纳米金属材料的毒理学研究进展

光催化纳米材料的毒理学研究进展　李莉　科学技术　

（新乡职业技术学院，河南新乡４５３００７）　摘要：光催化纳米材料以其优异的光催化活性广泛应用于处理废水，废气，涂料，化妆品，食品添加剂等领域，超细颗粒不可避免地进入周围　环境和生命体，引发了一系列关于纳米毒理的研究。本文综述了几种常见的光催化纳米材料对生命体Ｃ活体和体外）和环境的毒理学研究，并对该领　域的研究方向进行了探讨和展望　关键词：光催化；毒理；纳米材料　纳米材料在医疗诊断，材料改性，环境污染物降解以及生物技术　等诸多领域广泛应用，随着对纳米材料深入研究，超细颗粒对环境造　成的潜在危害逐渐受到重视。纳米材料有小尺寸效应，大比表面积，　高表面界面效应，量子尺寸效应和量子隧道效应等，在处理环境污染　的时候表现出优良的特性，然而光催化纳米材料是否会给环境带来二　次污染以及和环境中其他毒性物质是否有共同作用；如何评估光催化　纳米材料的毒性，并对材料应用时对其毒性进行预测，是当前的研究　方向。　１光催化纳米材料的毒理学研究　１．１光催化纳米材料对环境的毒理学研究　光催化纳米材料能够通过多种途径进入环境造成环境污染［１］。　添加光催化纳米材料的化妆品经日常生活排入水体、用于处理废水的　光催化纳米材料的残留水体，有可能破坏水生生态系统原有的物质组　成和结构。Ｗｉｃｈｍａｎｎ等对德国城市Ｅｒｆｕｒｔ大气中的颗粒物进行了长达　ｌ０年（１９９１—２０００）的监测，研究了其粒径分布，发现城市大气中微米级　颗粒物浓度逐年下降，而超细颗粒物浓度逐年上升［２］。大气中的光　催化纳米材料，主要来源于工业排放的废气和交通污染．光催化纳米　材料由于其光催化活性和大比表面积，可以和大气中的有机污染物作　用，极易吸附大气中的有毒污染物（如多环芳烃等），被超细颗粒吸附　的有毒污染物可进一步对生物体产生毒性效应。光催化纳米材料可通　过多种途径进入土壤中，如土壤和水体的修复，纳米肥料的使用等。　但是检测土壤中纳米材料的环境存在难点：纳米材料在土壤中的存在　形态在很大程度上依赖于土壤的理化性质　ｌ＿２光催化纳米材料对生物体的毒理学研究　目前研究光催化纳米材料对生物体的毒理学研究主要集中在对各　种细胞，细菌，病毒等可以在体外培养的微生物。也有对植物和低等　动物的测试，数据仍然比较缺乏。　Ｌａｎｏｎｅ等人通过比较２４种人工纳米材料应用于细胞Ａ５４９和ＴＨＰ－Ｉ　的毒性，应用ＭＴＴ分析方法对ＴＨＰ－Ｉ细胞暴露２４ｈ来测试纳米材料细胞　毒性，实验表明Ｃｕ和ｚｎ为金属基体的纳米材料是最毒的，Ｔｉ，Ａ１，　ｃｅ，ｚｒ等为金属基体的纳米材料毒性适中，碳化钨则显示无毒性［３］。　Ｋａｒｉｎ等人做了大型蚤４８４，时急性毒性实验，和２ｌ天的大型蚤慢性暴露　繁殖研究。实验数据显示纳米的和非纳米的Ｔｉ０２，４８ｄ＇时急性毒性的　ＥＣ５０＞ｌＯＯｍｇ／Ｌ，而纳米和非纳米的ＺｎＯ，４８ｄ，时急性毒性的ＥＣ５０都接近　ｌｍｇ／Ｌ。实验表明急性毒性测试中毒性不依赖于粒子的尺寸，粒子包　覆，粒子团聚，媒介类型和前处理分散方式［４］　Ｌｏｖｅｒｎ等人发现经　Ｔ盯过滤处理的纳米Ｔｉ０２（１Ｏ￣２０ｎｍ）可导致大型蚤死亡，并呈剂量效应　关系，超声处理的纳米Ｔｉ０２（１Ｏ￣２０ｎｍ）对大型蚤的影响明显比经ＴＨＦ过　滤处理的小，未对大型涵产生明显毒性作用［５］。Ｊｏｈｎｓｔｏｎ等人报道了　鱼类在摄取了未改性的纳米材料氧化物后的一系列综合生物和物理化　学反应的研究。通过作用于鱼类其浓度影响关系，从水体到饮食来直　接测量ＺｎＯ、Ｃｅ０２、Ｔｉ０２的潜在环境毒性［６］。　２结语和展望　以光催化纳米材料和生物体与环境诸多方面的结合，来完善光催　化纳米材料的毒理学数据，我们可以开展以下相关研究：　（１）从光催化纳米材料的暴露方式来看，大多数研究都集中在大　剂量，急性毒性暴露，这些数据可以应用于突发事故的安全评估和一　些毒性初筛，对纳米材料含量低的纳米产品不适用，以后的研究应该　多集中于小剂量慢性暴露方面。　（２）从光催化纳米材料组成来看，应该把已经研究的多种单一材　料的毒性和一些联合毒性纳入构效模型，对实际应用的复合材料进行　深入的研究，并且对复合材料的内部结构和毒性表现进行分析。　（３）从光催化纳米材料的作用对象来看，数据主要在体外实验　（主要是细胞），而在体内试验（个体）和生物分子实验（分子）的　研究较少，应该强调活体研究，把这三种层次的实验方法有机的结合　起来，能从多方面多层次的分析毒理效应，也能得到一些更有力的毒　理机理分析。　（４）从光催化纳米材料的应用看，很多新型的纳米材料重在强　调它的光催化降解过程，在空气净化，水净化，土壤净化，光催化纳　米材料都以不同的作用形势和介质中的污染物催化反应，在具体应用　中，要考虑到环境和生命体的复杂性，对实际环境进行高效的模拟，　并考虑和环境以及生命体中的物质发生的联合反应。　（５）从光催化纳米材料的发展趋势看，目前研究较热的都是在开　发新型光催化体系，例如ＢｉＯＸ体系，异质结体系，目前对于这些新型　材料的毒理学研究还没有报道，但是由于其有良好的应用前景，如果　能够做到先研究毒理，在确保安全的情况下投入使用，也可以为发展　这些体系做一个指引。　（６）从光催化纳米材料的标准化来看，目前针对纳米材料毒理学　的研究，不同的研究组研究得出的结论会有所差别，甚至相互矛盾，　所以在对这些纳米材料进行评估时，应该建立一个纳米标准化实验　室，对已有的毒理学数据进行整理并验证，把现有的纳米毒理做到系　统化真实化。　综上所述，光催化纳米材料作为大力发展的一类纳米材料，在尽　其能时要尽可能的控制其毒性，还需要进行的大量的毒理学研究，这　是一个持续，发展的探索过程。　参考文献　【１】Ｔａｎｇ　Ｈ，Ｗａｎｇ　Ｄ，Ｇｅ　Ｘ．Ｅｎｖｉ　ｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｎａｎｏ—ｐ０１ｌｕｔａｎｔ　ｓ（ＥＮＰ）　ａｎｄ　８ｑｕａｔ　ｉ　ｃ　ｍｉ　ｃ　ｒｏ—ｉｎｔ　ｅｒ　ｒａｃｉ　ａ１　Ｐｒｏｃｅ　ｓ　ｓ　ｅ　ｓ［Ｊ】．Ｗａｔ　ｅ　ｒ　Ｓｃｉ　Ｔｅｃｈｎｏ１，２００４，５０（１　２）：１　０３—１　０９．　【２］Ｗｉｃｈｍａｎｎ　Ｈ　Ｅ，　Ｃｙｒｙｓ　Ｊ，　Ｓｔｏｌｚｅｌ　Ｍ，ｅｔ，ａ１．２００２．Ｓｏｕｒｃｅｓ　ａｎｄ　ｅＩｅｍｅｎｔａ１　ｃｏｍｐｏ　ｓｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｍ　ｂｉｅｎｔ　ｐａ　ｒｔｉｃ１ｅ　ｓ【Ａ】／　Ｗｉｃｈｍａｎｎ　Ｈ　Ｅ．　Ｓｃｈｌｉｐｋｔｔｅｒ　Ｈ　Ｗ．　Ｆｆｉｌｇｒａｆｆ　Ｇ．　Ｆｏｒｔ　ｓｃｈｒｉｔｔｅ　ｉｎ　ｄｅｒ　Ｕｍｗｅ１ｔｍｅｄｉｚｉｎ［Ｃ】．ｅｒｆｕｒｔ，Ｇｅｒｍａｎｙ：Ｅｃｏｍｅｄ．　【３】Ｌａｎｏｎｅ　Ｓ，Ｒｏｇｅ　ｒｉ　ｅｕｘ　Ｆ，ＧｅＹ　ｓ　Ｊ，ｅｔ，ａ１．Ｃｏｍｐａ　ｒａｔｉ　ｖｅ　ｔｏｘｉｃｉｔＹ　ｏｆ　２４　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄ　ｎａｎｏｐａｒｔｉｃＩｅｓ　ｉｎ　ｈｕｍａｎ　ａｌｖｅｏｌａｒ　ｅｐｉｔｈｅ１ｉａ１　ａｎｄ　ｍａｃｒｏｐｈａｇｅ　ｃｅ１１　１ｉｎｅｓ【Ｊ］．Ｐａｒｔｉｃ１ｅ　ａｎｄ　Ｆｉｂｒｅ　Ｔｏｘｉｃｏｌｏｇｙ，２００９，６（１４）：Ｉ－ｉ２，　［４１　Ｌｉｎ　Ｄｈ．Ｘｉｎｇ　Ｂｓ．Ｒｏｏｔ　Ｕｐｔａｋｅ　ａｎｄ　Ｐｈｙｔｏｔｏｘｉｃｉｔｙ　ｏｆ　ＺｎＯ　Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ【Ｊ】．Ｅｎｖｉ　ｒｏｎ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏ１．，２００８，４２（１５）：５５８０—　５　５　８　５．　【５】Ｌｏｖｅｒｎ　Ｓ　Ｂ，Ｋｌａｐｅｒ　Ｒ．Ｄａｐｈｎｉａ　ｍａｇｎａ　ｍｏｔｔａ１ｉｔｙ　ｗｈｅｎ　ｅｘｐｏｓｅｄ　ｔｏ　ｔｉｔａｎｉｕｍ　ｄｉｏｘｉｄｅ　ａｎｄ　ｆｕＩｌｅｒｅｎｅ（ｃ６Ｏ）ｎａｎｏｐａｒｔｉｃＩｅ　ｓ［Ｊ】．　Ｅｎｖｉ　ｒｏｎｍｅｎｔａ１　Ｔｏｘｉｃｏｌｏｇｙ＆Ｃｈｅｍｉ　ｓｔｒｙ，２００６，２　５（４）：１１　３２—１１　３７．　［６】Ｊｏｈｎｓｔｏｎ　ＢＤ，Ｓｃｏｗｎ　ＴＭ，Ｍｏｇｅｒ　Ｊ，ｅｔ，ａ１．Ｂｉｏａｖａｉ　ｌａｂｉ　１　ｉ　ｔｙ　ｏｆ　ＮａｎｏｓｃａＩｅ　ＭｅｔａＩ　Ｏｘｉｄｅｓ　Ｔｉ０２，Ｃｅ０２，ａｎｄ　ＺｎＯ　ｔｏ　Ｆｉ　ｓｈ［Ｊ】．Ｅｎｖｉ　ｒｏｎ　ＳｃｉＴｅｃｈｎｏｌ，２０１　０，４４（３）：ｉ１４４－１１　５１．　

１７２　广东化工　

ｗｗｗ．ｇｄｃｈｅｍ．ｃｏｍ　２０１０年第５期　

第３７卷总第２０５期　

终致产生显著毒性效应。另外，通过食物链逐级高位富集，也　

可导致高级生物的毒性效应。　

（３）多种污染物的组合复合性。环境中永远是多种化合物　

以各种形态同时存在，相互拮抗或协同，成为复合污染体系，　

难以分辨和控制。　（４）扩散和迁移的传播广阔性。小分子化合物的扩散属于　

分子扩散，纳米级物质则可由布朗运动及介质涡流促成扩散，　特别是当它们吸附在颗粒物表面上或由生命体携带，可以实现　

远距离的输送传播，在广阔的空间范围内产生污染效应。　３纳米材料的进入环境的途径及其环境风　切　

３。１纳米材料的进入环境的途径　

纳米材料可以通过多种途径进入环境而成为纳米污染物。　

总的来说，在研究、生产、运输、使用及废物处理等过程中的　

直接、间接是释放纳米材料进入环境的主要途径，但目前还不　

清楚这些过程的释放程度。其具体途径大体包括：　

（１）随着近年来纳米材料研究的广泛兴起以及生产纳米材　

料的工厂在世界范围内的迅速增加，工厂和实验室的废物排放　是当前纳米材料进入环境的重要途径。　

（２）与人们生活密切相关的纳米产品的使用。如个人防护　

品（化妆品、遮光剂）、纳米运动器材以及纳米纤维等都可以通　过在使用与处理等过程被释放到环境。纳米药物或基因载体系　

统，虽然它并不直接用于环境，但是可以通过废弃物排放而污　

染土壤和水体　

（３）纳米材料的环境直接释放。如纳米监测系统（如传感　

器）、污染物控制和清除系统以及对土壤和水体的脱盐处理等。　

目前己经有多种纳米材料用于环境治理，当处理不当很可能造　

成环境二次污染。至于纳米材料的这种应用是否会对生态环境　造成小利影响及影响的程度如何，还有待研究。　３．２纳米材料的环境风险　

３．２．１纳米材料对植物的影响　Ｙａｎｇ等研究铝纳米颗粒的植物毒性。研究者用根延长试　

验发现未包被的铝纳米颗粒可以抑制玉米，黄瓜、甘蓝等种植　

第９卷第３期　

２０１３年３月　中国安全生产科学技术　

Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓａｆｅｔｙ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｖｏ１．９　Ｎｏ．３　Ｍａｒ．２０１３　

文章编号：１６７３—１９３Ｘ（２０１３　Ｊ一０３—００３４—０６　

人工纳米材料对心血管系统损伤的研究进展　

王煜倩　，唐仕川１，２，宋玉果　，沈臻霖　，张　杰　，张　斌　

（１．北京市劳动保护科学研究所，北京１０００５４；２．职业安全健康北京市重点实验室，北京１０００５４；　３．首都医科大学附属北京朝阳医院职业病与中毒科，北京１０００２０）　

摘要：纳米材料规模化生产和纳米产品的普及，增加了纳米材料的研究者、生产者、消费者职业　接触和环境暴露的机会。大量的毒理学研究显示，纳米颗粒对呼吸系统、神经系统、泌尿生殖系统　

以及心脑血管系统等均有损伤风险。综述了国内外对纳米颗粒心血管损伤的研究进展，分别总结　了纳米碳基物、纳米金属和纳米氧化物等常见纳米材料对心血管损伤的毒理学研究，分析了纳米　颗粒对心血管损伤的可能机制，提出进一步开展纳米颗粒对心血管损伤的流行病学调查的建议。　关键词：纳米材料；毒理学；心血管损伤　

中图分类号：ｘ９６５　文献标志码：Ａ　ｄｏｉ：１０．１１７３１／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３—１９３ｘ．２０１３．０３．０６　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｏｆ　ｃａｒｄｉｏｖａｓｃｕｌａｒ　ｓｙｓｔｅｍ　ｄａｍａｇｅ　ｂｙ　ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ　ｎａｎｏｍａｔｅｒｉａｌｓ　

ＷＡＮＧ　Ｙｕ．ｑｉａｎ　＇　，ＴＡＮＧ　Ｓｈｉ．ｃｈｕａｎ　’　，ＳＯＮＧ　Ｙｕ—ｇｕｏ。，ＳＨＥＮ　Ｚｈｅｎ．１ｉｎ　＇　，ＺＨＡＮＧ　Ｊｉｅ　ＺＨＡＮＧ　Ｂｉｎ　

（１．Ｂｅｉｊｉｎｇ　Ｍｕｎｉｃｉｐａｌ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｌａｂｏｕｒ　Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００５４，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｂｅｉｊｉｎｇ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｏｃｃｕｐａｔｉｏｎａｌ　Ｈｅａｌｔｈ　ａｎｄ　Ｓａｆｅｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００５４，Ｃｈｉｎａ；　３．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｏｃｃｕｐａｔｉｏｎａｌ　Ｍｅｄｉｃｉｎｅ　ａｎｄ　Ｃｌｉｎｉｃａｌ　Ｔｏｘｉｃｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　Ｃｈａｏｙａｎｇ　Ｈｏｓｐｉｔａｌ，Ｃａｐｉｔａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｍｅｄｉｃａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００２０，Ｃｈｉｎａ）　

第４１卷第３期　南开大学学报（自然科学版）　２００８年６月　Ａｃｔａ　Ｓｃｉｅｎｔｉａｒｕｍ　Ｎａｔｕｒａｌｉｕｍ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔａｔｉｓ　Ｎａｎｋａｉｅｎｓｉｓ　Ｖｏ１．４１　Ｎ＿Ｏ３　Ｊｕｎ．２００８　

纳米毒理学研究　

文章编号：０４６５—７９４２（２００８）０３—０００１—０４　

纳米铁材料对小鼠肺灌洗液中白细胞和羟脯氨酸的影响　

丁　峰　，　宋文华　，　白　茹。，　刘　艳。，　张文佳。，　张金洋　，　高敏苓　

（１．天津工业大学环境工程系，天津３００１６０；２．上海交通大学环境科学与工程学院，上海２００２４０；　

３．天津理工大学环境科学与安全工程学院，天津３００１９１）　

摘要：小鼠采用非暴露式气管内注人法注入不同浓度纳米铁颗粒物悬液，在第１０　ｄ处死小鼠，并进行肺泡　

灌洗，测定肺泡灌洗液（ＢＡＬＦ）中各项指标、肺脏器系数．纳米铁１０　ｍｇ・ｋｇ　ｂｗ　组肺脏器系数、白细胞数目和　羟脯氨酸含量均高于对照组和纳米铁１　ｍｇ・ｋｇ　ｂｗ－１组，差异显著（Ｐ＜Ｏ．Ｏｌ或Ｐ＜Ｏ．０５），在本实验条件下，　

纳米铁对小鼠肺造成急性损伤作用，对生物体健康构成潜在威胁，为研究纳米铁对人体及环境的潜在影响奠定　实验基础．　

关键词：纳米铁；环境与健康效应；肺损伤　中图分类号：Ｒ９９４．６　文献标识码：Ａ　

０　引　言　

纳米金属材料是指材料的几何尺寸达到纳米级（１～１００　Ｄ＿ｍ），并且具有特殊性能的金属材料，主要包　

括纳米金属微粒、纳米金属结构材料（纳米金属薄膜材料、纳米金属块状材料等）．纳米金属铁材料在高磁　

性记录密度材料、磁性液体材料、催化剂材料（如催化触媒）、电导体及电磁波吸收材料、生物医学载体、耐　

腐蚀涂料和处理废水等科学领域应用日益广泛，这是由于与常规粒度的铁材料相比，纳米铁材料具有不同　

的理化性质，预示其生物学活性或毒性规律与一般铁材料可能有所差异［１　］．因而有必要对其健康效应和　

环境效应进行研究，建立其安全性研究体系，以评价其环境和健康风险．本实验采用纳米铁颗粒对小鼠肺