納米二氧化硅自身特性對其安全性評價的影響

潘濤，張芳，高興春

1西安醫(yī)學院公共衛(wèi)生系；2第四軍醫(yī)大學西京醫(yī)院呼吸科；3西安醫(yī)學院基礎醫(yī)學部

納米二氧化硅自身特性對其安全性評價的影響

潘濤1，張芳2，高興春3

1西安醫(yī)學院公共衛(wèi)生系；2第四軍醫(yī)大學西京醫(yī)院呼吸科；3西安醫(yī)學院基礎醫(yī)學部

由同樣元素組成的納米二氧化硅，自身特性不同，相應的生物學效應和毒性也會不同，在納米二氧化硅的安全性評價過程中，充分了解納米二氧化硅的自身特性對其生物學效應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其安全性評價的影響進行探討，旨在為更科學準確地進行納米二氧化硅安全性評價提供理論基礎。

納米二氧化硅；自身特性；安全性評價

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（化學純度高、比表面積大，分散性好）而廣泛應用于化工生產的各個領域，近年來，納米二氧化硅的應用已經擴展到生物領域，其性質穩(wěn)定，裝載量大，生物相容性好，作為藥物載體具有良好的開發(fā)前景[1]。由于納米二氧化硅的大量生產和廣泛應用，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，其生物學效應及毒性會有很大差異，充分了解納米二氧化硅不同的自身特性對其毒性的影響，對于研究者準確地評價納米二氧化硅的生物安全性具有重要的意義。

1.尺寸

尺寸是評價納米二氧化硅生物學效應的重要參數，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目增加，同時其表面的不飽和鍵數量也迅速增多，從而大大增強了粒子的反應活性。目前大多數研究認為，隨著納米二氧化硅尺寸的減小，其生物學效應及毒性增加。藺新麗等[2]以Wistar大鼠為受試對象，將尺度分別為600nm、90nm、60nm、30nm的納米及亞微米級二氧化硅通過非暴露式氣管內滴注納米材料懸液的方式染毒大鼠，結果表明，納米二氧化硅暴露可導致大鼠肺損傷,且尺度越小損傷程度越嚴重。同時，進入肺部的納米二氧化硅，其尺寸越小越容易穿過肺泡上皮細胞進入肺間質，并進一步通過血液循環(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系并不是絕對的，在安全性評價過程中，不管是體內實驗還是體外實驗，納米二氧化硅所處的分散環(huán)境都是極其復雜的，與染毒前大不相同，離子強度、pH值等的改變以及與生物大分子的相互作用都會明顯改變納米二氧化硅的分散狀態(tài)和表面特征。同時粒徑越小的納米二氧化硅越容易團聚，也會影響納米二氧化硅的生物學效應及毒性。

2.比表面積

比表面積與納米二氧化硅的尺寸密切相關，尺寸減小，則比表面迅速增加，分布在粒子表面的原子數目急劇增多，而位于粒子內部的原子數減少，因此產生大量結構缺陷的不連續(xù)晶面，增加了納米顆粒表面活性位點，大大增強了納米二氧化硅的反應活性。一方面，這些具有極高反應活性的納米二氧化硅進入機體后，很容易與生物大分子（DNA、蛋白質等）發(fā)生反應，損傷生物大分子的正常結構；另一方面，在分散介質中，粒子表面增多的電子活性位點容易與介質發(fā)生反應生成活性氧，而活性氧的產生以及氧化應激反應是納米二氧化硅毒性作用的主要機制[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，形狀以及長徑比也是影響納米二氧化硅毒性的關鍵因素。Huang等[4]用三種不同形狀的納米二氧化硅（球狀、短桿狀和長桿狀）染毒人黑色素瘤細胞（A375），結果表明，相比起球狀和短桿狀，長桿狀納米二氧化硅更容易進入A375細胞，并且對細胞的損傷作用更明顯。不同形狀的納米材料在進入細胞的方式以及生物體內的吸收、分布和排出等過程不同，并最終影響納米材料的生物學效應及毒性。

4.晶體結構

相同化學組成的納米材料，晶體結構不同,其生物效應及毒性不同。二氧化硅微粒有晶體和無定形兩種類型，二者的理化性質以及進入機體后所引起毒性效應也有所不同，一般認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構也會對其毒性效應產生影響，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，其表面幾乎沒有孔結構，所表現出的毒性效應和毒性作用機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機制研究[D];吉林大學,2011.

[3]李陽.納米二氧化硅顆粒致細胞多核作用及其相關機制的研究[D];吉林大學,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.納米二氧化硅粒徑相關的細胞毒性作用[D];吉林大學,2010.

[6]孫磊.納米SiO_2顆粒對HepG2細胞的毒性及相關機制研究[D];吉林大學,2011.