纳米TiO2生物效应的研究进展【文献综述】

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1、毕业论文文献综述生物技术纳米TiO2生物效应的研究进展摘要：介绍了纳米二氧化钛的结构、作用机制及其研究的主要方面。通过对国内外文献的大量阅读与整合，结果表明随着纳米二氧化钛的广泛应用，其引起的生物效应受到我们的关注，目前对纳米二氧化钛的研究作用机理还远远未被充分揭示，研究仅局限于少数生物。关键词：纳米TiO2作用机制生物效应前言纳米材料是指具有特殊性能的，并且其几何尺寸达到纳米级水平的材料。1纳米(nm)是10-9m。当前对纳米材料的定义是：粒径为1-100nm的纳米粉、纳米线，以及厚度为1-100nm的纳米薄膜，并且会产生纳米效应的

2、材料[1]。纳米材料由于其在传导性、反应性和光敏性上表现出与众不同的特性，使得纳米科学与信息科学和生物科学并列，成为21世纪的三大支柱学科，纳米技术的发展也被称为“工业革命”[2]。随着纳米技术的不断发展，纳米材料的种类越来越多，不同的纳米材料已广泛应用于不同的领域，如填料、光电子、酶、半导体、化妆品、催化剂、医学影像及药物载体等[3,4]。纳米TiO2是纳米材料中应用十分广泛的材料之一，在日用化妆品、涂料等方面具有广阔的应用前景，并且由于其光物理性质而应用于工业添加剂[5]。本文就常见的纳米二氧化钛的结构、特性及其应用进行了概述，并

3、对其作用特点及生物效应等几个方面进行了详细介绍。1纳米TiO2概述纳米二氧化钛是指特征维度尺寸在纳米数量级的二氧化钛颗粒，它具有比表面积大、磁性强、光吸收性好，热导性好、分散性好等性能，因而备受国内外研究者的关注。纳米TiO2有三种晶体结构，即锐钛矿、金红石及板钛矿，它们组成结构的基本单位是TiO6八面体[6]。之前一直认为二氧化钛是低毒粉尘，在许多粉尘的毒理学研究中，常常被用作无毒的对照。2002年美国食品与药品管理局(FDA)认可TiO2为安全物质，对人体并不会造成伤害。在日本，TiO2被厚生省法令指定作为食品添加剂之一。如今，纳

4、米TiO2已经在建筑、环保、化妆品、医学、多功能材料、抗菌剂等诸多方面均有重要用途。但是从今近几年的研究结果来看，即使是无毒或者低毒的材料，其纳米颗粒也可能会变得有毒。纳米二氧化钛毒理作用主要与粒子的尺度有关[7]。2纳米TiO2作用机制目前对纳米TiO2的生物毒性作用机制尚未完全了解，但其具有的光学催化特性、活性氧簇ROS的产生及体内氧化应激反应的增强可能是其最主要的致毒作用机制[8]。2.1自由基机制有关纳米材料的各种体内体外化学试验都表明其可以产生活性氧自由基，纳米TiO2在曝露于光、紫外线、过度金属等条件下均可以生成ROS[9

5、,10]。因为线粒体是自由基活化组织，因此可能改变ROS的产生，负载或干扰机体抗氧化防御机制。2.2分子机制纳米TiO2颗粒沉积在肺部后，可能破坏细胞膜或直接通过细胞膜进入细胞内部，并与细胞内的脂质、蛋白和核酸等生物大分子结合，从而改变生物大分子的相应功能。其衍生物能产生超氧自由基，这些自由基通过脂质破坏细胞膜，使细胞失去正常的功能。Moller等[11]研究了几种纳米颗粒对巨噬细胞骨架的影响，发现高质量浓度的纳米颗粒会使细胞骨架的正常功能丧失，表现为增加细胞的硬度，阻止细胞之间的物质转运，破坏巨噬细胞的吞噬能力，导致肺部慢性炎症，干

6、扰细胞增殖。2.3侵入机体细胞和组织的机制纳米TiO2进出细胞的方式主要有三种：一是胞饮作用，表现为存在于液体中被细胞所胞饮；二是胞吞作用，通常为有机体内的纳米颗粒；三是吞噬作用，从而进入细胞内部。对纳米TiO2研究结果表明，纳米材料尺寸效应对于其活性的影响是非常显著的，尺寸越小表面原子活性越高，与细胞接触的区域越多，就越有利于纳米颗粒的吸收和转运，更容易引起细胞膜结构的改变，纳米TiO2的效应也就越强。2.3.1呼吸道沉积侵入吸人纳米颗粒与空气分子发生碰撞时产生扩散是主要沉积机制，在正常呼吸情况下，纳米尺寸大小颗粒在肺沉积量基本呈现

7、U字形[12]。纳米颗粒在呼吸道沉积有2种途径侵入机体：一种是经呼吸道上皮细胞进入间质，到血或淋巴分布全身；另一种类似于神经病毒的侵入机制，是通过呼吸道上皮细胞中末端神经摄入，再通过轴索转移到神经节和中枢神经结构[13]。2.3.2表皮和消化道侵入纳米TiO2颗粒越小，侵入越多，150nm-500nmTiO2颗粒就可以通过完整表皮和消化道，进入血液和肝脏等器官。与呼吸道上皮细胞中末端神经一样，表皮中感觉神经末梢也可以摄入纳米颗粒[14]。3纳米TiO2的生物效应纳米TiO2由于其产量高，应用广泛，因而对其毒性的研究也比较多。今年来关于

8、纳米TiO2生物效应的研究主要有以下方面：3.1鼠类实验生物医学领域的感染性实验、药学实验、营养及代谢性疾病实验和肿瘤的研究实验等都需要用到鼠类，许多学者也是以老鼠为实验动物来研究纳米颗粒的生物效应。3.1.1TiO2纳