送交者: BOQ 于 2005-7-25, 12:56:12:
(ref. 7&19 submitted)
纳米材料生物效应及其毒理学研究进展
汪冰 丰伟悦 赵宇亮 邢更妹 柴之芳 王海芳 贾光
摘 要:纳米科学与信息科学和生命科学并列, 已经成为21世纪的三大支柱科学领域. 由于纳米材料独特的物理化学性质, 纳米尺度及纳米结构的材料乃至器件, 已逐渐走出实验室, 进入人们的生活. 这些具有独特物理化学性质的纳米材料, 对人体健康以及环境将带来的潜在影响,目前已经引起科学界, 乃至政府部门的广泛关注. 文中分析综述了几种纳米材料(纳米TiO2、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管及超细铁粉)目前已取得的部分生物效应及毒理学的研究结果, 包括纳米材料在生物体内的分布、作用的靶器官、纳米材料引起的细胞毒性、细胞凋亡等. 文中还评价了纳米颗粒的生物毒性. 纳米颗粒的尺寸越小, 显示出生物毒性的倾向越大; 尽管碳纳米管是由石墨层卷成的圆筒, 但是根据石墨的安全剂量来外推碳纳米管的安全剂量是不可行的, 碳纳米管的生物毒性远大于石墨粉; 表观分子量高达60万的水溶性纳米碳管, 在小鼠体内却显示出小分子的生理行为; 一种正在研究的磁性纳米颗粒在动物体内显示出迅速团聚、堵塞血管等现象. 纳米材料在生物体内呈现出的这些生理现象, 仅利用现有的知识尚无法解释. 最后还介绍了纳米物质生物效应(包括毒理学, 安全性)研究的部分实验方法; 展望了该新领域今后的发展方向和亟待研究的重要问题.
关键词:纳米材料 生物效应 毒理
基金项目:国家自然科学基金重大项目(批准号: 10490180)、科技部973预研项目(2001CCA03800)、中国科学院知识创新重大项目(KJCX2-N10)和国家纳米中心以及中国科学院高能物理研究所的支持项目
作者单位:汪冰(中国科学院高能物理研究所纳米材料生物效应实验室,北京,100049)
丰伟悦(中国科学院高能物理研究所纳米材料生物效应实验室,北京,100049)
赵宇亮(中国科学院高能物理研究所纳米材料生物效应实验室,北京,100049)
邢更妹(中国科学院高能物理研究所纳米材料生物效应实验室,北京,100049)
柴之芳(中国科学院高能物理研究所纳米材料生物效应实验室,北京,100049)
王海芳(北京大学化学与分子工程学院化学生物学系,北京,100871)
贾光(北京大学公共卫生学院,北京,100083)
参考文献:
[1]Service R F. Nanomaterials show signs of toxicity. Science, 2003, 300 (11): 243
[2]Brumfiel G. A little knowledge. Nature, 2003, 424(17): 246
[3]Zhang Wei-xian. Environmental technologies at the nanoscale. Environ Sci Technol, 2003, 37(5): 103~108
[4]Kelly K L. Nanotechnology grows up. Science, 2004, 304: 1732~1734
[5]Dowling A, Clift R, Grobert N, et al. Nanoscience and nanotechnologies: Opportunities and uncertainties. London: The Royal Society & The Royal Academy of Engineering Report, Jul 2004
[6]Wang Hai-fang, Liu Yuan-fang, Zhao Yu-liang, et al. Preparation and biodistribution of 125I-labeled water-soluble single-wall carbon nanotubes. J Nanosci Nanotech, 2004, 4(8): 1~8
[7]Xing Geng-mei, Zhao Yu-liang, Lei Hao, et al. Biologically accelerated chemical aggregation of magnetic nanoparticles in blood vessel of mice. JACS, submitted
[8]Lam C W, James J T, McCluskey R, et al. Pulmonary toxicity of single-wall carbon nanotubes in mice 7 and 90 days after intratracheal instillation. Toxicol Sci, 2004, 77(1): 126~34
[9]Oberd(o)rster G, Finkelstein J N, Johnston C. Acute pulmonary effects of ultrafine particles in rats and mice. Res Rep Health Eff Inst, 2000, 96: 5~74
[10]Afaq F, Abidi P, Matin R, et al. Cytotoxicity, pro-oxidant effects and antioxidant depletion in rat lung alveolar macrophages exposed to ultrafine titanium dioxide. J Appl Toxicol, 1998, 18: 307~312
[11]Oberd(o)rster G, Ferin J, Gelein R, et al. Role of the alveolar macrophage in lung injury: studies with ultrafine particles. Environ Health Perspect, 1992, 97: 193~199
[12]Oberd(o)rster G, Ferin J, Lehnert B E. Correlation between particle size, in vivo particle persistence and lung injury. Environ Health Perspect, 1994, 102 (Suppl. 5): 173~179
[13]Zhang Q, Kusaka Y, Sato K, et al. Differences in the extent of inflam-mation caused by intraracheal exsposure to 3 ultrafine metals: Role of free radical. J Toxicol Environ Health A, 1998, 53(6): 423~438
[14]Osier M, Oberd(o)rster G. Intratracheal inhalation vs intratracheal instillation: differences in particle effects. Fundam Appl Toxicol, 1997, 40(2): 220~227
[15]Rahman Q, Lohani M, Dopp E, et al. Evidence that ultrafine titanium dioxide induces micronuclei and apoptosis in syrian hamster embryo fibroblasts. Environ Health Perspect, 2002, 110: 797~800
[16]Renwick L C, Donaldson K, Clouter A. Impairment of alveolar macrophage phagocytosis by ultrafine particles. Toxicol Appl Pharmacol, 2001, 172: 119~127
[17]Wang Hai-Fang, Liu Yuan-fang, Zhao yu-ling, et al. XPS study of C-I covalent bond on single-walled carbon nanotubes (SWNTs). Acta Phys-Chim Sinica, 2004, 20(7): 673~675
[18]Jia Guang, Wang Hai-fang, Zhao Yu-liang, et al. Biological activities of carbon nanomaterials: Single wall nanotubes, multi wall nanotubes and fullerene. Environ Sci Technol, 2005, to be published on March 1. 2005
[19]Jia Guang, Wang Hai-fang, Zhao Yu-liang, et al. Nanosize effects on the cytotoxicity of carbon nanomaterials, Toxicological Sciences, submitted
[20]Warheit D B, Laurence B R, Reed K L, et al. Comparative pulmonary toxicity assesment of single wall carbon nanotubes in rats. Toxicol Sci, 2004, 77(1): 117~25
[21]Zhou Ya-mei, Zhong Cai-yun, Kennedy I M, et al. Pulmonary responses of acute exposure to ultrafine iron particles in healthy adult rats. Environ Toxicol, 2003, 18: 227~235
[22]Brown L M, Collings N, Harrison R M, et al. Ultrafine particles in the atmosphere: introduction. Philos Trans R Soc Lond A, 2000, 358: 2563~2565
[23]Dreher K L. Health and environmental impact of nanotechnology: toxicological assessment of manufactured nanoparticles. Toxicol Sci, 2004, 77: 3~5
[24]Sayes C M, John D F, Guo W, et al. Differential cytotoxicity of water-soluble fullerenes. Nano Lett, 2004, 4(10): 1881
收稿日期:2004年8月13日
修稿日期:2004年12月16日
出版日期:2005年2月1日
http://www.wanfangdata.com.cn/qikan/periodical.Articles/zgkx-cb/zgkx2005/0501/050101.htm