氣相二氧化硅的原生粒子粒徑約7~40nm，是一種典型的納米材料，作為全球應(yīng)用最廣的、產(chǎn)量最大的納米材料，其本身具有熱穩(wěn)定性、化學(xué)惰性、高親水性和弱滲透性等獨(dú)特的理化性質(zhì)，被廣泛應(yīng)用于多個行業(yè)，大量用于與人體密切接觸或直接攝入進(jìn)入人體。同時大量生產(chǎn)和研究人員可以通過皮膚直接接觸、呼吸道吸入、消化道攝入等途徑進(jìn)入相關(guān)個職業(yè)人群和接觸人群體內(nèi)。由于納米材料本身結(jié)構(gòu)功能的活躍性，納米材料的生物安全及納米毒理學(xué)研究對納米科技的發(fā)展和應(yīng)用顯得尤為重要。充分認(rèn)識納米二氧化硅具體的毒理性作用和機(jī)制將可為將來納米顆粒的安全研發(fā)，為氣相二氧化硅在與人體接觸的行業(yè)中大規(guī)模應(yīng)用提供理論依據(jù)。
細(xì)胞是機(jī)體結(jié)構(gòu)和功能的基本單位。納米二氧化硅對多種細(xì)胞都有較明顯的毒性作用。納米二氧化硅的毒性作用機(jī)制主要分為五個方面。
1.氧化應(yīng)激
氧化應(yīng)激是納米材料常見的毒性作用機(jī)制,也是較為關(guān)鍵的作用路徑。納米二氧化硅本身具有高反應(yīng)性和高生物活性,其通過內(nèi)吞作用進(jìn)入細(xì)胞后可誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)超氧自由升高,導(dǎo)致氧化應(yīng)激反應(yīng)和細(xì)胞損傷。研究發(fā)現(xiàn), 納米二氧化硅通過不同途徑進(jìn)入生物體均可引起多個臟器發(fā)生氧化應(yīng)激反應(yīng)。
2.炎性反應(yīng)
進(jìn)入生物體的納米二氧化硅可引起炎癥反應(yīng),炎癥可使部分細(xì)胞變性、壞死,從而引起生物機(jī)體機(jī)能發(fā)生改變納米二氧化硅可使生物體炎癥反應(yīng)發(fā)生的危險性增加,炎癥反應(yīng)是其引發(fā)生物毒性的機(jī)制之一。
3.線粒體損傷
線粒體是大多數(shù)細(xì)胞產(chǎn)生能量的主要場所,也是細(xì)胞中活性氧的主要來源,所以線粒體損傷可引起細(xì)胞或機(jī)體發(fā)生功能性障礙。納米二氧化硅可使心肌細(xì)胞線粒體膜電位改變,使細(xì)胞ATP（三磷酸腺苷）供應(yīng)障礙,從而引起心肌細(xì)胞功能障礙。
4.DNA損傷
作為細(xì)胞遺傳信息的攜帶者,DNA損傷必然會引起細(xì)胞功能障礙,從而呈現(xiàn)相應(yīng)的表型。納米二氧化硅通過使細(xì)胞骨架紊亂,可直接破壞DNA雙鏈結(jié)構(gòu),使組蛋白磷酸化,從而使DNA無法正常發(fā)揮功能。納米二氧化硅可直接使細(xì)胞核結(jié)構(gòu)破壞,從而使細(xì)胞發(fā)生凋亡。
5.其他機(jī)制
納米二氧化硅可使多種細(xì)胞發(fā)生內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激,從而使細(xì)胞發(fā)生凋亡。低劑量納米二氧化硅能使肝出現(xiàn)肉芽腫,并逐漸出現(xiàn)纖維化,并在多個器官(肝、心臟、肺)均出現(xiàn)肥大細(xì)胞聚集。總之,納米二氧化硅的毒性作用機(jī)制呈現(xiàn)多樣化形式,這在評價納米二氧化硅的毒性作用時需特別注意,以免遺漏有關(guān)作用,造成判斷失誤。
雖然氣相二氧化硅屬于納米二氧化硅的范疇，但是由于氣相二氧化硅在平常處于附聚體狀態(tài)，粒徑分布在10-50um級，即使在液相或固相體系中充分分散，氣相二氧化硅也是以聚集體狀態(tài)存在，粒徑分布100-300納米。將氣相二氧化硅分散到原生粒徑極其困難。
研究（Zhou F, Liao F, Chen L,et al. The size-dependent genotoxicity and oxidative stress of silica nanoparticles on endothelial cells [J]. Environ Sci Pollut Res Int,2019, 26(2)：1911-1920.）表明：將納米二氧化硅通過鼠尾靜脈注射入小鼠體內(nèi)發(fā)現(xiàn),粒徑(10、30、50、70、100、300、1000nm)大小與血小板減少、肝損傷和致死毒性之間呈負(fù)相關(guān)。即粒徑越大，納米二氧化硅在生物體內(nèi)的毒性越小。此外粒徑越大，納米材料進(jìn)入生物體內(nèi)的難度越高。綜上，雖然包括氣相二氧化硅在內(nèi)的納米二氧化硅具有一定的生物毒性，但是由于氣相二氧化硅的粒徑相對較大，其生物毒性處于相對較低的水平。
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