（纺织工程专业论文）两种稀土纳米抗菌材料安全性的动物试验研究.pdf

摘要 本课题从免疫学和卫生毒理学的角度初步研究了两种稀土纳米抗菌材料对 豚鼠免疫功能和遗传物质的影响，并对某些器官进行了病理分析，最后对可能存 在的机理进行了初步探讨，以期为稀土纳米抗菌材料的安全研究提供一些参考。 首先，根据卫生毒理学所规定的评定外来化合物对机体毒性作用的方法，并 结合稀土纳米抗菌材料在实际应用中所使用的环境及稀土毒性的研究成果，确定 了本课题的试验设计方案，即：采用亚慢性毒作用试验方法，通过皮肤涂抹、喂 饲、注射( 静脉注射和肌肉注射) 三种不同的接触途径，检测两个不同的时间段 该纳米材料对豚鼠免疫水平( 包括体液免疫和细胞免疫) 和遗传物质的影响，并对 某些器官，如皮肤、胃、肝脏、肾脏、脾脏和骨髓等进行病理分析。 然后，从体液免疫学角度进行了血清循环免疫复合物( c i c ) 测定试验( p e g 试验) 和血清补体总量( c h s o ) 测定试验，结果显示：除皮肤接触组，其它各 组豚鼠血清循环免疫复合物的水平与对照组相比明显升高；而且用药7 3 天后豚 鼠的免疫复合物水平与用药2 5 天的豚鼠相比并没有降低到正常水平，过多的免 疫复合物对机体的免疫生成了抑制。而且沉积后成为组织器官损伤的重要因素。 除皮肤接触组，其它试验组豚鼠血清补体总量与对照组相比有显著不同。同时， 又分别从细胞免疫学角度和遗传毒理学角度进行了t 淋巴细胞亚群( t l c ) 的检 测、红细胞脆性检测、巨嗜细胞吞噬试验、骨髓细胞染色体畸变和骨髓细胞微核 分析五个试验，结果发现：t 淋巴细胞亚群测定结果显示，除皮肤接触组外， c d 3 细胞( 相当于t 细胞总数) 、c d 4 + 细胞( 相当于辅助性t 细胞) 比例以及c i ) 4 + ， c 0 8 + 值均明显降低，而c d 8 + 细胞( 相当于抑制性t 细胞) 比例反而升高。上述变化 引起细胞免疫功能失调，机体免疫调节紊乱。红细胞脆性试验中，稀土纳米抗 菌材料对豚鼠红细胞膜( 除皮肤接触组) 造成了较大的破坏，使得红细胞的溶血 脆性明显增加，这说明稀土纳米抗菌材料可能在豚鼠体内引起了自身免疫溶血性 贫血等疾病。巨嗜细胞吞噬试验结果显示：豚鼠接触稀土纳米抗菌材料后，除 皮肤接触组，豚鼠腹腔巨噬细胞吞噬率与对照组相比降低非常明显，说明细胞吞 噬活性降低，免疫功能减弱。除皮肤接触组外，其它各组豚鼠的骨髓细胞微核 率与对照组( 2 4 6 ) 相比均有明显提高，但各组试验结果没有明显的规律；用 药7 3 天后，豚鼠骨髓细胞微核率并没有降低至j 下常水平。这提示该纳米材料对 豚鼠造成了一定的遗传损伤。在染色体拍片中，可以看到骨髓细胞中有较多碎 片和微粒出现，这是染色体发生断裂和缺失的结果，反映了稀土纳米抗菌材料对 豚鼠染色体造成了较大的损伤。 另外，根据不同的接触途径对豚鼠取了不同的组织块，采用h e 染色法获得 了皮肤、胃、肝脏、脾脏、肾脏、骨髓和脑等器官的组织切片，病理分析发现， 皮肤接触组豚鼠皮肤表皮变薄、萎缩，脾小体和骨髓有轻微变化；而其他受试组 的病变主要集中在肝脏、肾脏、脾脏、骨髓几个器官上，这与所报道的稀土材料 在动物中的主要累积和作用部位基本一致。病理分析是最后的诊断，它是对上面 所述的免疫试验结果的一种验证，因而具有可靠性。 最后，得出了本课题的结论，即：在皮肤没有破坏的情况下，涂抹一定剂 量的稀土纳米抗菌材料短期内不会引起机体的损伤。通过静脉注射、肌肉注射 或口腔喂入该种稀土纳米抗菌材料均会不同程度地抑制机体的免疫功能，使机体 的免疫平衡遭到破坏，同时，也对遗传物质造成了损伤，表明该材料具有一定的 遗传毒性；病理分析结果验证该材料对各主要靶器官如肝、肾、脾和骨髓等造 成了较为严重的损伤，而且这些损伤不易恢复。因此，在稀土纳米抗菌材料的使 用过程中应注意量的合理控制，这就要求在进一步的研究过程中进行系列规模试 验，完善稀土纳米材料安全性的研究方法和体系，努力获取纳米抗菌材料的剂量 一效应关系，为它们的应用提供可靠的依据。 硕士研究生秦泗霞( 纺织工程) 指导教师马建伟教授 关键词：纳米；抗菌：毒性；免疫；遗传物质 a b s t r a c t t h ee f f e c to ft w ok i n d so fr a r ee a r t hn a n om a t e r i a l so ni m m u n ef u n c t i o na n d g e r mp l a s mo ft h et e s t e da n i m a l s ，f r o mt h er e s p e c to fi m m u n o l o g ya n dg e n e t i c t o x i c i t y , w a sr e s e a r c h e d t h ep a t h o l o g i c a la n a l y s i so ft h es o m eo r g a n sw a sd o n ea n d f i n a l l yt h ep o s s i b l ye x i s t i n gm e c h a n i s mw a sd i s c u s s e dp r i m a r i l ys o a st op r o v i d e s o m er e f e r e n c e sf o rt h es t u d yo fs a f e t yo ft h en a n om a t e r i a l s f i r s to fa l l ，a c c o r d i n gt ot h ea s s e s s i n gm e t h o ds t i p u l a t e di nh y g i e n et o x i c o l o g yt o d e c i d et h et o x i c i t yo ff o r e i g nm a t t e ro na n i m a l s c o m b i n e dw i t ht h ea c t u a la p p l i c a t i o n e n v i r o n m e n to fr a r ee a r t hn a n oa n t i b a c t e r i a lm a t e r i a l sa n dt h er e s e a r c hf r u i t st l l a t h a v ea l r e a d ye x i s t e d ，t h ee x p e r i m e n t a lp r o g r a ma n dr e s e a r c hc l u ew a st h e nc o n f i r m e d d u r i n gt h ep r o c e s so fs t u d y , t h ec h r o n i ct o x i c i t yt e s tw a sd o n e i nw h i c ht h r e e d i f f e r e n tc o n t a m i n a t i o nm e t h o d sw e r eu s e d ，i n c l u d i n gs k i ns m e a r i n g ，o r a lf e e d i n ga n d i n j e c t i n g ( i n c l u d i n gm u s c l ei n j e c t i n ga n dv e i ni n j e c t i n g ) t h el e v e lo fi m m u n i t y ( h u m o r a la n dc e l l u l a ri m m u n i t y )o ft h eb o d yw a sd e t e c t e dr e s p e c t i v e l ya tt w o d i f f e r e n tt i m ea f t e rc o n t a m i n a t i o na n dt h ep a t h o l o g i c a la n a l y s i sw a sc a r r i e do u to nt h e s o m eo r g a n s ，s u c ha ss k i n ，s t o m a c h ，l i v e ra n dm a r r o w s e c o n d l y , f r o mt h er e s p e c to fh u m o r a li m m u n o l o g y , t h el e v e lo fc i r c u l a t i n g i m m u n ec o m p l e x ( c i c ) t h r o u g hp e ge x p e r i m e n ta n dt h ea m o u n to fc o m p l e m e n t ( c h s 0 ) i nb l o o ds e r u mw e r ed e t e c t e d t h ef o r m e rt e s tr e s u l t sr e v e a l e dt h a tt h el e v e lo f c i cw a sr a i s e d ，d i f f e r i n gs i g n i f i c a n t l yf r o mt h ec o n t r o lg r o u p a n dt i l l 山e7 3 加d a y a f t e rc o n t a m i n a t i o n t h ea m o u n to fc i cd i d n tr e c o v e rt ot h en o r m a l l e v e l e x c e s s i v e c i cc a u s e dr e s t r a i nt ot h ei m m u n i t yo fo r g a n i s ma n dt h ed e p o s i t i o no fe x c e s s i v ec i c w a sai m p o r t a n tf a c t o rt om a k er e l a t e dt a r g e to r g a n sd a m a g e d ；t h el a t t e rt e s tr e s u l t s h o w e dt h a tt h et o t a ia m o u n to fc o m p l e m e n ti nb l o o ds e r u mw a sv e r yd i f f e r e n tf r o m t h ec o n t r o lg r o u p m e a n w h i l e ，f r o mt h ea s p e c to fe e l li m m u n o l o g ya n dg e n e t i c t o x i c i t y , f i v em e d i c a le x p e r i m e n t sw e r ec a r r i e do u t i n c l u d i n gt h ed e t e r m i n a t i o no ft l y m p h o c y t es u b g r o u p s ，e r y t h r o c y t ef r a g i l i t y , s w e l l i n gr a t i oo fh u g ep h a g o c y t e s ，a n d t h ee x p e r i m e n t so fc h r o m o s o m ea b e r r a t i o na n dt h em i c r o n u c l e u sa n a l y s i si nm a r r o w c e l l s t h et e s t sr e s u l t sw e r e 私f o l l o w s ，f i r s t ，t h ed e t e r m i n a t i o no ftl y m p h o c y t e s u b g r o u p sd e m o n s t r a t e dt h a tt h ep r o p o r t i o no fc d 3 + c e l l s ( e q u i v a l e n tt ot h et o t a lt l y m p h o c y t e s ) ，c d 4 + c e l l s ( e q u i v a l e n tt ot h ea u x i l i a r ytl y m p h o c y t e s ) a n dt h er a t i oo f c d 4 + c e i l st oc d 8 + c e l l s ( e q u i v a l e n tt ot h er e s t r a i n i n gtl y m p h o c y t e s ) l o w e r e d s i g n i f i c a n t l y , w h i l et h ep r o p o r t i o no fc d 8 + c e l l sa s c e n d e d 。w h i c hc a u s e dt h e i m b a l a n c eo fi m m u n o l o g i cf u n c t i o no ft h ec e l l sa n dt h ed i s o r d e ro fi m m u n o r e g u l a t i o n s e c o n d 。i ne r y t h r o c y t ef r a g i l i t ye x p e r i m e n t ，t h er a r ee a r t hn a n 6a n t i - b a c t e r i a l m a t e r i a l sb r o u g h tg r e a td a m a g et ot h em e m b r a n eo fe r y t h r o c y t e ( e x c e p tt h e s k i n - c o n t a c t i n gg r o u p ) a n dm a d et h eh e m o l y t i cf r a g i l i t yo fe r y t h r o c y t e si n c r e a s e d i s t i n c t i v e l y , w h i c hi n d i c a t e dt h a tt h e r a r ee a r t hn a n om a t e r i a l sw e r eo fs o m e p h y s i o l o g i c a lt o x i c i t yt os o m ed e g r e e t h i r d t h r o u g hs w e l l i n ge x p e r i m e n to fh u g e p h a g o c y t e s ，i tw a sf o u n dt h a tt h es w e l l i n gp r o p o r t i o no fh u g ep h a g o c y t e si np e r i t o n e a l c a v i t yd e c r e a s e dt oal o w e rl e v e ic o m p a r e dt ot h ec o n t r o lg r o u p w h i c hm e a n st h a tt h e s w e l l i n ga c t i v i t y o fh u g ep h a g o c y t e sl o w e r e da n dt h e i m m u n o l o g i c a lf u n c t i o n a t t e n u a t e d f o u r t h ，e x c e p tt h es k i n c o n t a c t i n gg r o u p ，t h er a t eo fm i c r o n u c l e u s e so f m a r r o wc e l l si na l lo t h e rt e s t e dg r o u p sr o s ec l e a r l yc o m p a r e dt ot h ec o n t r o lg r o u p ( 2 4 6 ) ，b u tt h e r ew a sn o td i s t i n c tr u l e sb e t w e e nt h e s et e s t e dg r o u p s a tt h e7 3 啊d a y , t h er a t eo fm i e r o n u c l e u s e sd i d n tc o m eb a c kt ot h en o r m a ls t a g e ，w h i c hh i n t e dt h a t t h e s en a n om a t e r i a l sp r o d u c eac e r t a i nd e g r e eo fi n h e r i t i ci n j u r yt ot h et e s t e dc a v i e s l a s t l y , i tw a sf o u n dt h a t i nt h ep i c t u r e so fc h r o m o s o m et a k e ni nt h ee x p e r i m e n to f c h r o m o s o m ea b e r r a n c e ，m a n yf r a g m e n t sa n dm i c r o n u c l e u sa p p e a r e di nt h em a r r o w c e l l s ，w h i c hw a st h er e s u l to fb r e a k a g ea n dd e l e t i o no fc h r o m o s o m e a n dt h i s r e f l e c t e dt h a tr a r ee a r t hs a n em a t e r i a l sc a u s e di n j u r yt ot h ec h r o m o s o m e si nm a r r o w c e l l s i na d d i t i o n , d i f f e r e n tt i s s u es l i c e s ，i n c l u d i n gs k i n ，s t o m a c h ，i i v e r , s p l e e n ，k i d n e y , b o n em a r r o w , b r a i na n ds oo nw e r ea c q u i r e df r o mc a v i e sa c c o r d i n gt od i f f e r e n t c o n t a m i n a t i o nw a y sa n dt h e s et i s s u es l i c e sw e r em a d ei n t ot i s s u es e c t i o n sb yv i r t u eo f h es t a i n i n gm e t h o d t h r o u g hp a t h o l o g i c a la n a l y s i s ，i tw a sf o u n dt i l a ti ns k i n c o n t a c t i n gg r o u p ，t h es k i nb e c a m et h i n n e ra n da t r o p h y , a n dt h es p l e e nc o r p u s c l ea n d b o n em a r r o wc h a n g e ds l i g h t l y ；w h i l et h ep a t h o l o g i c a lc h a n g e so fo t h e rt e s t e dc a v i e s w e r em a i n l yc o n c e n t r a t e di ns u c ht a r g e to r g a n sa sl i v e r , k i d n e y , s p l e e na n db o n e m a r r o w , w h i c hb a s i c a l l yc o n s i s t s 、析mt h em a i nc u m u l a t i n ga n da c t i n gp a r t so fr a r e e a r t hm a t e r i a l so na n i m a l s 弱r e p o s e dr e c e n t l y p a t h o l o g i c a la n a l y s i si st h ef i n a l d i a g n o s i sa n di ti sak i n do fv e r i f i c a t i o nt oa b o v e - m e n t i o n e dt e s tr e s u l t so fi m m u n i t y e x p e r i m e n t s ，s oi ti sr e l i a b l e f i n a l l y , t h ec o n c l u s i o nw a sd r a w n f i r s t l y , o nc o n d i t i o n st h a tt h es k i no fc a v i e s w a sn o ti n j u r e d d a u b i n gac e r t a i nd o s eo fr a r ee a r t hn a n oa n t i b a c t e r i a lm a t e r i a l s w o u l dn o tc a u s eh a r mt ot h eo r g a n i s m s e c o n d l y , t h r o u g ht h ec o n t a m i n a t i n gm e t h o d o fv e i n - i n j e c t i n g ，m u s c l e i n j e c t i n go ro r a l - f e e d i n g ，t h e s em a t e r i a l sc a nr e s t r a i nt h e i m m u n ef u n c t i o no fo r g a n i s mi nd i f f e r e n td e g r e ea n db r e a kt h eb a l a n c eo fi n n e r e n v i r o n m e n to fo r g a n i s m ，a n dc a na l s oc a u s ei n ju r yt og e n e t i cs u b s t a n c ea n dl e dt o t h eb r e a k a g eo fc h r o m o s o m e sa n dm i c r o n u c l e u sf o r m a t i o n ，w h i c hs h e w e dt h a tt h e s e m a t e r i a l sw e r eo fs o m eg e n e t i ct o x i c i t y t h ep a t h o l o g i c a la n a l y s i sf u r t h e rt e s t i f i e dt h a t t h em a i nt a r g e to r g a n sw e r er e a l l yi n j u r e db yt h e s em a t e r i a l sa n dt h ei n j u r i e sc o u l dn o t r e s t o r ee a s i l y t h e r e f o r e t h er e a s o n a b l eq u a n t i t yc e n t r e lo fr a r ee a r t hn a n om a t e r i a l s d u r i n gi t sa p p l i c a t i o np r o c e s si sn e c e s s a r y , w h i c hr e q u i r e st h a ts e r i e so fl a r g e - s c a l e e x p e r i m e n t sn e e dt ob ed o n ei n f u r t h e rr e s e a r c hp r o c e s ss o a st oa c q u i r et h e d o s e e f f e c tr e l a t i o no fr a r ee a r t hn a n om a t e r i a l sa n dp r o v i d er e l i a b l ee v i d e n c ef o ri t s w i d e ra p p l i c a t i o n g r a d u a t es t u d e n t ：s i - x i aq i n ( t e x t i l ee n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f j i a n - w e im a k e yw o r d s ：n a n o ；a n t i b a c t e r i a l ；t o x i c i t y ；i m m u n i t y ；g e r mp l a s m 学位论文独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文系本人在导师指导下独立完成的研究成果。文中 依法引用他人的成果，均已做出明确标注或得到许可。论文内容未包含法律意义上 已属于他人的任何形式的研究成果，也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成 果。 本人如违反上述声明，愿意承担由此引发的一切责任和后果。 论文储签名： 套彩葭 嗍：耐6 月忏日 学位论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的学位论文及相关的职务作品，知识产权归属学校。 学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校 后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为 保密目，在二年解密后适用于本声明 鬻荔望矿归霞三嚣等搿 ( 本声明的版权归青岛大学所有，未经许可，任何单位及任何个人不得擅自使用) 引言 引言 纳米材料是指尺寸介于1 n m - - l o o n m 的纳米晶和纳米超微粉，是一种界于固体和 分子之间的亚稳峰间态物质，具有明显不同于其它宏观物质和单分子的独持性质一 表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等，这一系列效应使纳 米粒子在热、电、光和机械等许多方面和宏观物质相比都发生了根本性的变化，显 示出奇异的性能。研究人员利用纳米材料的表面效应和小尺寸效应开发了许多纳米 保健产品，如：纳米抗菌助剂、保健内衣，医用手术服、敷料和饲料保鲜剂等，并 广泛地应用于医疗卫生、纺织服装和食品加工等领域，发挥了独特的卫生保健作用。 然而，由于纳米材料的特殊性，如，微小的纳米颗粒因具有强烈的吸附作用和 化学活性可能比较容易进入机体并催化有关生命物质，银系纳米材料中的银属于重 金属，稀土纳米抗菌材料中含有多种放射性物质等，这些特性对人体和生物意味着 什么到目前为止还不清楚，现在世界范围内还没有一个专门机构对纳米材料的安全 性进行过认真系统的研究，对其安全性的认识还有待于进一步的深入。本课题探索 了纳米材料安全性的研究体系、方法，初步研究了二种抗菌纳米材料对豚鼠免疫功 能和遗传物质的影响，同时观察了纳米材料对组织器官的病理损伤。 青岛人学硕十学何论文 第一章绪论 1 1 纳米材料及纳米纺织品的国内外研究动态 ， 随着科学技术的发展和人们生活水平的提高，绿色纺织品、功能纺织品层出不 穷，人们对与其生活密切相关的纺织品的卫生性及安全性也越来越来关心。在众多 的绿色纺织品中，纳米纺织品顺应人们追求纺织品卫生保健性和安全性的潮流，而 倍受人们关注。 1 1 1 纳米材料的国内外研究动态 纳米技术作为近年来兴起的一门高新技术，在机械、电子材料、光学、化工、 医药、纺织等领域正在取得越来越广泛的应用。 应用纳米材料最早可追溯到一千年以前，如利用燃烧蜡烛的烟雾制成碳黑作为 墨的原料，就是最早的纳米材料雏型；古代铜镜表面的防锈层，经分析检测证实为 纳米级二氧化锡颗粒构成。而人们自觉地研究纳米材料，使之逐步形成- - fj 新兴的 材料科学，最早是由1 9 5 9 年诺贝尔物理奖获得者费曼提出的，但无法直接观察其真 实面目。1 9 8 2 年扫描隧道显微镜发明后，人们才有窥测纳米材料的工具，由此诞生 了纳米学。自1 9 9 0 年7 月在美国巴尔基摩召开的第一届国际纳米科学技术会议上， 正式确认纳米材料为材料科学的一个新的分支，使纳米材料的研制和应用进入了一 个新的阶段，到1 9 9 9 年纳米技术己逐步走向工业化。美国科学技术委员会于2 0 0 0 年3 月正式向美国政府提出报告，称纳米技术将成为2 1 世纪前2 0 年的主导技术， 是下一次工业革命的核心。除了美国，德、f i 、英、法等国也将纳米技术研究列 入国家重点研究项目。 1 9 9 2 年我国将纳米材料科学作为重大基础研究列入国家攀登计划，并确定其为 “高度重视并大力发展的九大关键技术之一 。我国目前主要在纳米材料方面取得了 一些进展。专家认为，无论从研究对象的前瞻性、基础性还是成果的学术水平和运 用性，我国纳米材料研究都已在国际上占有一席之地。例如在纳米抗菌剂方面，已 有国家超细粉术研究中心、上海泰谷科技、浙江余地亚等研制出了非溶出性、安全 性高、抗菌永久性好、不挥发、耐热可达1 2 5 0 c 以上、分散性好、属于环保型的抗 菌剂，并与数家工厂联合开发了抗菌建筑卫生制品：我国第一家金属纳米粉末生产 厂家，也是国内从事纳米技术研发的专业化企业之一一山东正元纳米材料工程有限 公司，已成功开发出涉及多种金属纳米粉术、系列纳米复合抗菌材料、纳米二氧化 2 第一章绪论 钛溶胶和浆料及其结构材料等三大类3 0 多个处于国内外领先水平的产品。 目前全球纳米材料的年产值已达5 0 0 亿美元，预计到2 0 1 0 年将达到1 4 4 0 0 亿美 元。、 1 1 2 纳米纺织品的国内外研究动态 5 0 、6 0 年代时的美国和7 0 年代中期以后的r 本，在卫生整理纺织品方面就已 经实现了工业化生产。开发最早而且一直延续至今的是纺织品抗菌防霉、防臭的整 理方法，发展到当前的有美国道康宁公司的d c 5 7 0 0 ( 二甲氧基硅丙撑十八烷基二甲 基氯化铵) 、汽巴公司的i r g a l a n d p 3 0 0 ( - - 氯苯氧氯酚) 等1 。 这种方法得以普遍采用的原因是加工方便，并且可供选择的抗菌剂品种较多， 适用范围也广，但是抗茵效果不能耐久，经过若干次沈涤后即失去抗菌效果。尽管 如此，天然纤维由于难以通过纤维改性的方式获得抗菌效果，所以到目前为止，用 天然纤维制成的纺织品仍以抗菌剂整理的方法为主。由于化纤可以为纤维改性提供 十分广阔的余地，所以自8 0 年代开始采用以混纺式为主的方法，将纤维改性以获得 具有持久抗菌效果的纺织品。早期用于化纤共混纺丝的抗菌剂一般均为含重金属离 子的复合物，由于它具有生态毒性，后来又开始采用离子结合的氟石作为抗菌剂， 这种抗菌剂具有广谱抗菌效果，对人体无害，而且热稳定性好，有利于共混纺丝， 但其抗菌率仅达7 0 一8 0 。8 0 年代也开始通过化纤与无机抗菌剂共混纺丝获得持 久性抗菌纤维，包括稀有金属元素、氧化物和多种化合物，根据杀菌机理的不同， 又可分为接触性抗菌剂和光催化抗菌剂。由于近年来纳米技术的发展，发达国家能 够批量生产亚微米和纳米级无机抗菌剂，并可共混引入化纤之中，确保了抗菌化纤 的产业化。 我国从1 9 9 3 年开始对抗菌材料进行研究，在抗菌剂方面研究首先取得突破的有 中国建材研究院( 钛系) 、景德镇陶瓷学院、武汉工业大学( 银系) 等阳1 ：以国家超细粉 末工程研究中心为龙头和清华、浙大等均成功地研制出纳米材料抗菌剂；上海泰谷 科技有限公司、浙江金地亚等公司均已生产出成品，并在四川四维、涪陵建陶、江 苏宜兴联陶、福建豪盛等公司生产出墙地砖和卫生陶瓷样品，有的已批量投产。 随着社会对多功能纺织品需要的不断增加，研究人员将纳米材料的两种或者多 种功能复合起来，用于一类功能织物的开发，如：开发出既具有抗紫外线功能又能 抗菌的纳米粉体，就可以用后整理方法生产出夏、秋季穿用的衬衣和t 恤衫：再如 生产具有防水、透湿和抗菌性能的服装；还可以生产出既屏蔽紫外线、又能屏蔽红 外线，同时还可以抗菌的复合功能服装来，这系列的纳米纺织品都有着巨大的市 场前景。 青岛人学硕十学何论文 1 2 国内外纳米材料安全性的研究现状 利用纳米材料的独特性能，许多具有抗菌保健性能的纳米产品已被开发出来， 如，纳米抗菌剂、保健内衣、医用手术服、敷料和饲料保鲜剂等，并广泛地应用于 与我们的生活密切相关的纺织服装和卫生等领域。然而，由于所使用的纳米材料的 特殊性，如银属予重金属物质。稀土元素本身具有放射性，而且在产品中的放射性 是处在衰变、增长之中“1 。所以，纳米材料的安全性( 安全性是衡量化学材料可应 用性的一项重要指标，本质含义是指对环境和人体没有危害) 问题值得引起我们的 注意，美国科学杂志也对纳米材料的安全性提出了担忧5 1 。目前，一些发达国 家的研究人员已经对某些纳米材料的安全性进行了有益的探索。 1 2 1 美国纳米材料安全性的研究现状 在美国于2 0 0 3 年召开的第2 5 届全美化学年会上，美国休斯顿n a s a j o h n s o n 空 间中心的l a m 和d e l a w a r e 州d u p o n t 公司的w a r h e i t 两个研究组曾报告说，纳米管 会损害老鼠的肺部组织。l a m 研究组将老鼠分别与下述4 种物质接触：单壁碳纳米 管与用于制造纳米管的金属催化剂微小粒子的混合物，除去了余属后的单壁碳纳米 管，碳黑和所有形状像非晶态微小粒子的碳物质，以及纳米石英粒子，试验发现材 料都明显地显示出毒性。他们用含有适中浓度或高浓度的这种纳米物质的溶液喷到 老鼠的腿部，让它们呆上7 到9 0 天，看其结果。生理组织学检测表明，所有的粒子 都进到老鼠的肺泡中，肺中的细小空气液囊和存留在那里的绝大多数粒子甚至于在 9 0 天之后也互相作用；碳黑粒子则诱发小的炎症：而且即使在低浓度下，含有或不 含金属的碳纳米管也会诱发肉牙肿，他们认为这是一种围绕着纳米粒子的坏死和活 的细胞组织联合体，表示有明显的毒性。w a r h e i t 也报道了有相似的可见肉牙肿的 形成，但是他的研究组发现炎症在3 个月之后有所减轻。但这两组研究人员一致认 为，有关纳米管毒性的结论，还必须在经过科学家们对动物腿部组织与纳米粒子相 互作用的过程做出详尽研究后才能得出6 ，。 纽约r o c h e s t e r 大学医学和牙科学院的毒物学家o b e r d o r s t e r 报道说，在含有 粒径为2 0 n m 的p t f e ( 聚四氟乙烯) 纳米粒子的空气中暴露1 5 分钟，大多数动物在 4 小时内就殛去；但是暴露在含有大小为1 3 0 n m 的p t f e 粒子( 相当于小细菌的大小) 的空气中，并没有致病效应。 国外，也有人采用纳米纺织品直接贴覆皮肤的方法，将纳米纺织品用于临床试 验中一。研究发现：银离子能从纳米纺织品中游离出来，不仅能杀灭细菌，而且它对 细胞还具有反分化的作用，可以加速病人伤口的愈合；同时，还发现它会引起病人 伤口的不良反应。但是，并未对银离子的作用机理进行详细的研究。 4 第一章绪论 1 2 2 国内纳米材料安全性的研究现状 1 2 2 1 细胞毒理学研究方法( m t t 分析法) 测定细胞o d ( 吸光度值) 值川 湖南大学生物技术研究院有人从细胞毒理学的角度，采用m t t 分析方法( m t t 是一种黄色、可溶性四错哗盐，在活细胞线粒体内可被脱氢酶还原为蓝紫色沉淀物 即m t t 甲僭，使细胞染色，对死亡细胞无染色，该沉淀物可被有机溶剂洗脱，通过 分光光度仪定量测定溶解于有机溶剂中的m t t 甲僭的染色浓度，从而评价细胞的增 殖率和死亡率。该法检测指标灵敏，细胞数量减少至3 0 0 0 个或细胞代谢的微小变化 均被检测) 结合激光共聚焦荧光显微成像系统，研究了无机硅壳类纳米颗粒，包括 无机二氧化硅纳米颗粒( s i n p ，d = 5 0 + 4 n m ) 、二氧化硅壳荧光纳米颗粒( f s i n p ， d = 5 0 4 n m ) 以及二氧化硅磁性纳米颗粒( m s i n p ，d = 4 0 5 n m ) 对c o s - - 7 细胞、h n e l 细胞和m c f 一7 细胞的毒性。他们把纳米颗粒与细胞共同培养达到一定时问后用快 速翻转培养板的方法去除培养液，加入m t t 溶液和溶剂经过一系列反应后，用e l 3 1 2 e 型酶联免疫检测仪测o d 值，将之与对照组进行比较。同时，还要对细胞进行传代培 养观察：将与二氧化硅壳荧光纳米颗粒培育后的细胞连续培养1 0 天，细胞传代4 次， 采用激光共聚焦荧光显微镜跟踪观察。试验发现：无机硅壳类纳米颗粒的量控制在 一定范围内，即在培养细胞中加入的浓度为1 2 u g u l 的纳米颗粒的量小于3 0 u l ( 纳 米颗粒终浓度约1 5 6 0u g m l ) 时，二氧化硅壳纳米颗粒能够被细胞吞入，并与细 胞有很好的相容性，吞噬了纳米颗粒的h n e l 细胞生长旺盛，细胞形态良好，与对照 组细胞相比，在细胞形态上没有明显的区别，而且测得经纳米颗粒作用后的细胞o d 值与对照组细胞的o d 值也非常接近。但是，当在培养细胞中加入的浓度为1 2 u g u l 的纳米颗粒的量大于3 0 u l 后，即纳米颗粒终浓度约1 5 6 0u g m l 时，与纳米颗粒 作用后的细胞的0 d 值较对照组细胞的o d 值明显变小，说明在培养细胞中大量地加 入纳米颗粒会影响细胞的生长和代谢，导致活细胞数明显减少。而且，无论是对正 常细胞( c o s 一7 细胞) 还是癌变细胞( m c f _ 7 细胞) ，影响结果都是相同的。他们认为 这可能是因为在培养细胞中加入一定量的纳米颗粒后，纳米颗粒被细胞当成异物内 吞并随之代谢；但是，当在一定培养细胞中加入的纳米颗粒过多后，给细胞的内吞 和代谢都带来了超重负荷，从而对细胞的生命活动和代谢有了明显的影响。因此， 在将无机硅壳类纳米颗粒应用于生物医学时，只要将纳米颗粒浓度控制在有效浓度 范围内，该类纳米颗粒将会具有很好的细胞相容性，这为无机二氧化硅纳米颗粒在 生物医学中的应用提供了一定的理论依据。 然而，由于这种方法是把细胞用于体外培养，细胞在体外培养过程中对环境因 素太敏感，而且在试验过程中所用的纳米材料的剂量，对生物体来说参考意义较小： 另外，纳米材料直接作用于细胞的影响机制与对生物体的影响机制之间存在较大距 青岛人学硕十学位论文 离。因此，用体外细胞培养的方法来研究纳米材料对人体的安全性问题有着较大的 局限性。 1 2 2 2 经口急性毒性动物试验方法测定l d s o ( 半数致死量) 山东省疾病预防控制中心曾采用霍恩氏法，经口灌喂方式对2 0 只小鼠进行染毒 试验，所用药品为多功能纳米抗菌陶瓷白色粉术。试验前将雌雄动物随机分为4 组， 每组5 只，空腹1 空小时供试验备用。各组动物染毒设计剂量分别为1 0 0 0 0 、4 6 4 0 、 2 1 5 0 、1 0 0 0 m g k g b w ，一次性经口灌胃，灌胃量为0 1 m l l o g b w ，每天观察和记录 各组动物中毒表现和死亡动物数，1 4 天结束试验。研究发现，染毒后，各剂量组动 物均未出现明显中毒表现，动物饮食、生长状况良好；而且各组动物未出现死亡。 并根据急性毒性分级标准，该样品经急性经口毒性试验验证实际无毒，但是未对机 理进行详尽的阐述。 1 3 本课题的研究意义和思路 由于纳米材料具有独特的性能，人们正试图将纳米材料应用于各行各业中，如， 纳米抗菌材料已经作为助剂或添加剂应用于除臭剂、抗菌纺织品、饲料保鲜，甚至 医药中，显然，纳米材料与我们的生活越来越近，而且从长远角度看，与人类安全 息息相关。因此，将纳米材料的安全性问题作为一个重要的课题进行研究是必需的。 通常，化合物安全是指它对人体和环境无毒，对化合物安全性的评价一般是借 助毒理学试验来实现的。根据研究对象的不同，可以采用不同的毒理学试验方法， 如食品毒理学、工业毒理学、环境毒理学和卫生毒理学等。而外来化合物是卫生毒 理学的主要研究对象。凡在人类生活的外界环境中，可能与机体接触而进入机体并 具有生物学活性，可能引起一定生物学作用的化学物质，均可称为外来化合物。稀 土纳米抗菌材料作为外来化合物的一种，关于其安全性我们着手从卫生毒理学的角 度进行研究。依据