（安全技术及工程专业论文）纳米材料的生物学效应研究.pdf

a b s tr a c t b e c a u s eo fu n i q u ep h y s i c a lc h e m i s t r yq u a l i t ya n dc a n tb ee x a m i n e db yr o u t i n em e t h o d s ， n a n o m a t e r i a l se x i s tm e n a c et oh u m a nh e a l t ha n de n v i r o n m e n t i ti sn e c e s s a r yt os t u d yt h e h e a l t ha c t i v i t i e s 1 n h ed i s s e r t a t i o nc h o s et h r e ek i n d so fm a t e r i a l s ，t h e yw e r en a n o t i 0 2 ，m w n t , n a n o - f e t h ed i s s e r t a t i o nm a i n l yr e s e a r c h e do nt h el u n gi n i u r y a hr a i sw e r ei n t r a t r a c h e a l l yi n s t i l l e d w i t hl o m g k gb wo rl m g k gb wo fn a n o - m a t e r i a l s 1 n l ec o n t r o lg r o u pw a si n t r a t r a c h e a l l y i n s t i l l e dt h es a m ev o l u m ep h y s i o l o g i c a lb r i n e a l lr a t sw e r ei n t r a t r a e h e a l l yi n s t i l l e de v e r y t h r e ed a y s a tt h et e n t hd a y , a l lr a t sw e r es a c r i f i c e da n dt h e i rl u n g sw e r el a v a g e d t h c f o l l o w i n gi n d e x e s i nh r o n c h o a l v e o l a r l a v a g ef l u i dw e r ee x a m i n e d , ( 1 ) a m o u n to fl e u k o c y t e ，( 2 ) a c t i v i t i e so fl 。d h ，( 3 ) c o n t e n t so fh y el u n g b o d yt o e f f i c i e n tw a sm e a s u r e d a tl a s t ，d i d m o r p h o i o g i c a lo b s e r v a t i o na n dc o m p a r e dc h a n g ei 锄i oo fb o d yw e i g h t t h r o u g ht h ee x p e r i m e n tw ec o m et ot h ec o n c l u s i o na sf o l l o w s ： 1 b o d yw e i g h ti n c r e a s er a t i oo fn a n o - t i 0 2 1 0 m g k gb wg r o u pw a st h el o w e s t a l l i n d e x e so fn a n o - 1 0 m g k gb wg r o u pw e r eo b v i o u s l yh i g h e rt h a nt h ec o n t r o lg r o u pa n dt h e n a n o - l m g k gb wg r o u p ( p o 0 1o rp 0 0 5 ) a tt h es a m ed o s e ，t h r e ei n d e x e s o fn a n o - 1 0 m g k g b wg r o u pw e r eh i g h e rt h a nn o r m a l l o m g k gb wg r o u p ( p 0 0 1 或p 0 0 5 ) n ea m o u n to f l e u k o c y t ew a sa l s oh i g h e rt h a nn o r m a l 一1 0 m g k gb wg r o u p ，b u tt h ed i f f e r e n c ew a sn o t s t a t i s t i c a ls i g n i f i c a n c e t h er e s u l t so fm o r p h o l o 画c a lo b s e r v a t i o ni n d i c a t e dt h a tt h er a t si n n a n o - 1 0 m g k gb wg r o u ph a dt h eh e a v e s ti n j u r yo fl u n g s 2 t h eb o d yw e i g h ti n c r e a s en t i oo fm w n t - 1 0 m g k gb wg r o u pw a st h el o w e s t o t h e r i n d e x e so fm w n t - 1 0 m g k gb wg r o u pw e r eo b v i o u s l yh i g h e rt h a nt h ec o n t r o lg r o u pa n dt h e g r o u po fm w n t - l m g k gb w ( p 0 0 1o rp 0 0 5 ) 而er e s u l t so fm o r p h o l o g i c a lo b s e r v a t i o n i n d i c a t e dt h a tt h er a t si nm w n t l o m g k gb wg r o u ph a dt h eh e a v e s ti n j u r yo fl u n g s 3 t 1 i eb o d yw e i g h ti n c r e a s er a t i oo fn a n o s i z e di r o nl o m g k gb wg r o u pw a sl o w e s l l u n g b o d yc o e f f i c i e n t , l e u k o c y t ec o u n ta n dh y d r o x y p r o l i n e ( h y p lc o n c e n t r a t i o n o f n a n o s i z e di r o nl o m g k gb wg r o u pw e r eh i g h e rt h a nt h ec o n t r o lg r o u pa n dt h eg r o u po f n a n o s i z e di r o nl m g k gb w ( p 0 0 1o rp 9 9 8 9 6 ，常规t i0 2 颗粒粒径 9 9 。干燥失重1 0 5 、2 h 0 5 7 6 ，灼烧失重1 ，砷( a s ) p p m 1 o ，铅( p b ) p p m 8 。 2 方法 2 1 动物分组 将6 5 只小鼠随机分为5 组，每组1 3 只，第一组为生理盐水对照组，第二组为纳米t i 如 l o m g k gb w 组，第三组为纳米t i 0 2l m g k gb w 组，第四组为微米t i 砚l o m g k gb w 组，第 五组为微米t i ql m g k gb w 组。 2 2 实验方法 具体步骤参照第二章。 第三节结果 1 小鼠体重变化率比较 由图3 - 1 可知，小鼠第一次染毒后至第二次染毒前( 即第四天与第一天相比体重增 长率) ，生理盐水对照组体重增长率最高，纳米l o m g k gb w 组增长率最低，差异显著 ( p o 0 1 ) ，微米l m g k gb w 组、微米l o m g k gb w 组和纳米l m g k gb w 组增长率也较高， 与纳米l o m g k gb w 组相比，差异显著( p o 0 1 ) ，与生理盐水组对比无差异。 小鼠第二次染毒后至第三次染毒前( 即第七天与第四天相比体重增长率) ，微米 l o m g k gb w 组体重增长率最高，纳米l o m g k gb w 组增长率最低，二者相比，差异显著 ( p o 0 5 ) ， 纳米l m g k gb w 组增长率也较高，与纳米l o m g k gb y 组相比，差异显著( p o 0 5 ) 小鼠处死后体重与第一次染毒前相比，生理盐水对照组体重增长率最高，纳米 l o m g k gb w 组增长率最低，差异显著( p ( 0 0 1 ) ，微米l o m g k gb w 组体重增长率与纳米 l o m g k gb w 组相比，差异显著( p o 0 1 ) ，纳米l m g k gb w 组体重增长率与纳米l o m g k g b w 组相比，差异显著( p 0 0 5 ) 生理散煳纳米组 图3 2 肺泡灌洗液( b a l f ) 回收率比较 f i g 3 - 2c o m p a r i s o no fb a l fr e c o v e r yr a t i o 3 小鼠肺脏器系数测定 由图3 3 可知，纳米1 0 m g k gb w 组脏器系数最高，与生理盐水对照组比较差异极其 显著( p 0 0 1 ) ，与微米 0 m g k gb w 组和纳米l m g k gb w 组比较均具有差异显著性 ( p 0 0 5 ) 。微米组脏器系数略高于对照组，差异无统计学意义。 1 4 #v链荦锹堆 o 一薯一路擎回髂岱聘矬鼎蓦 第二章纳米t i 0 2 材科生物学效应研究 口对照组 对照组微米组纳米组 gb 一；1 h 组 图3 3 各组肺脏器系数比较 f i g 3 - 3c o m p a r i s o no fl u n go r g a nc o e f f i c i e n t 4b a l f 中白细胞计数比较 计数结果作图3 4 ，纳米1 0 m g k gb w 组白细胞数目最多，与生理盐水对照组和纳米 l m g k gb w 组相比，差异显著( p o 0 5 ) 。微米1 0 m g k gb w 组和微米l m g k gb w 相比，差 异具有显著性( p o 0 5 ) ，与对照组比较，差异无统计学意义。 b - 组 b 龃 列照组徽米组纳米组 图3 - 4b a l f 中自细胞计数 f i g 3 - 4l e u k o c y t ec o u n ti nb a l f 5b l f 中乳酸脱氢酶( l 州) 活力比较 由图3 - 5 可知，纳米1 0 m g k gb w 组l d h 活力最大，与生理盐水对照组和纳米l m g k gb w 组相比，差异显著( p o 0 5 ) ，与微米1 0 m g k gb w 组相比，差异极其显著( p o 0 1 ) 4 2 0 8 6 4 2 o 糕瞻椎岂餐 6 4 2 0 8 6 4 2 0 嚏粤x簌末凄署岳嗣目 第二章纳米t i 0 2 材料生物学效应研究 对照组微米组纳米组 图3 5b a l f 中l d h 活力比较 f i g 3 - 5c o m p a d s o n o fl a c t a t ed e h y d r o g e n a s e ( l d h ) a c t i v i t yi nb a l f 6b a l f 中羟脯氨酸酶( h y p ) 含量比较， 由图3 - 6 可知，纳米1 0 m g k gb w 组与对照组和纳米l m g k gb w 组比较，差异极其显 著( p o 0 1 ) ，与微米l o m g k gb w 组相比差异显著( p o 0 5 ) 。微米1 0 m g k gb w 组h y p 含量虽然高于对照组，但差异无统计学意义。 毫& 0z 卅 蓍l 喜也 列女随微米组纳* 钮 图3 - 6b a l f 中 1 1 p 含量比较 f i 昏3 6c o m p a r i s o no fh y d r o x y p r o l i n e ( h y p ) c o n c e n t r a t i o n i nb a l f 7 小鼠肺组织的病理学改变 由图可见，生理盐水组小鼠肺组织结构完整，肺泡间隔如常，肺泡内无炎性细胞渗 出。微米级t i 晚组引起肺部较轻微病变，微米级t i 0 21 0 m g k gb w 组有肺大泡形成，并 且肺泡间质变薄，呼吸性细支气管上皮黏膜脱落至腔内，基底膜受损。纳米级t i ql m g k g h 组肺间质变厚，呼吸性细支气管部分上皮黏膜脱落，周围可见少量尘细胞。纳米级 t i 0 21 0 m g k gb w 组引起肺部明显病变，大量肺泡融合形成肺大泡，肺泡内可见大量散 在尘细胞，大量巨噬细胞浸润，肺间质可见大量灶性淋巴细胞浸润，并且肺部发生实变， 肺泡消失，呼吸性细支气管上皮消失。 1 6 o o o 0 0 0 o o 姗湖踟董言啪啪 i v r”壬鲁 第三章纳米t i 0 2 材料生物学效廊研究 图3 - 7 对照组x 4 0 肺泡 图3 8 对照组2 0 呼吸性细支气管 图3 - 9 微米级t i 0 2l m g k gb w 组 4 0 肺泡结构正常 幽3 1 l 微米级t i 如1 0 m g k gh 组 2 0 肺泡融合形成肺大泡，肺泡间质 变薄 1 7 图3 1 0 微米级t i o zl m g k gh 组 4 0 细支气管上皮部分脱落 图3 1 2 微米级t i 如1 0 m g k gb w 组 2 0 上皮不完整，黏膜脱落至腔内，基底 膜受损 第三章纳米 r i 0 2 材料生物学效应研究 图3 一1 3 纳米级t i o = 1 r g k gb w 组 1 0 肺间质变厚 图3 1 5 纳米级t i o = l o m g k gb w 组2 0 肺末端形成肺大泡，并发生肺实变 图3 一1 7 纳米级t i 0 2 l o m g k gb w 组2 0 肺发生实变，肺泡消失 图3 1 4 纳米级t i 如l m g k gb w 组x 4 0 部分上皮黏膜脱落，周围可见少量 尘细胞 图3 1 6 纳米级t i 0 2 l o l l l g k gb w 组1 0 肺泡融合形成大量肺大泡 图3 一1 8 纳米级t i o ：l o m g k gb w 组x 4 0 肺泡内可见大量散在尘细胞 第三章纳米t i 0 2 材料生物学效应研究 图3 1 9 纳米级t i 如l o , g k gb w 组x 4 0 呼吸性细支气管上皮消失 图3 2 0 纳米级t i 如l o m g k gb w 组x 4 0 肺间质可见大量灶性淋巴细胞浸润 第三节讨论 1 体重变化 动物在各生长发育阶段的体重可大致反映动物体的总体营养状态、生理状态和健康 状况嘲】。在本实验条件下，从第一次染毒后体重的变化来看，纳米l o m g k gb w 组小鼠体 重增长最为缓慢，与其他各组对比，差异显著( p o 0 1 ) 。第二、第三次染毒后纳米l o m g k g h 组小鼠体重增长率升高。从初始染毒至处死，纳米l o m g k gb w 组小鼠体重增长率最低， 增长最为缓慢，生理盐水对照组体重增长率最高，二者相比，差异显著( p o 0 1 ) ，并 且纳米l o m g k gb w 组体重增长率与微米l o m g k gb w 组、纳米l m g k gb w 组相比，差异均 显著( p 0 0 5 ) 。 3 肺脏器系数和b a l f 中细胞总数 动物内脏器官作为动物体各项生理功能的具体执行者，其脏器系数可近似反映该 脏器的功能状态和病变情况。肺脏器系数是评价早期肺纤维化程度的指标，并且在早 期( 2 个月内) 不同时点有不同变化。当粉尘进入肺泡时，诱使大量炎症细胞游出小血 管，向肺组织内浸润，可使肺泡内细胞明显增多，因此b a l f 中细胞总数显著性增高，说 明出现明显的炎症反应。本研究结果显示，染毒小鼠肺脏器系数和b a l f 中细胞总数明显 增加，尤其以纳米l o m g k gb w 组为甚，与对照组及纳米l m g k gb w 组比较差异均有统计 学意义( p o 0 5 ) 提示纳米级t i 魄对小鼠肺组织产生了细胞毒性作用。 1 9 第三章纳米t i 0 2 材料生物学效应研究 4b a l f 中乳酸脱氢酶( l d h ) 活力 乳酸脱氢酶是反映肺细胞损伤的早期灵敏指标“，测定b a l f 中乳酸脱氢酶的活性 能反映粉尘的细胞毒性“。本研究结果显示，纳米l o m g k gb w 组l d h 活力最大，与生 理盐水对照组和纳米l m g k gb w 组相比，差异具有统计学意义( p o 0 5 ) 。与微米l o m g k g b w 组相比，差异极其显著( p o 0 1 ) ，而纳米l m g k gb w 组l d h 活力没有明显的增高， 与对照组相比，不具有统计学意义，这说明小鼠支气管注射一定量的纳米t i 如引起了一 定程度的肺部细胞损伤。 5b a l f 中羟脯氨酸酶( h y p ) 含量 动物实验研究结果显示，羟脯氨酸是反映染尘动物早期肺纤维化特异性强、相关性 好的重要指标删。在本实验中，通过测试比较5 组b a l f 中的 1 1 p 含量发现，纳米l o m g k gb w 组与对照组和纳米l m g k gb w 比较，差异极其显著( p o 0 5 ) 。 小鼠第三次染毒后至处死后( 即第十天与第七天相比体重增长率) ，三组小鼠体重 增长率相差不多，差异不显著( p o 0 5 ) 小鼠处死后体重与第一次染毒前相比，生理盐水对照组体重增长率最高，m w n t l o m g k gb w 组增长率最低，差异显著( p 0 0 1 ) ，m w n tl m g k gb w 组体重增长率高于m _ i 】n t l o m g k gb w 组，差异显著( p 0 0 5 ) 兰井半粤慑肇 第四章多擘碳纳米管生物学效应研究 生理盐水组l f l l l 盯1 0 a g k gb 衄i 憎t l 豫k cb 诅 图4 - 4 肺泡灌洗液( b a l f ) 回收率比较 f i 晷4 4c o m p a r i s o no fb a l fr o o o v e r yr a t i o 3 小鼠肺脏器系数测定 由图4 5 可知，m 州tl0 n l g k gb w 组脏器系数最高，与生理盐水对照组比较差异显 著( p o 0 5 ) 。 生理l v s r l t b , c , k eb - l l 町l a g k gb - 图4 - 5 各组肺脏器系数比较 酶4 - 5c o m p a r i s o no f l u 唱o l g 姐c 艏c i c m 4b a l f 中自细胞计数比较 计数结果作图4 6 ，m 州t lo i i i g k g b w 组白细胞数日最多，与生理盐水对照组和m 1 r n t l m g k gb w 组相比，差异具有统计学意义( p o 0 1 、p 0 0 5 ) 加 0 兰阱筝匝燧继瑚轱一量 6 4 2 o 8 6 4 2 0 豢* 锥簧置 第四章多罐碳纳米管生物学效麻研究 生理 u g n 0 , 喀k ghi 唧l t k ib w 图4 - 6b a l f 中自细胞计数 f i g 4 - 6l e u k o c y t ec o u n ti nb a l f 5b a l f 中乳酸脱氢酶( l d h ) 活力比较 由图4 7 可知，m w n t1 0 m g k gb w 组l d h 活力最大，与生理盐水对照组相比，差异具 有显著性( p o 0 1 ) 。与m w n tl m g k gb w 组相比，差异显著( p o 0 5 ) 图4 7b a l f 中l d h 活力比较 f i g 4 - 7 c o m p a r i s o n o f l a c t a t e d e h y d r o g e n a s e ( l d h ) a c t i v i t y i n b a l f 6b a l f 中羟脯氨酸酶( h y p ) 含量比较 由图4 8 可知，m w n t1 0 m g k gh 组与对照组和m w n tl m g k gb w 组比较，差异极其 显著( p o 0 5 ) 2 0 8 6 4 2 0 雹舌_l糕扛霉景七b_昌 翟器器晷莩蠹。 n)n醅亩9七b刍 第四章多晕碳纳米管生物学效应研究 生理 r v n t i o n k hi 帆1 _ k cb - 图4 8b a l f 中h y p 含量比较 f i g 4 - 8c o m p a r i s o no fh y d r o x y p r o l i n e ( h y p ) c o n c e n t r a t i o ni nb a l f 7 小鼠肺组织的病理学改变 7 1 大体标本观察 生理盐水对照组小鼠肺质地柔软，呈淡粉色；m w n tl m g k gb w 组小鼠肺外观无异常 之处，而m w n tl o m g k gb w 组小鼠肺局部呈黑色，质地较柔软，未发生硬变。 7 2 镜下观察 由图可见，生理盐水组小鼠肺组织结构完整，肺泡间隔如常，肺泡内无炎性细胞渗 出。m w n tl m g k gb w 组小鼠肺泡内有灶性尘细胞聚集，肺泡融合形成肺大泡；l 唧n t l o m g k gb w 组小鼠肺部细支气管、呼吸性细支气管内有m 州t 沉积，肺泡融合形成肺大 泡，肺部发生明显实交。 图4 - 9 对照组x 4 0 肺泡图4 - 1 0 对照组2 0 呼吸性细支气管 9 8 t 6 5 4 3 2 l 0 名|ttv啊扣鸯壬匀 第四章多壁碳纳米管生物学效应研究 图4 - 1 1m w n ti m g k gb w 组x 2 0 灶性尘细胞聚集，肺大泡形成 图4 - 1 3 肼n tt o m g k gh 组2 0 肺泡间隔断裂，变薄 图4 1 5m w n t1 0 m g k gb w 组x 4 0 肺泡内有m w n t 沉积 图4 1 2m w n t1 0 m g k gb w 组x 1 0 肺 大泡形成，肺部发生实变 图4 1 4 肼暇1 0 m g k gb w 组x 2 0 细支 气管、呼吸性细支气管内有m w n t 沉积 第四章多鼙碳纳米管生物学效应研究 第三节讨论 1 体重变化 小鼠第一次染毒后，m w n tl m g k gb w 组和生理盐水组体重增长率较高，远高于i 帅n t l o m g k gb w 组增长率，差异显著( p o 0 5 ) 。结果提示高剂量的m w n t 对小鼠生长产生了负面影响，抑制 了小鼠生长。 小鼠处死后体重与第一次染毒前相比，生理盐水对照组体重增长率最高，m w n t l o m g k gb w 组增长率最低，差异显著( p 0 0 5 ) 3 肺脏器系数 动物内脏器官作为动物体各项生理功能的具体执行者，其脏器系数可近似反映该 脏器的功能状态和病变情况嘲。肺脏器系数是评价早期肺纤维化程度的指标，并且在早 期( 2 个月内) 一直升高嘲。在本实验条件下，m w n tl o m g k gb w 组脏器系数最高，与生理 盐水对照组比较差异显著( p 0 0 5 ) ，与m w n tl m g k gb w 组比较差异无显著性。说明高 剂量的m w n t 对小鼠肺产生一定的损伤作用。 4b a l i = 中细胞总数 在本实验条件下，m 删tl o m g k gb w 组白细胞数目最多，与生理盐水对照组和m w n t l m g k gb w 组相比，差异显著( p o 0 1 、p o 0 5 ) 正常情况下，b a l f 中细胞大多为肺 泡巨噬细胞，其中的生化成分部分来源于血浆成分渗入到肺泡内，部分来源于肺泡内细 胞分泌，但在病理情况下，由于气管注入颗粒物后，对气道产生了炎症刺激作用，在炎症 介质和趋化因子作用下，诱使大量炎症细胞游出小血管，向肺组织内浸润，尤其是当粉尘 进入肺泡时，可使肺泡内细胞明显增多，因此b a l f 中细胞总数显著性增高，说明出现明 显的炎症反应。本实验结果提示婀n tl o m g k gb w 组小鼠肺产生炎症反应。 5b a l f 中乳酸脱氢酶( l d h ) 活力 l d h 是在身体中能将糖分变成能量的酶之一，全身所有组织细胞中都含有l d h 。细 胞损伤时致使细胞膜通透性增加，酶大量释放，b a l f 中乳酸脱氢酶的活性增高，它的增高 提示有膜损伤或细胞的死亡和溶解。故有人认为乳酸脱氢酶是反映肺细胞损伤的早期灵 敏指标“”。本研究结果显示，g t w n tl o m g k gb w 组l d h 活力最大，与生理盐水对照组和 m w n tl m g k gb w 组相比，差异显著( p o 0 1 ) ，这说明小鼠支气管注射一定量的m w n t 引起了一定程度的肺部损伤。 6b a l f 中羟脯氨酸酶( h y p ) 含量 羟脯氨酸是反映染尘动物早期肺纤维化特异性强、相关性好的重要指标。由于肺灌 洗液直接取之于肺内，肺灌洗液细胞中羟脯氨酸含量在反映肺纤维化上就更为直接和具 第四章多肇碳纳米管生物学效应研究 有更强的特异性。由于经离心沉淀细胞可使成分富集，用常规生化方法就可以准确定量， 因而也就有更广泛的实用性。因此可以认为它是能够直接反映肺纤维化的特异指标”“。 在本实验条件下，m w n tl o m g k gb w 组与对照组和m w n tl m g k gb w 组比较，差异极其显 著( p o 0 1 ) ，此结果说明m w n tl o m g k gb w 组小鼠呈现出早期肺纤维化特征。 7 病理形态学观察 进行病理切片观察目的是尽快作出病理学诊断，以便选择手术治疗方案”1 。切片染色 方法可用以显示不同细胞和组织形态，以及细胞和组织中某些化学成分含量的变化”1 。 肺组织大体标本观察结果显示，m w n tl o m g k gb w 组小鼠肺局部呈现黑色，说明有m w n t 颗粒沉积，镜下观察表明，m w n tl o m g k gb w 组小鼠肺泡融合形成肺大泡，肺部细支气 管、呼吸性细支气管内有m w n t 沉积，肺部发生明显实变，肺部损伤严重。而持久性难 降解纳米颗粒也会在生物体内积累，特别是在肺组织、脑组织和肝组织中”1 ，因此，沉 积在细支气管、呼吸性细支气管内的m w n t 颗粒可能会在肺部积累，对肺产生损伤作用。 第四节小结 通过本章的研究，主要得到以下结论： 1 在本实验条件下，m w n tl o m g k gb w 组小鼠体重受的影响最大，小鼠体重增长缓 慢，高剂量的m w n t 对小鼠生长产生损伤作用。 2 在本实验条件下，m w n tl o m g k gb w 组脏器系数最高，与生理盐水对照组比较差 异显著( p o 0 5 ) ，与i d w n tl m g k gb w 组比较差异无显著性。说明高剂量的m w n t 对小鼠 肺产生一定的损伤作用。 3 在本实验条件下，g w n tl o m g k gb w 组小鼠肺灌洗液中自细胞数目最多，与生理 盐水对照组和m w n tl m g k gb w 组相比，差异显著( p 0 0 1 、p o 0 5 ) ，说明m w n tl o m g k g b w 组小鼠肺部出现明显的炎症反应。 4 在本实验条件下，m w n tl o m g k gb w 组l d h 活力最大，与生理盐水对照组和b l w n t l m g k gb w 组相比，差异显著( p o 0 1 ) ，说明小鼠支气管注射一定量的m w n t 引起膜损 伤或细胞的死亡和溶解，造成了一定程度的肺部损伤 5 在本实验条件下，k l w n tl o m g k gb w 组与对照组和m w n tl m g k gb w 组羟脯氨酸 ( h 1 p ) 含量比较，差异极其显著( p o 0 1 ) ，此结果说明m w n tl o r a g k gb w 组小鼠呈现 出早期肺纤维化特征。 6 肺组织大体标本观察结果显示，m v n tl o m g k gb w 组小鼠肺局部呈现黑色，说明 有m w n t 颗粒沉积，镜下观察表明，m w n tl o m g k gb w 组小鼠肺泡融合形成肺大泡，肺 部细支气管、呼吸性细支气管内有i d w n t 沉积，肺部发生明显实变，肺部损伤最严重。 沉积在细支气管、呼吸性细支气管内的m w n t 颗粒可能会在肺部积累，对肺产生损伤作 用。 综上可知，b l w n t 对小鼠肺造成一定的急性损伤作用，并且其高剂量组各指标高于 低剂量组。因此，i d w n t 对生物体健康造成一定危害，并且对环境构成潜在威胁，应引 起广泛关注。 第五章纳米铁生物学效麻研究 第五章纳米铁生物学效应研究 第一节纳米铁的应用 1 纳米磁记录介质 磁记录是信息储存与处理的重要手段，随着科学的发展，要求记录密度越来越高。 2 0 世纪8 0 年代日本就利用f e 、c o 、n i 等金属超微粒制备高密度磁带。颗粒尺寸为2 0 - - 3 0 h m ，矫顽力h c = 1 6 1 1 0 5 a m ，剩磁b r = o 3 t ，适用于纵向式垂直记录，记录密度 可达1 0 7 - 1 0 8 b i t i n 2 ，且可降低噪声，提高信噪比。由它制成的磁带、磁盘也已商品化嘲1 。 2 在机械工程中的应用 人们研究发现，由6 n m 的铁微粉压制而成纳米晶块体铁材料，较普通钢铁强度提高 1 2 倍，硬度提高2 - 3 个数量级。利用纳米铁材料，可以制成高强度、高韧性的特殊钢材 删 o 3 作为催化剂 纳米微粒表面活性中心多，用作催化剂，可大大提高反应速率，控制反应速度，甚 至使原来很难进行的反应也能进行。很多研究结果表明，纳米微粒作为催化剂比一般催 化剂的反应速度提高1 0 - 1 5 倍。将超细的铁、镍与y f e z 0 3 混合，经烧结可代替贵金属 而作为汽车尾气净化的催化剂，超细铁粉可在苯气相中热分解( 1 0 0 0 - 1 1 0 0 ) 引起核 作用生成碳纤维m 4 水处理 在众多的纳米技术中，纳米零价铁应用于土壤与地下水修复是最为成熟的技术之 一由于零价铁应用简便而且处理对象广泛：含氯有机物，农药以及无机污染物等，因 此纳米铁技术是当前最被广泛研究的课题之一纳米铁的优势可归纳为：高的表面积。 纳米铁的表面积为平均3 3 5 m 2 g ，远远高于用在透水性反应墙的零价铁粉( 0 9 m 2 g ) ，可 显著提高反应的活性。操作的机动和便利性：纳米铁颗粒粒径很小，可以直接灌注到受 污染的地下水中，在含水层中形成透水性反应墙，大大减少了工程费用，增加了灵活性。 并且纳米铁颗粒可以直接针对污染源进行治理。 5 电导体及电磁波吸收材料 利用纳米铁粉的高饱和磁化强度和高磁导率的特性，可制成导磁浆料，用于精细磁 头的粘结结构等。 金属纳米粉体对电磁波有特殊的吸收作用。铁、钴、氧化锌粉末及碳包金属粉末可 作为军事用高性能毫米波隐形材料、可见光、红外线隐形材料和结构式隐形材料，以及 手机辐射屏蔽材料。 。 6 医学上的应用 柏林c h a r i t 医学院正在研究用纳米铁治疗癌症。所开发出的方法是，将超顺磁生 物相容纳米氧化铁颗粒胶体悬浮液引入肿瘤中，施加外磁场，使磁流体发高热，加热纳 米磁性颗粒及其周围组织，结果一些癌细胞死亡并液化，磁性颗粒均匀分布于这种含死 亡癌细胞的液体中，并进一步扩展到肿瘤中去，再施加磁场，更大面积的肿瘤得到治疗。 治疗结束时，带有铁颗粒的坏死流体，通过人体免疫系统降解1 。 第五章纳米铁生物学效应研究 第二节材料与方法 1 材料 纳米铁颗粒( 如图5 - 1 ) 购自深圳尊业纳米材料有限公司，粒径范围0 6 0 n m ，平 均粒径2 5 n m ，纯度9 9 9 ，比表面积4 0 6 0 1 2 g 。 图5 - 1 纳米铁 f i g 5 1n a n o s i z e di r o n 2 方法 2 1 动物分组 将4 5 只小鼠随机分为3 组，每组1 5 只，一组为生理盐水对照组，一组为纳米铁 1 0 m g k gb w 组，一组为纳米铁l m g k gb w 组。 2 2 实验方法 具体步骤见第二章。 第三节结果 1 小鼠体重变化率比较 由图5 2 可知，小鼠第一次染毒后至第二次染毒前( 即第四天与第一天相比体重增 长率) ，生理盐水组体重增长率最高，纳米铁1 0 m g k gb w 组增长率最低，差异显著 ( p o 0 1 ) ，纳米铁l m g k gb w 组与纳米铁1 0 m g k gb w 组相比差异显著( p o 0 5 ) 。 小鼠第二次染毒后至第三次染毒前( 即第七天与第四天相比体重增长率) ，生理盐 水组体重增长率最高，纳米铁l m g k gb w 组最低，二者差异显著( p 0 0 5 ) ，与纳米铁l m g k gb w 组相比差异显著( p 0 0 5 ) 小鼠处死后体重与第一次染毒前相比，生理盐水对照组体重增长率最高，纳米铁 l m g k gb w 组增长率最低，差异显著( p o 0 1 ) ，生理盐水对照组与纳米铁1 0 m g k gb w 第五章纳米铁生物学效应研究 组相比体重差异显著( p o 0 5 ) 6 4 2 0 8 6 t 2 0 籁嗡嚓鬓量 0 嘻、牛瓷妊七日置q皿廿皇孟 第五章纳米铁生物学效应研究 生理缃米铁1 嘶一k b - 纳米铁l - k h 图5 6b a l f 中l 伽活力比较 f i g 5 - 6c o m p 施o n o fl a c t a t ed e h y d r o g e n a s e ( l d h ) a c t i v i t yi nb a l f 6b a l f 中羟脯氨酸酶( h y p ) 含量比较 由图5 7 可知，纳米铁l o m g k gb w 组h y p 含量高于对照组和纳米铁l m g k gb w 组， 与对照组相比差异无显著性( p 0 0 5 ) ，与纳米铁l m g k gb w 组相比具有差异性 ( p o 0 5 ) 。 暑z 三 弘 望8 - 沙 3 o 生理纳米铁l 嘶k h 纳米铁l - kh 图5 7b a l f 中h ”含量比较 f i g 一5 - 7c o m p a , i s o no f h y d r o x y p r o l i n e ( h y p ) c o n c e n t r a t i o ni nb a l f 第三节讨论 1 体重变化 小鼠第一次染毒后，生理盐水组体重增长率最高，纳米铁1 0 m g k gb w 组增长率最 低，差异显著( p o 0 1 ) ，提示高剂量的纳米铁延缓了小鼠生长。 小鼠处死后体重与第一次染毒前相比，生理盐水对照组体重增长率最高，纳米铁 l m g k gb w 组增长率最低，差异显著( p o 0 5 ) ，纳米铁l o m g k gb w 组与生理盐水对照组 对比差异显著( p o 0 5 ) ，与纳米铁l m g k gb w 组比较差异显著( p o 0 5 ) ，表明纳米铁对小 鼠肺组织产生了细胞毒性。由于气管注入颗粒悬浮液后，对气道产生了炎症刺激作用， 在炎症介质和趋化因子作用下，诱使大量炎症细胞游出小血管，向肺组织内浸润，同时 肺内巨噬细胞也反应性增多吞噬大量的颗粒物，因此b a l f 中细胞总数显著性增高，出 现明显的炎症反应。 4b a i _ f 中羟脯氨酸酶( h y p ) 含量 羟脯氨酸( h y p ) 是反映染尘动物早期肺纤维化特异性强、相关性好的重要指标。 由于肺灌洗液直