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纳米毒理学(Nanotoxicology)New Technologies Comes New Hazards 浙江大学医学院 毒理研究室 黄幸纾 huangxingshu@ 纳米技术(Nanotechnology)的定义(美国FDA) 原子、分子、大分子水平的材料、产品的研究与开发，它们的关键规格之一是长度1～100 nm。 创制和使用的结构、装置由于很小而具有新特性与新功能。 在原子水平上进行 控制或操纵的技术。 纳米产品(Nanomaterials and products) 纳米材料： 纳米管(Nanotubes) 纳米粒子(nanoparticles) 纳米产品：药品、化妆品、食品包装材料、涂料、自净表面、医疗装置、诊断试剂、半导体、轮胎…… 主要生产过程: 气态，蒸汽沉积， 胶体，研磨。 纳米毒理学(Nanotoxicology) 纳米毒理学(nanotoxicology)研究纳米结构材料与细胞的相互作用：吸收、移位、干扰细胞功能和它们在细胞结构与组织内的分配。 纳米毒理学研究的外源物质是以分子或原子的聚集物(aggregates)的形态与机体接触，这与传统毒理学研究的对象有所不同。 生态纳米毒理学(eco-nanotoxicology)研究纳米材料通过生圈运动与细菌、无脊椎动物以及脊椎动物相互作用。 纳米医学(nanomedicine)：使用工程装置与纳米结构，从分子水平综合地监测、修复和改善人体各个系统以求获得医学的好处。(欧洲科学基金会) 危险的暴露(Hazardous exposures) — CDNP 燃烧产生的纳米粒子(combustion-derived nanoparticles) 五个重要CDNP的来源： 柴油汽车尾气(DEP) 工厂燃煤飞灰(CFA) 煤气灶烹煮食品 香烟燃烧 城市空气含上万NP。人吸入一口 汽含上万NP。 危险的暴露(续)(Hazardous exposures) 新出现的暴露 : 研制纳米材料/产品 生产纳米材料/产品 使用纳米产品的消费者(包括病人) 受NP污染的食品 危险的暴露(续)(Hazardous exposures) 纳米材料的生产、使用以及废弃时可能产生对人健康和环境的危害。 纳米粒子的生物学活性(包括有利作用与潜在不良反应)随其变小而增加，即越小有害作用越大。 纳米粒子的总表面积、反应性(reactivity)和荷电，尤其前2者与毒性关系最密切。今后纳米粒子的卫生标准首先要考虑总表面积。 NP经肺进入及其损伤作用 整个呼吸道长度2300km，300万个肺泡，肺泡(屏障)厚度0.5?m(隔开空气与血液) 。肺的表面积共140m2。 大部分NP躲避肺泡巨噬细胞的吞噬(免疫监视)，进入肺间质。 柴油引擎尾气粒子(DEP)在肺组织产生活性氧，引起氧化应激，激活前炎症(pro-inflammation)有关的基因表达，如IL-8、GM-CFS、GRO?和RANTES。 纳米碳黑(NPCB)引起氧化应激使细胞Ca++的进入增加与流出减少来增加Ca++从内质网释放。氧化应激促使气道上皮细胞增殖，其中EGFRERK亦参与。 燃煤飞灰(CFA)中的生物可利用铁能产生氧化剂，使上皮细胞释出IL-8，1?m粒子尤其作用强。主要机制类似DEPNPCB。 CDNP→自由基氧化应激→炎症→DNA损伤→癌。 NP经肺进入及其损伤作用(续) — 心血管系统 早有流行病学研究表明城市空气中PM10和PM5增加市民心血管病死亡率，但未认识到NP才是主要成分。 志愿者试验证明了室内空气纳米粒子对心率和肱动脉直径有直接影响。 室内空气中高浓度粒子引起血栓、心律不齐、动脉壁斑块形成。机制是NP引起炎症，间质化(interstitialize)，然后进入血流，损伤血小板和内皮细胞，同时还有细胞因子的作用。 — 脑 电焊工的神经病与长期吸入烟中纳米锰粒子有关，但具体机制有待进一步研究。 — 肝、脾 早就发现肺部疾病严重而死亡的煤矿工，其肝脾内有大量煤尘粒子。它们是从肺进入血流的粒子，被肝、脾窦巨噬细胞吞噬后死亡而沉积下来的，血中的NP到了肝内，有强的前凝血作用(pre-coagulate effect)，但无炎症。 NP经皮肤进入及其损伤作用 可以对皮肤局部作用或被 皮肤吸收入血流至全身。 纳米粒子进入毛囊，再到真皮。 防晒霜(sunscreens)中的纳米二氧化钛(TiO2)和氯化锌(ZnO)可以透过皮肤。 手到口(hand-to-month)的污染可以使手指皮肤上的纳米化学物进入肠道。 放射性标记的纳米碳粒子通过大鼠