納米二氧化鈦的生物效應和機理研究.pdf

1、納米二氧化鈦具有普通二氧化鈦所不具有的紫外吸收性、光催化活性，因此廣泛應用于抗菌材料、化妝品、印刷、塑料、涂料、生物傳感器等。廣大消費者和材料研究開發(fā)人員都和其有密切的接觸。但即使是無毒或低毒的材料，其納米顆粒也可能會變得有毒。首先由于其光催化活性，納米二氧化鈦能夠產(chǎn)生大量自由基等高活性基團；其次，由于其超微性，10 nm左右的納米二氧化鈦粒子僅與蛋白質分子大小相當。因此人體的保護屏障如皮膚、血腦屏障、血眼屏障從尺寸上已不能

2、對其進行限制，納米粒子極有可能在這些地方蓄積并起破壞作用。目前，國外的一些研究機構已經(jīng)開展對納米二氧化鈦的毒性研究，主要集中在對動物體外實驗如肺部急性毒性實驗以及DNA氧化損傷、細菌生長抑制性分析。本課題中，采用三種不同晶型、不同粒徑的納米二氧化鈦，分別以DNA損傷實驗、細胞毒性和凋亡實驗為研究手段，首次提出了納米二氧化鈦在避光條件下對DNA的作用；比較了納米二氧化鈦對正常細胞和癌細胞的不同作用；從DNA和細胞水平上分析了

3、不同納米二氧化鈦的生物效應；提出了β-CD可以作為納米二氧化鈦表面修飾劑，從而抑制其毒性。第一、根據(jù)凝膠電泳和紫外、紅外光譜分析，發(fā)現(xiàn)納米二氧化鈦在紫外或者自然光存在時，對DNA均具有氧化損傷作用，使DNA的超螺旋結構發(fā)生解旋，解旋率和納米二氧化鈦的濃度、光照強度呈正相關；在避光條件下，納米二氧化鈦僅對DNA具有綁定效應，而不會降低DNA的超螺旋率，綁定產(chǎn)生在DNA的磷酸基團，如P=O、C-O-P，但是DNA上的堿基沒有參與

4、綁定反應。第二、根據(jù)MTT法，光學顯微鏡觀察、DNA ladder實驗、FACS分析，以正常細胞系293T和腫瘤細胞系CHO為研究對象，發(fā)現(xiàn)納米二氧化鈦對兩種細胞都具有一定的毒性作用，毒性程度和納米二氧化鈦的濃度、作用時間、光照強度呈正相關。腫瘤細胞系CHO的細胞毒性大于對正常細胞系293T的細胞毒性。根據(jù)USP(美國藥典)，當濃度為10μg/ml時，對293T的細胞毒性為1級，對CHO的細胞毒性高至2級。納米二氧化鈦可以穿

5、過CHO的細胞膜，進入到細胞內部，在細胞內誘發(fā)細胞凋亡作用，使CHO的凋亡率從7.4％上升至24％，但是對293T無此影響，這一研究結果如具有普遍性，可應用到癌癥治療，作為一種靶向性藥物載體。第三、根據(jù)凝膠電泳和紫外、紅外光譜分析，發(fā)現(xiàn)β-環(huán)糊精(β-CD)可以對納米二氧化鈦的氧化損傷產(chǎn)生很好的抑制作用，當兩者質量比為4∶1時，納米二氧化鈦對DNA的氧化損傷幾乎完全抑制。并且經(jīng)實驗證明，β-CD對DNA無任何毒副作用，因此

6、β-CD可以作為納米二氧化鈦的修飾劑，應用到化妝品等產(chǎn)品中。紫外和紅外譜圖說明β-CD和納米TiO2發(fā)生鍵合反應，納米TiO2的Ti-O鍵和β-CD空腔中的羥基發(fā)生鍵合，改變了納米TiO2的表面狀態(tài)，抑制了納米TiO2表面生成·OH，從而阻止了DNA的氧化損傷。第四、根據(jù)DNA實驗和細胞毒性分析，銳鈦型的細胞毒性大于金紅石型，在低濃度下，50～60 nm金紅石型納米二氧化鈦作用后，正常細胞293T存活率高達90.4％，基本上