纳米毒理研究进展

随着纳米技术的迅速发展,人们对纳米材料安全性及其生物效应信息的需求不断增加。纳米毒理学,作为一门“关于纳米设备和纳米结构的相关生物效应及其问题的科学”已逐渐引起了人们的关注。纳米微粒的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应使其与宏观材料相比具有特殊的理化性质、生物活性和生物动力学过程,从而对人体产生各种潜在危害。本文就目前纳米毒理的研究进展作一综述。

Nano-QSAR： 纳米毒理学领域的新方法

随着纳米毒理学实验研究的不断深入,反映纳米材料生物毒性效应的数据也不断丰富,以这些数据为基础建立的定量结构活性关系(QSAR)模型开始发挥其在纳米材料潜在毒性研究和预测方面的作用。纳米材料的QSAR(Nano-QSAR)研究以经典QSAR模型为指导,结合纳米材料特殊的物理化学性质,提供了一种对纳米材料快速筛选和优先测试的新途径。本文就Nano-QSAR的前期研究现状,从纳米材料结构描述符、毒性效应数据和建模方法3个方面分析了模型的构建流程和框架;通过列举部分研究成果和主要的模型指标,初步探讨了建模方法的选择和结构描述符的识别;最后指出目前Nano-QSAR研究面临的挑战和今后努力的方向。

激光扫描共聚焦显微镜在纳米毒理学研究中的应用

随着激光扫描共聚焦显微镜技术的不断更新,功能不断拓展,已成为新兴学科纳米毒理学及其交叉学科科学研究的重要工具。激光扫描共聚焦显微镜能够动态检测纳米颗粒在活细胞内的定位及其与细胞骨架、细胞内离子、生物大分子的相互作用,有助于深入研究纳米颗粒对机体的毒理学效应及其机制。

斑马鱼模型在纳米毒理学中的研究应用与进展

斑马鱼(Danio rerio)具有体型小、易于饲养、繁殖率高、繁殖周期短、体外受精、胚胎透明易于观察等诸多优势,是纳米毒理学研究当中较为理想的模式生物。本文综述了纳米材料对斑马鱼的毒性作用,包括:消化系统毒性、生殖系统毒性、神经系统毒性和胚胎毒性;其毒性机制包括:氧化应激、细胞凋亡、影响基因表达、影响细胞周期,并分析了纳米材料对斑马鱼毒性的主要影响因素,包括:化学组成、浓度或剂量、粒径、形状、给药方式以及材料制备方法。为进一步进行纳米毒理学研究以及斑马鱼模型在纳米毒理学中的应用提供了参考依据。

斑马鱼在纳米毒理学研究中的应用概述

随着纳米科技的发展,纳米材料的应用愈加广泛,其环境排放量日益增大,因此环境中纳米材料的生态安全与健康风险越来越受到重视.在毒理学研究应用上,斑马鱼(Danio rerio)作为模式生物的优势十分明显,本文对此进行了总结.然而,如何利用不同生长阶段的斑马鱼对纳米材料进行毒理学研究还在探索之中,相关研究尚集中于毒性终点的描述,致毒机制的挖掘还不够深入,毒性评价还未成体系且缺乏规范.已有研究表明,纳米材料的物理化学特性(例如化学组成、尺寸、形状、表面性质和溶解特性)对斑马鱼毒性效应的影响显著,归纳分析了近十年来的相关研究成果.最后对斑马鱼的纳米毒理学最新研究进展进行归纳汇总,介绍目前这方面研究的难点与空白,并对斑马鱼纳米毒理学的未来研究进行展望.

T9纳米毒理学与新材料毒理学

T9.1纳米材料在生物体内的转运及组织清除特征丰伟悦(中国科学院高能物理研究所纳米生物效应与安全性科学院重点实验室,北京100190)摘要:深入了解纳米材料在生物体内的转运及体内清除特征是纳米材料安全性应用特别是生物医学应用的基础。纳米材料具有异质特征,既具有固体材料的性质又具有分子的流动性。我们通过实验证实纳米材料可以通过呼吸暴露、消化道吸收、皮肤暴露等方式进入血液循环并通过血液循环进入组织器官。

公共卫生学院开设“纳米毒理学”的必要性初探

纳米科技的飞速发展对人们的生活产生了重要的影响。纳米材料为人们生活提供便利的同时,也对人类的健康、生态和环境造成潜在的负面影响。由于公共卫生与预防医学专业处于保卫人类健康的重要位置,高校应当顺应社会发展需求在预防医学本科生教学内容中及时普及纳米毒理学专业知识。而目前国内绝大多数高校公共卫生与预防医学专业的本科生并没有接受纳米毒理学知识的系统教育。因此,亟须在教学中开展“纳米毒理学”课程,为未来纳米毒理学的研究奠定坚实基础,并为纳米毒理学的发展提供人才储备。

纳米毒理学与安全性中的纳米尺寸与纳米结构效应

纳米生物效应与安全性是纳米科学中既具有基础科学意义,又事关纳米科技应用前景的关键问题,是纳米技术可持续发展的核心.国际上普遍认为,纳米技术的未来发展取决于两大主要瓶颈能否取得突破:一是纳米尺度上的可控加工与大规模生产技术;二是纳米安全性知识体系与评价方法.针对后者,欧洲和美国都提出了"没有安全数据,就没有市场"("NoData,NoMarket")的方针.为了保障科技和市场的优先权,"科技要领先,产品要安全"已成为发达国家的国家战略.为此,在短短5年内已经形成纳米毒理学这个新兴学科,阐明在纳米尺度下物质的毒理学效应.本文重点分析纳米毒理学与纳米安全性中的纳米尺寸效应、纳米结构效应这两个重要的科学问题及其研究结果,同时简单讨论剂量-效应关系这个传统毒理学的中心法则在纳米毒理学中的变化情况,讨论未来的相应研究内容和方向,同时也帮助读者更为科学、理性地认识和理解物质在新的纳米尺度下所固有的生物学特性,包括毒理学特性.

碳纳米材料的同位素标记及其在纳米毒理分析研究中的应用

碳纳米材料因独特的物理化学性质,而成为纳米产品中使用最多的纳米材料之一.这些纳米材料不可避免地通过各种途径进入环境,其生物安全性研究是碳纳米科技健康发展亟待解决的关键科学问题.寻找和建立针对环境生物体系中碳纳米材料高灵敏、本征的定量检测方法,获得与环境生物体系相关的数据,是推动其环境纳米生物效应和安全性研究的关键.在纳米毒理学研究中,同位素标记分析方法是一种不可替代的定量分析方法,尤其对碳纳米材料,具有独特的优势.结合现代分析技术,可本征、快速、准确、高灵敏地对其纳米生物效应与毒理学进行研究.本文综述了典型碳纳米材料的放射性同位素和稳定性同位素标记技术和方法、检测方法及其在碳纳米材料结构形成、生物体内定量吸收、分布、转化和排泄等纳米生物效应与毒理学分析研究的相关应用,并展望了同位素标记技术在碳纳米材料的毒理学研究和环境健康效应研究中的应用.

纳米毒理学研究中的放射分析方法

随着纳米技术及其应用的迅速发展,纳米材料对生命体和生态环境的影响引起了社会公众、纳米产品生产厂家、科研工作者和各国政府的密切关注。纳米毒理学已成为纳米技术和毒理学的重要分支。纳米毒理学研究依赖于多种分析方法,用于纳米材料物理化学特性的表征及检测生命体中的纳米材料。放射分析方法由于其高灵敏度、高准确度、原位和体内分析能力,在纳米毒理学研究中能够发挥重要作用。本文综述了放射分析方法在纳米毒理学研究中应用的最新进展,重点介绍了针对不同纳米材料的放射性标记技术。

纳米技术发展的安全需求催生和加速了纳米毒理学成长

生命过程是由发生在纳米尺度上的一系列物理、化学、生物学的集成行为所形成。纳米材料与生命过程相互作用所产生的新现象、新问题，是伴随纳米科技的发展而出现的重要科学问题。随着纳米技术的蓬勃发展，纳米毒理学已逐渐成为毒理学的重要分支学科。美国、欧洲联盟成员国、日本等发达国家于2003年以后相继制订国家研究计划，资助纳米技术生物安全性研究。

加强我国的纳米毒理学研究

纳米科技、信息与生物科学构成21世纪科技发展的三大支柱,纳米科技作为国家的战略性前瞻发展领域,是世界科技发展前沿,带动新的工业革命,并将为人类社会带来新的发展机遇.目前,纳米科技已广泛应用到航空、航天、军事、医药、电子、食品、染料、建筑、化妆品、涂料、环保等众多领域,2015年所带动的经济产值预计可达3.1万亿美元.同时,纳米科技的发展也成为综合国力竞争的一部分,世界各国均投入巨资促进其发展.如美国2008年国家纳米技术计划（NNI）投入了14.4亿美元资助相关研究,欧盟第七框架计划（2007-2013年）投入50亿欧元优先发展纳米科技领域研究,我国在2006-2020年将纳米研究作为基础研究的四大重大科学研究计划之一,每年将投入4亿元人民币.

纳米毒理学

纳米毒理学（nanotoxicology）：毒理学在纳米材料研究中的应用。

纳米毒理学研究中材料性质的表征及意义

纳米材料的广泛应用使得越来越多的研究者开始关注纳米材料的毒理学效应，已有的研究表明纳米材料的毒理效应与其理化性质密切相关，因此，在开展毒理研究中有必要对纳米材料的重要性质参数进行合理表征。纳米毒理学研究中对研究材料进行的表征，包括生产供应的材料的表征，动物、细胞实验暴露前材料的表征，暴露于生物环境中材料的表征。

推进剂中纳米材料的毒理学研究进展

推进剂中的纳米材料主要是指利用纳米技术制造的具有纳米尺寸用于提高推进剂推进性能的材料,包括单一金属粉、复合金属粉、氧化物及稀土氧化物、碳纳米纤维与碳纳米管等,主要作为高能添加剂、燃烧催化剂、储能材料等。本文对推进剂中纳米材料的一般毒性、毒性靶器官、剂量-效应关系、国外航天领域对推进剂中纳米材料毒性的关注等方面进行了综述,对研究趋势和应对策略进行了展望,为更好地将纳米材料应用于推进剂领域及做好人员防护、环境治理提供参考。

工程纳米材料毒理学的研究现状与研究方法评价

工程纳米材料(Engineered nanomaterials,ENM)因独特的理化性质,使其在纳米药学和纳米医学领域具有良好的应用前景。同时,其独特的理化性质特性也可引起一些健康风险问题。目前关于ENM细胞摄取、跨生物屏障的转运、体内分布以及可能的毒性机制仍然知之甚少。本文系统综述了ENM的理化性质、表征、暴露方式、毒理评价以及安全性等关键问题,为纳米材料的毒理学研究和安全评价提供参考。

纳米材料生物效应研究进展

随着纳米技术的快速发展,纳米材料在医学成像、疾病诊断、药物传输、癌症治疗、基因治疗等领域的应用和基础研究也在飞速发展.同时,纳米材料的这些有益应用使得人体通过吸入、经口、皮肤吸收和静脉注射等不同方式受到暴露.当纳米材料与生物体系发生相互作用时,有可能产生负面生物学效应,而这些潜在的毒理效应都是未知的.综述了纳米材料在生物医学领域巨大的应用前景,关注其对心血管系统、呼吸系统及转运到其他器官可能造成的负面效应,并探讨了纳米颗粒在引起心血管疾病及肺部炎症方面的可能机理与作用途径.最后对纳米材料的安全性评估和研究重点进行了总结.

纳米二氧化硅对秀丽线虫的毒性作用研究

为探讨二氧化硅纳米颗粒(SiNP)的毒性作用。以微米SiO2和空白做对照,将尺寸为20和60nm的SiNP分别以0.2,1.0和5.0g·L-13个浓度对模式生物秀丽隐杆线虫进行染毒。通过第一代和第二代线虫体长、身体弯曲频率、头部摆动频率以及第一代线虫后代数目、世代时间等发育、运动和生殖的相关评价指标,对SiNP毒性作用进行综合评价。结果显示,与空白对照组和微米组比较,第一代和第二代线虫在5.0g·L-120和60nm SiO2剂量组均出现发育和运动等异常(p<0.01);暴露在60nmSiO2时,3个剂量组的秀丽隐杆线虫均出现生殖指标的异常(p<0.01),而20nm SiO2的各剂量组秀丽隐杆线虫的生殖指标均未出现有统计学意义的改变。在5g·L-1剂量组,20和60nmSiO2及微米SiO23组中两两比较差异有统计学意义(p<0.01)。结果说明,纳米尺寸和暴露浓度可影响纳米SiO2对秀丽隐杆线虫的运动、生殖和发育等多系统功能。此研究工作可为制定SiNP的接触限值标准提供参考。

纳米富勒烯(nC_(60))的生态毒性效应

随着纳米技术的飞速发展,纳米材料的应用日趋广泛。同时,纳米材料的大规模生产和应用对人体健康与生态环境可能产生的安全风险也引起了人们的普遍关注。富勒烯是应用最广泛的纳米材料之一,在水中能形成稳定的水溶性纳米颗粒,进而增大其在环境中的迁移性与生物暴露几率。然而目前对纳米富勒烯(nC60)的环境和毒性效应还知之甚少。本文综合评述了水溶性nC60纳米颗粒的制备、稳定机制、在环境中的迁移特性及其与环境中污染物的相互作用,并着重阐述了nC60可能产生的生物毒性效应。分析表明,nC60的生物毒性效应主要与nC60的表面化学特性和颗粒大小有关,同时环境介质也影响nC60的毒性。最后讨论了nC60生态环境效应研究中应加强的若干方面。