TiO2粉体对小鼠主要脏器中微量元素影响
作者：黄飚 秦红梅 刘冰 麻懿馨 金一和 Kouichi Shima 安部隆司 齐藤宪光
【关键词】 TiO2粉
随着纳米科技和制备技术的，纳米材料被广泛应用于材料、化妆品、医药和化工等众多领域〔1，2〕，而纳米材料的超微性，使之理化性质与普通颗粒污染物相比发生了根本性改变，有可能导致生物效应性质和强度的改变。同样质量浓度下，纳米粒子将比微米粒子的数量多且活性高，纳米粒子能够进入生物体内微米级颗粒材料所不能抵达的区域，与细胞发生反应的机会更大，纳米粒子将对机体产生比普通颗粒污染物更大的影响〔3，4〕。而迄今为止世界各国尚未制定出针对纳米材料特性的安全评价标准和劳动保护条例。目前，国内外已经进行了部分纳米粒子在动物体内的吸收、分布和排泄的研究，但关于纳米粒子在人体内的生物转运及其机制的研究较少。本文旨在比较纳米和微米TiO2粉体对染尘小鼠主要脏器中微量元素含量的影响。为进一步评价纳米材料对脏器损伤积累毒性毒资料，为探讨其毒作用机制提供依据。
1 材料与方法
1?1 实验材料及仪器
纳米二氧化钛(nm-TiO2，山东正元纳米材料工程有限公司)，粒径为(10±5)nm；微米二氧化钛(μm-TiO2，大连天和保健品公司)，粒径为1～5μm。JY38S单道扫描型高频电感耦合等离子直读光谱仪(法国Jobin Yvon公司)。
1?2 实验动物及分组
健康雄性昆明种小鼠50只，体重18～22 g(医科大学实验动物中心)。实验室内驯养1周，按体重随机分为5组，每组10只动物。染尘剂量组设置为纳米TiO2 50，200 mg/m3组，微米TiO2 50，200 mg/m3组及空白对照组。动物染尘期间不进食、不饮水，其余时间动物自由进食饮水。
1?3 染尘方式
染尘柜为体积100 L的圆柱型有机玻璃染尘柜，中下部设置铁丝网隔帘，底部放置一个QA12025HSL2型风扇。每个柜中放2只动物于隔帘上，启动风扇，分别将预先称好的受试物撒入染尘柜中。对照组不撒粉尘，只吹风扇。呼吸道吸入染尘2 h。隔日染尘1次，连续染尘28 d。实验结束时，将小鼠脱颈椎处死，采集小鼠肺、心、肝、肾、脑组织，-70℃冷冻保存。
1?4 方法
电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-OES)测定。
1?4?1 ICP-发光法测定条件
焦距1 m；光栅刻线4320条/mm；高频输出：1.0 kW；同轴型玻璃雾化器；等离子气体：氩气；喷雾器压力250 kPa；流量：1.5 L/min；等离子总体流量：15.0 L/min；辅助总流量：0.9 L/min；测光方式：直接峰(正面)。重复稳定性测验3次，每次15 s。本底矫正合格。内标：标准T1(铊)溶液，配置H20内标单色仪。
1?4?2 定量测定方法
称取0.5 g样品加入2.0 ml浓硝酸中，轻微振荡后加入2.0 ml双氧水。融解后的样品经砂浴(100℃)后，过滤，准确定容至1.0 ml。采用ICP-OES测定小鼠肺、心、肝、肾、脑组织中Ca、Fe、Mg、Zn和Ti含量。
1?5 统计分析
采用SPSS 13.0软件进行分析。正态分布的资料采用方差分析进行统计处理；非正态分布的资料采用秩和检验进行统计分析，P<0.05作为显著性水平。
2 结 果
2?1 纳米和微米TiO2粉体染尘后小鼠脏器微量元素含量比较
纳米TiO2 200 mg/m3，染尘组肺组织中TiO2浓度为(0.10±0.03)ng/g之外，对照组和其他染尘组肺脏、肝、肾、脑、心脏组织中均未检出TiO2。各实验组与对照组心脏、肝脏和脑组织中Fe、Mg、Zn分别分(94.18±17.70)，(202.16±32.11)，(20.06±2.51)ng/g；肺组织Mg和Zn分别为(179.91±11.49)，(21.47±3.30)ng/g；肾组织中Ca和Zn分别为(98.77±14.95)，(21.62±1.42)ng/g，比较差异均无统计学意义(P>0.05)。肺组织中Mg在微米2个剂量组浓度分别为(177.19±10.73)和(196.44±16.75)ng/g及纳米2个剂量组浓度分别为(201.73±16.03)和(186.19±11.88)ng/g，差异有统计学意义(P<0.05)。
2?2 相同剂量纳米和微米TiO2粉体染尘后小鼠主要脏器微量元素含量比较
纳米TiO2 50 mg/m3组肺脏和肝脏组织中Fe和Ca浓度分别为(98.06±7.13)和(63.39±9.37)ng/g，显著低于相同剂量微米组(P<0.05和P<0.01)；而肺脏Mg为(201.73±16.03)ng/g，显著高于相同剂量的微米组(P<0.01)。纳米TiO2 200 mg/m3组肾脏Fe浓度为(50.69±9.95)ng/g，显著低于同剂量微米组(P<0.05)。染尘组脑组织中Ca浓度均显著高于对照组(P<0.01)，并且纳米TiO2染尘组脑组织中Ca浓度明显高于同剂量微米染尘组(P<0.05)。
3 讨论
同一材质的纳米粒子表面结构不同所产生的毒性作用性质和强度有差异〔9〕。本实验结果表明，纳米和微米级TiO2经呼吸道染尘能够影响实验动物各组织中Ca、Fe、Mg、Zn等微量元素的含量，纳米TiO2对不同脏器组织中不同微量元素含量的影响作用存在着差异。主要差异表现在纳米TiO2 50 mg/m3组，肺脏和肝脏组织中Fe和Ca浓度显著低于相同剂量微米组。而肺脏中Mg浓度显著高于相同剂量微米组。纳米TiO2 200 mg/m3组肾脏Fe浓度显著低于同剂量微米组。染尘组脑组织中Ca浓度均显著高于对照组，并且纳米TiO2染尘组脑组织中Ca浓度明显高于同剂量微米染尘组。纳米粒子由于粒径小，表面原子比例很高，因此可通过范德华力、氢键以及弱共价键作用相互吸引，形成二次颗粒、三次颗粒，即团聚体，失去纳米效应，并表现出较大颗粒的作用〔5，6〕。Teflon纳米粒子能进入肺间质，引起肺损伤〔7〕，但在空气中暴露3～4 min后，便形成微米粒子团聚体，失去毒性〔8〕。目前的纳米材料毒性实验中给予动物的纳米粒子浓度较高，因此，这些高浓度的纳米粒子吸入后很可能最后起作用的是纳米粒子的团聚体，从而影响对纳米材料毒性评价的准确性。由于对其发生的机制如Ca在脑中的浓度变化是细胞外还是在细胞内等还不清楚，其产生的生理作用也有很大差异，因此，有关机制需进一步研究。
【】
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