利用核分析技术研究几种典型纳米材料对A549细胞的毒性效应

摘要

纳米二氧化钛材材料、石墨烯及其复合材料是当前研究比较热门且具有代表性和应用广泛的几种典型纳米材料。纳米二氧化钛材料主要以锐钛矿型和金红石型两种不同的晶相存在，它们因其特殊的物理化学特性广泛应用于涂料、化妆品、水污染处理、催化剂、电子材料、药品以及生物医学等方面。石墨烯及其衍生材料近些年也成为科学各个领域中众所瞩目的热门材料，在信息领域、能源领域、器件制造以及生物医学领域，均有潜在的研究价值和应用前景。由于这两种材料在生物医学领域的应用前景较大，很可能成为新的疾病诊断、治疗方式、药物开发的突破口，因此研究其与细胞之间的相互作用就显得非常重要。
　　本课题以人肺腺癌细胞A549为作用对象，利用分子生物学技术、电子显微技术、同步辐射技术等多种手段，在细胞和分子水平上，比较系统全面的研究了两种晶型纳米二氧化钛材料、石墨烯及其衍生材料的生物学效应、对细胞的毒性效应及其可能的作用机理，以便为这几种典型的纳米材料的安全利用提供有效的理论依据。研究所取得的主要结果如下：
　　1、由分子生物学技术研究得到，两种晶型TiO2NPs对A549细胞的细胞膜、线粒体有不同程度的毒性损伤但存在明显性差异，这可能是由于晶相的不同所造成的。
　　2、从形态学上观察，锐钛矿型TiO2NPs主要以几十纳米的粒子团聚体分布于细胞膜附近，且未明显观察到细胞膜破损的现象，而金红石型TiO2NPs主要以几百纳米的粒子团聚体分布在细胞质中。
　　3、光谱学分析结果发现，两种晶型TiO2NPs确实和细胞内的某些物质发生了反应，但晶相结构的不同与材料对细胞的作用位点没有影响。
　　4、GO具有较好的生物兼容性，对细胞并未引起严重的毒性损伤。
　　5、G-T进入细胞后，TiO2与石墨烯分离，引起了对A549细胞的毒性损伤，这与TiO2单独作用细胞引起的损伤相类似，由此可见石墨烯衍生物材料对细胞的损伤主要来源于附载的金属材料，这可能是由于氧化应激造成的。