1、毕业论文文献综述生物技术纳米ZNO生物效应的研究进展摘要随着纳米技术的迅猛发展，纳米材料越来越广泛地应用于社会科技生活的各个领域，在给人们生活带来便利的同时，纳米毒性也日益受到越来越广泛的关注。然而目前纳米毒性关注的焦点多集中在碳纳米管等早先发现的纳米材料上，却对纳米ZNO这一取得方便、制备容易、应用广泛、的纳米材料关注不足。本文从细胞水平和在体水平综述了纳米ZNO毒性研究进展，阐述了纳米ZNO对人体及其它生物潜在的生物效应，并提出对纳米ZNO进行安全性评估的必要性。关键词纳米技术；纳米材料；纳米ZNO；生物效应1概述纳米材料是指几何尺寸达到纳米级水平且具有特殊性能的材料。当物质小到1100N
2、M109107M时，由于量子效应、局域性及巨大的表面与界面效应，使物质的一些性质、性能发生了质变，原子、分子水平上制造的纳米材料和器件在化学、材料、生物、医学等领域有着广泛的应用，引发了一场“新的工业革命”1。随着纳米材料的广泛运用潜在的负面影响也已引起人们的广泛关注。20032004年，SCIENCE等先后发表文章讨论纳米材料与生物环境相互作用可能产生的生物效应问题2。美国化学会以及欧洲许多学术杂志也纷纷对纳米生物环境效应问题进行调研。该报告建议英国政府成立专门研究纳米生物环境效应与安全性的研究中心3。2004年，欧共体在布鲁塞尔公布了“欧洲纳米战略”，把研究纳米生物环境健康效应问题列在欧洲
3、纳米发展战略的第三位。同时，欧洲宣布启动“NANOSAFETINTEGRAIRNGPROJECTS”计划，全面开展纳米生物效应与安全性的研究2。2001年，中国科学院高能物理研究所提出“开展纳米生物效应、毒性与安全性研究”3，2004年对原有的纳米生物、稀土金属与重金属毒理和有机卤素的生物效应与毒理学研究组进行整合，成立了“纳米生物效应实验室”，与国内外有关研究组织合作，系统开展纳米物质生物效应的研究，已获得了一批研究成果3。目前，国内研究重点是纳米物质整体生物学效应以及对生理功能的影响、纳米物质的细胞生物学效应及其机制以及大气纳米颗粒对人体作用和影响等领域的研究。2纳米氧化锌简介纳米氧化锌是
4、粒径介于1100NM的微粒。由于颗粒尺寸的细微化，比表面积急剧增加，使得纳米氧化锌产生了其传统氧化锌块体材料所不具有的表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应，因而纳米氧化锌在磁、光、电、热、敏感等方面有一般氧化锌产品无法比拟的特殊性能，具有一系列优异的物理、化学性能，在精细陶瓷、紫外线屏蔽、压电材料、光电材料、高效催化材料、磁性材料等方面具有广阔的应用开发前景45。纳米ZNO已广泛应用于各个领域，有可能通过不同的途径进入人体，如在生产和使用过程中直接进人人体，通过食物链、环境进入人体6。3纳米氧化锌的生物效应31纳米氧化锌对肺组织的伤害作用临床实验研究发现7100NM的粉粒在人体呼吸系统内有很
5、高的沉积率；粉粒越小、越难以被巨噬细胞清除，而容易向肺组织以外的组织器官转运，超细粉粒可穿过血脑屏障7。王琳等8研究了纳米氧化锌对体外培养的人肺腺癌细胞A549的生物学效应使用0MMOLL、01MMOLL、05MMOLL、1MMOLL、5MMOLL、L0MMOLL的纳米ZNO处理体外培养的人肺腺癌A549细胞，细胞实验结果表明，纳米ZNO颗粒对A549细胞的生长活性具有明显的抑制作用，存在剂量效应关系纳米氧化锌诱导人肺腺癌A549细胞产生活性氧，引发细胞凋亡，并产生细胞毒性。袁金华等9在研究化妆品添加剂氧化锌纳米粒子对正常人胚肺成纤维细胞HELF的生物毒性的试验中发现在测试的25150MG/L
6、浓度范围内，氧化锌纳米粒子对HELF细胞均有抑制作用，细胞毒性呈明显的剂量依赖效应关系。浓度在20MG/L以上时，氧化锌纳米粒子可致使细胞生存率低于10。荧光显微镜可见典型的细胞凋亡改变。扫描电子显微镜观察到HELF细胞表面与高浓度纳米粒子作用后产生的纳米级孔。纳米氧化锌粒子由于小尺寸效应和ZN2自身毒性的协同作用，高浓度时抑制细胞结活性，致使细胞死亡。32纳米氧化锌对其他器官的影响纳米能损伤心脏、肝脏和肾脏。郭利利等10在研究纳米ZNO对雄性小鼠的体内作用及对生殖系统的影响时发现纳米ZNO对小鼠的肝、肾和心功能有影响，并影响活精子率和精子畸形率；在500MGKG纳米ZNO对小鼠的肝、肾和心功
7、能有明显影响，影响小鼠精子数量和质量，诱导睾丸生精细胞的凋亡。吴诚等11测定纳米氧化锌对小白鼠的急性毒力高剂量纳米氧化锌可对小鼠的肾脏、小肠、肺脏和肝脏等组织器官造成广泛性损伤，并引起严重的瘀血、出血、细胞变性坏死、大量细胞核固缩碎裂等病理变化。有文献报道与纳米SIO、TIO等材料相比，纳米ZNO具有很强的细胞毒性12。33纳米锌在动物体内的转移纳米材料由于其微小的粒径和独特的性质，具有比其他材料和大颗粒物质更大的在生物体内迁移的可能性13。OBERDRSTER14等人首次证实，纳米颗粒能从肺组织绕过血脑屏障向脑组织迁移。其他学者则发现，沉积在肺组织的纳米颗粒会有极小部分转移到血液或其他器官中
8、。34皮肤对纳米锌的吸收皮肤对MNMS的吸收主要来自化妆品、防晒剂的使用，也包括某些药物治疗15。防晒剂含有TIO2和ZNO纳米颗粒，粒径范围在20100NM问，被吸入皮肤后产生氢氧自由基的风险上升，并可能导致氧化伤害和DNA损伤16。这一结论目前仍有争议。35对水生生物的毒性研究纳米ZNO具有水生急性毒性。朱小山等17在三种金属氧化物纳米颗粒的水生态毒性的结果显示NZNO、NTIO2，和NAL2O3水悬浮液均能抑制斜生栅藻的生长，抑制大型蚤的活动，并导致大型蚤死亡。NZNO的毒性相对最大，对藻类有毒，对大型蚤为剧毒。刘红云等18纳米ZNO对斑马鱼胚胎孵化抑制作用明显，毒性较大，且其毒性与浓度
9、之间存在一定的剂量一效应关系；在低浓度时，纳米ZNO抑制胚胎孵化的效应较等浓度ZN2强，说明纳米ZNO特殊理化性质发挥了一定作用。李小云等19实验纳米ZNO可以在鱼体内富集。颗粒态锌在鱼鳃和鱼肉中的积累，颗粒态锌在鱼鳃和鱼肉的积累都随锌浓度的升高而升高，颗粒态鱼鳃积累尤其大于鱼肉，其他形式进入鳃组织，再转移到血液的浓度梯度驱动的被动扩散过程。4纳米材料生物效应可能的作用机制纳米颗粒对生物系统的影响是巨大的也是全方位的，可以进入机体中枢神经系统和心脏等重要组织20，已有文章综述了纳米颗粒对人类健康的影响包括进入人体的途径、主要的作用器官以及引发的健康问题。国内外许多研究组的研究都表明纳米粒子的尺
10、寸不同所产生的生物效应也不同21。锌颗粒5816NM和108025NM对小鼠的急性毒性研究表明1次性经口染毒5GKG体重时，纳米锌组对小鼠的肝、肾、心功能有损伤，并有胃肠道反应如无力、腹泻、呕吐等，1周内纳米锌组小鼠死亡率为10；微米锌虽然也出现了某些异常表现，但比相同剂量的纳米锌颗粒引起的异常反应症状少、程度轻且无死亡22。根据目前的研究23，超细材料导致肺组织炎症的细胞及分子学机制的假设为颗粒对细胞产氧化胁迫，导致脂质过氧化产物如4HYDMXYNONENAL的生成和氧化型谷胱甘肽GSSG的产生。细胞内氧化还原平衡遭到破坏，从而导致致炎作用。而且，氧化胁迫或者直接与颗粒的相互作用都能刺激细胞
11、溶质CA2浓度的上升，这也会导致发生炎症及抗氧化产物如GSSG等含量上升。另外，MNMS导致肺组织伤害的免疫学机制可能和巨噬细胞有关24。如SWCNTS和CB都被肺泡巨噬细胞吸收，但是它们在肺组织中的趋归和反应却不同25。装满CB的巨噬细胞散布在肺泡空间中，而装满SWCNTS的巨噬细胞却快速移动到肺小叶中央位置，在那里进入肺泡隔膜并聚集，从而导致上皮状肉芽瘤的生成。5展望到目前为止尚未出现纳米ZNO对环境或人体安全性产生污染或致命的毒效应的报导，但纳米ZNO的生物安全性问题已引起各个领域专家学者的广泛讨论和研究。宏观物质的安全性评价已不适用于评估纳米ZNO，在完善纳米ZNO毒性和化学特征数据的
12、基础上建立纳米ZNO安全性评估体系是非常有必要的。纳米ZNO颗粒的亲疏水性、表面电荷和粒径、纳米颗粒表面修饰等都会改变其与生物体的相互作用，改变这些因素就可以调控纳米ZNO的生物毒理学行为，甚至可以消除纳米ZNO的毒性。只有通过大量的研究，获得充足的毒理学数据，才能正确评价其毒性。参考文献1刘扬,高愈希,吴刚,等典型纳米材料生物效应及其毒理学研究的进展J中华预防医学杂志2007,21301332骆蓉芳,倪士峰,刘惠纳米材料的生物效应研究进展J北药学杂志,2010,272743韦东远,鲍志敏,董晓玲关于世界纳米材料生物效应与安全性研究的思考J中国科技论坛，2007,71121164沈毅,沈上越,
13、李珍纳纳米氧化锌的制备及应用J材料导报，2004,101371395贾漫珂,王俊,郑思静,等纳米氧化锌的制备新方法J武汉大学学报，2002,44204256陈海群,汪冰,王凯全纳米材料对生物体的毒性研究J中国安全科学学报,2010,11061117赵宇亮,白春礼纳米安全性纳米材料的生物效应M北京科学出版社，20051371428王琳,王莉娟,张芳,等纳米氧化锌对人肺腺癌细胞A549的毒性J中国科学院研究生院学报,2009,184899袁金华,李光,陈慧珍,等纳米氧化锌对人胚肺成纤维细胞的生物毒性J中山大学学报,2009,317017810郭利利,刘晓慧,秦定霞,等纳米ZNO对雄性小鼠的体内作用
14、及对生殖系统的影响J医学研究生学报,2010,435736411吴诚,文利新,袁慧,等纳米氧化锌对小鼠的毒性试验J粮食与饲料工业,2008,5383912SOTOKF,CARRASCOA,POWELLTG,ETA1COMPARATIVEINVITROCYTOTOXICITYASSESSMENTOFSOMEMANUFACTUREDNANOPARTICULATEMATERIALSCHARACTERIZEDBYTRANSMISSIONELECTRONMICROSCOPYJNANOPARTICLERES,2005,714516913朱小山,朱琳人工纳米材料生物效应研究进展J安全与环境学报,2005,8
15、8690140BERDORSTERG,SHARPZ,ATUDOREIV,ETA1TRANSLOCATIONOFINHALEDULTRATFINEPARTICLESTOTHEBRAINJINHALATIONTOXICOLOGY,2004,643744615VICKI,COLVINTHEPOTENTIALENVIRONMENTALIMPACTOFENGINEEREDNANOMATERIALSJNATUREBIOTECHNOLOGY,2003,101166117016厚瑞萍,刘荚超,邓春晖,等金属氧化物在磷酸化蛋白质组学研究中的应用J生物技术,2009,6,48548817朱小山,朱琳,田胜艳,等三
16、种金属氧化物纳米颗粒的水生态毒性J生态学报,2008,83507351618刘红云，白伟，张智勇，等纳米氧化物对斑马鱼胚胎孵化率的影响J中国环境科学,2009,1535719李小云，王丽萍重金属锌在鱼鳃和鱼肉中的积累J光谱实验室,2009326526820王天成，汪冰，丰伟悦,等纳米锌粉对小鼠血常规和凝血指标的影响J中国工业医学杂志,20061026727421孙勇,李华佳,辛志宏,等纳米食品的活性与安全性研究食品科学,2006,993693922WANGB,FENGWY,WANGTC,ETA1ACUTETOXICITYOFNANOANDMICROSCALEZINEPOWDERINHEALTH
17、YADULTMICETOXICOLLETT20061L1512323DONALDSONK,STONEVCURRENTHYPOTHESESONTHEMECHNAISMSOFTOXICITYOFUHRAFINEPARTICLESJANNISTSUPERSANIT,2003,340541024朱小山,朱琳人工纳米材料生物效应研究进展J安全与环境学报,2005,8869025CHIUWINGLAIN,JAMESJT,RICHARDMCCLUSKEY,ETA1PULMONARYTOXICITYOFSINGLEWALLCARBONNANOTUBESINMICE7AND90DAYSAFTERJNTRATRACHEALINSTILLATIONLJTOXICOLOGICALSCIENCES,2004,1126134
