納米二氧化硅自身特性對(duì)其安全性評(píng)價(jià)的影響

潘濤，張芳，高興春

1西安醫(yī)學(xué)院公共衛(wèi)生系；2第四軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院呼吸科；3西安醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)部

納米二氧化硅自身特性對(duì)其安全性評(píng)價(jià)的影響

潘濤1，張芳2，高興春3

1西安醫(yī)學(xué)院公共衛(wèi)生系；2第四軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院呼吸科；3西安醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)部

由同樣元素組成的納米二氧化硅，自身特性不同，相應(yīng)的生物學(xué)效應(yīng)和毒性也會(huì)不同，在納米二氧化硅的安全性評(píng)價(jià)過(guò)程中，充分了解納米二氧化硅的自身特性對(duì)其生物學(xué)效應(yīng)和毒性的影響具有重要的意義。本文就納米二氧化硅自身特性對(duì)其安全性評(píng)價(jià)的影響進(jìn)行探討，旨在為更科學(xué)準(zhǔn)確地進(jìn)行納米二氧化硅安全性評(píng)價(jià)提供理論基礎(chǔ)。

納米二氧化硅；自身特性；安全性評(píng)價(jià)

作為納米材料中的重要一員，納米二氧化硅因其具有的諸多優(yōu)良特性（化學(xué)純度高、比表面積大，分散性好）而廣泛應(yīng)用于化工生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，近年來(lái)，納米二氧化硅的應(yīng)用已經(jīng)擴(kuò)展到生物領(lǐng)域，其性質(zhì)穩(wěn)定，裝載量大，生物相容性好，作為藥物載體具有良好的開(kāi)發(fā)前景[1]。由于納米二氧化硅的大量生產(chǎn)和廣泛應(yīng)用，使其極易在環(huán)境中存在和蓄積，致使人體接觸暴露于納米二氧化硅的可能性大大增加，因此探究納米二氧化硅的生物安全性成為必要。與常規(guī)物質(zhì)不同，由同樣元素組成的納米二氧化硅自身特性不同，其生物學(xué)效應(yīng)及毒性會(huì)有很大差異，充分了解納米二氧化硅不同的自身特性對(duì)其毒性的影響，對(duì)于研究者準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)納米二氧化硅的生物安全性具有重要的意義。

1.尺寸

尺寸是評(píng)價(jià)納米二氧化硅生物學(xué)效應(yīng)的重要參數(shù)，隨著尺寸的減小，納米二氧化硅的比表面積增大，粒子表面的原子或分子數(shù)目增加，同時(shí)其表面的不飽和鍵數(shù)量也迅速增多，從而大大增強(qiáng)了粒子的反應(yīng)活性。目前大多數(shù)研究認(rèn)為，隨著納米二氧化硅尺寸的減小，其生物學(xué)效應(yīng)及毒性增加。藺新麗等[2]以Wistar大鼠為受試對(duì)象，將尺度分別為600nm、90nm、60nm、30nm的納米及亞微米級(jí)二氧化硅通過(guò)非暴露式氣管內(nèi)滴注納米材料懸液的方式染毒大鼠，結(jié)果表明，納米二氧化硅暴露可導(dǎo)致大鼠肺損傷,且尺度越小損傷程度越嚴(yán)重。同時(shí)，進(jìn)入肺部的納米二氧化硅，其尺寸越小越容易穿過(guò)肺泡上皮細(xì)胞進(jìn)入肺間質(zhì)，并進(jìn)一步通過(guò)血液循環(huán)分布于全身。然而納米二氧化硅的尺寸與其毒性作用的關(guān)系并不是絕對(duì)的，在安全性評(píng)價(jià)過(guò)程中，不管是體內(nèi)實(shí)驗(yàn)還是體外實(shí)驗(yàn)，納米二氧化硅所處的分散環(huán)境都是極其復(fù)雜的，與染毒前大不相同，離子強(qiáng)度、pH值等的改變以及與生物大分子的相互作用都會(huì)明顯改變納米二氧化硅的分散狀態(tài)和表面特征。同時(shí)粒徑越小的納米二氧化硅越容易團(tuán)聚，也會(huì)影響納米二氧化硅的生物學(xué)效應(yīng)及毒性。

2.比表面積

比表面積與納米二氧化硅的尺寸密切相關(guān)，尺寸減小，則比表面迅速增加，分布在粒子表面的原子數(shù)目急劇增多，而位于粒子內(nèi)部的原子數(shù)減少，因此產(chǎn)生大量結(jié)構(gòu)缺陷的不連續(xù)晶面，增加了納米顆粒表面活性位點(diǎn)，大大增強(qiáng)了納米二氧化硅的反應(yīng)活性。一方面，這些具有極高反應(yīng)活性的納米二氧化硅進(jìn)入機(jī)體后，很容易與生物大分子（DNA、蛋白質(zhì)等）發(fā)生反應(yīng)，損傷生物大分子的正常結(jié)構(gòu)；另一方面，在分散介質(zhì)中，粒子表面增多的電子活性位點(diǎn)容易與介質(zhì)發(fā)生反應(yīng)生成活性氧，而活性氧的產(chǎn)生以及氧化應(yīng)激反應(yīng)是納米二氧化硅毒性作用的主要機(jī)制[3]。

3.形狀

工程化的納米二氧化硅可以制備成多種形狀,包括球狀、桿狀、線狀等，形狀以及長(zhǎng)徑比也是影響納米二氧化硅毒性的關(guān)鍵因素。Huang等[4]用三種不同形狀的納米二氧化硅（球狀、短桿狀和長(zhǎng)桿狀）染毒人黑色素瘤細(xì)胞（A375），結(jié)果表明，相比起球狀和短桿狀，長(zhǎng)桿狀納米二氧化硅更容易進(jìn)入A375細(xì)胞，并且對(duì)細(xì)胞的損傷作用更明顯。不同形狀的納米材料在進(jìn)入細(xì)胞的方式以及生物體內(nèi)的吸收、分布和排出等過(guò)程不同，并最終影響納米材料的生物學(xué)效應(yīng)及毒性。

4.晶體結(jié)構(gòu)

相同化學(xué)組成的納米材料，晶體結(jié)構(gòu)不同,其生物效應(yīng)及毒性不同。二氧化硅微粒有晶體和無(wú)定形兩種類(lèi)型，二者的理化性質(zhì)以及進(jìn)入機(jī)體后所引起毒性效應(yīng)也有所不同，一般認(rèn)為晶體二氧化硅微粒的毒性大，是確定致癌物[5]。另外，納米二氧化硅的介孔結(jié)構(gòu)也會(huì)對(duì)其毒性效應(yīng)產(chǎn)生影響，孫磊等[6]的研究所用的納米二氧化硅顆粒就不同于一般的介孔二氧化硅顆粒，其表面幾乎沒(méi)有孔結(jié)構(gòu)，所表現(xiàn)出的毒性效應(yīng)和毒性作用機(jī)制較介孔二氧化硅均有所不同。

[1]LI X L,HAO N,CHEN H Y,et al.Tumor-Marker-Mediated "on-Demand"Drug Release and Real-Time Monitoring System Based on Multifunctional Mesoporous Silica Nanoparticles[J].Analytical chemistry,2014,

[2]藺新麗.納米二氧化硅顆粒肺毒性及其相關(guān)機(jī)制研究[D];吉林大學(xué),2011.

[3]李陽(yáng).納米二氧化硅顆粒致細(xì)胞多核作用及其相關(guān)機(jī)制的研究[D];吉林大學(xué),2013.

[4]Huang X,Teng X,Chen D,et al.The effect of the shape of mesoporous silica nanoparticles on cellular uptake and cell function [J].Biomaterials,2010,31(3)：438-448.

[5]李陽(yáng).納米二氧化硅粒徑相關(guān)的細(xì)胞毒性作用[D];吉林大學(xué),2010.

[6]孫磊.納米SiO_2顆粒對(duì)HepG2細(xì)胞的毒性及相關(guān)機(jī)制研究[D];吉林大學(xué),2011.