊的生物效應(yīng)以及對(duì)人體健康潛在的影響.目前也只是對(duì)眾多的納米材料中很少的幾種有所研究,且研究數(shù)據(jù)也很不全面.因此,對(duì)納米尺度物質(zhì)的生物效應(yīng),尤其是毒理學(xué)與安全性問(wèn)題,目前尚無(wú)法得到明確的結(jié)論.更重要的是,當(dāng)我們討論納米尺度物質(zhì)的生物效應(yīng)或毒性這個(gè)問(wèn)題時(shí),不能泛泛而言,必須明確材料的種類、形態(tài)、尺寸(粒徑)大小、以及劑量的多少等參數(shù).比如,即使同一種類的納米材料,