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典型纳米颗粒及燃烧源PM_(2.5)的生物安全性研究

荣蕊  
【摘要】:近年,纳米科技产品、化石燃料及生物质燃料的广泛使用,使人们暴露于高浓度颗粒物环境中的几率逐渐上升。科学研究、工业生产及消费过程中人工纳米颗粒直接危害研究人员、工人及消费者的健康;大气中PM2.5的吸入并沉积于肺部导致人类多种疾病的发生。我国大气污染严重,生物质秸秆燃烧产生的PM2.5是大气颗粒的重要部分,由其诱发的毒性效应不容小觑。开展典型纳米颗粒物及燃烧产生的PM2.5的生物安全性研究,对增强人们颗粒物安全防护意识、发展颗粒物毒性防治方法及完善安全科学体系具有重要应用价值和科学意义。论文根据纳米材料的暴露方式和应用范围,评估典型纳米材料(氧化锌、二巯基琥珀酸包裹的锌掺杂四氧化三铁)在相应暴露方式下的安全性及生物运转方式。首先,通过对纳米氧化锌(nano ZnO)口服毒性研究,结果显示,nano ZnO在50 mg/kg的剂量下产生毒性效应较小,与普通氧化锌具有相似毒性效应。但和乐果(DM)共同暴露时,肝脏中积累的Zn和DM将引起明显的氧化应激,从而导致DM引发的肝脏损伤明显增强。因此提示,ZnO在商品化应用过程中具有潜在的生物毒性。其次,基于二巯基琥珀酸包裹的锌掺杂四氧化三铁(DMSA-Zn0.4Fe2.6O4)良好的生物相容性和广泛生物医学应用,研究口服DMSA-Zn0.4Fe2.6O4的运转代谢机制。结果表明,大部分纳米颗粒随消化系统排出体外,但仍有部分纳米颗粒以完整颗粒的形式穿过小肠,经血液循环到达脾脏,在脾脏中其部分保留原来的晶体结构,部分结合蛋白后改变晶型。所以,利用DMSA-Zn0.4Fe2.6O4作为药物载体进行靶向治疗具有很好的应用前景。在口服颗粒物安全性研究的基础上,开展颗粒物吸入方式下的安全性研究。自主研制了一种动物鼻息暴露装置,结合气溶胶发生装置设计出了颗粒物气溶胶动物鼻息暴露系统。埃洛石纳米管(HNTs)为大气中的粘土矿物粉尘,是一种广泛应用的典型纳米材料,应用暴露系统对HNTs的吸入毒性进行评估,结果发现HNTs在小鼠体内可引起亚慢性毒性和自噬效应,但令人兴奋的是,通过应用海藻糖增强小鼠肺部的完整自噬可实现对小鼠体内毒性的有效抑制。生物质燃烧产生的PM2.5大多是初级颗粒物,其吸入毒性有待深入研究。在第一代(Ⅰ)动物鼻息暴露装置的基础上我们开发出了具有同时段多剂量暴露功能的第二代(Ⅱ)动物鼻息暴露装置,结合自主研制的生物质燃烧装置设计了生物质燃烧烟气在线动物暴露系统,应用该系统评估了小麦秸秆燃烧产生的PM2.5的呼吸系统毒性,结果表明PM2.5进入了小鼠肺部细胞形成自噬体,自噬体的堆积导致小鼠肺部产生急性毒性效应。大气PM2.5包含经过老化的二次组分,其组成和理化性质与生物质燃烧新产生的PM2.5有较大区别。通过直接采集大气PM2.5样品进行细胞毒性试验,在传统水溶剂提取方法的基础上,应用CH2Cl2对样品膜二次提取。结果表明,CH2Cl2的二次提取物比H2O提取物有更强的毒性,将两种提取物合并处理细胞才能反映真实的毒性和剂量。这项工作对PM2.5的动物和细胞毒性研究中使用的传统水溶液提取法进行了有效改进。论文研究认为,人们无论在以什么样的方式接触颗粒物,都应该对颗粒物的生物安全性有足够重视和全面认识,对有潜在生物毒性的颗粒物应加以有效防护。研究工作可为全面理解和运用纳米颗粒物生物运转代谢机制,发展有效抑制颗粒物毒性方法,更深入开发利用纳米颗粒材料提供理论依据和数据支撑。


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