利用放射性示踪技术研究纳米二氧化铈在动物体内的代谢行为

随着纳米科学和纳米技术的飞速发展，越来越多的纳米材料被用于工业生产和日常生活，同时纳米材料的安全性问题也引起了人们的广泛关注。纳米二氧化铈是一种具有广泛应用前景的纳米材料，其环境效应及生物安全性已成为研究的热点。但目前已有的工作多集中于纳米二氧化铈暴露在细胞层面上的生物效应方面，对于其在动物个体层面上的代谢行为及相关效应的研究还未见报道。纳米材料在动物体内代谢与分布情况的定量检测比较困难，而放射性同位素示踪技术是解决这一问题的有效方法。本项目选择纳米二氧化铈为研究对象，利用放射性同位素示踪技术，研究纳米稀土二氧化铈在动物体内的代谢与分布情况；探讨纳米材料代谢行为与粒径、形貌、化学组成等物理化学特性之间的内在关系，并为纳米材料大规模应用的生物安全性评价提供毒理学素材。本研究将为纳米科技的健康发展提供科学依据，具有重要学术和社会意义。

随着纳米科技的飞速发展，各种人造纳米材料的生产与应用也越来越多。纳米材料特殊的物化性质在赋予其新奇功能的同时，也可能对人类健康与环境产生不可预计的危害。为了研究纳米材料的生物效应与安全性，纳米毒理学已成为一门新兴学科，并在过去的十年中迅速壮大。. 纳米二氧化铈是一种具有广泛应用前景的纳米材料，其环境效应及生物安全性已成为研究的热点。但由于缺乏合适的技术，针对纳米二氧化铈的体内代谢及环境行为的定量研究还有相当的难度。本项目在方法学研究方面取得了一些重要进展，从而使得上述研究成为可能：放射性标记结合成像板显像的方法可以量化的描述纳米二氧化铈在组织中的分布，并提供ppb级的定量检出限与优于100微米的空间分辨率；基于扫描透射软X射线显微成像技术（STXM）的原位元素化学形态分析方法可以进行纳米材料在组织样本中的生物转化研究。这些尝试拓展了核分析方法在纳米毒理学中的应用。. 基于上述方法，本项目研究了纳米稀土二氧化铈经气管滴注后在肺部的沉积与清除，以及向肺部次级靶器官的转运，重点研究了肺中纳米二氧化铈的清楚机制。我们还揭示了鼻腔中沉积的纳米二氧化铈直接通过嗅神经向中枢神经系统转运的行为，血液中纳米二氧化铈跨“胎盘屏障”转运的尺寸依赖性，以及纳米二氧化铈在模拟水生态中的迁移行为。利用成像板获得的二维图像首次报道了纳米二氧化铈在植物体内独特的迁移行为。利用STXM技术，首次报道了纳米金属氧化物在组织中化学形态转化的原位信息，并纠正了学术界原先认为纳米二氧化铈不能被生物降解的错误观点。这一发现要求我们对纳米二氧化铈的毒性机制以及纳米二氧化铈的环境浓度等已有研究结果进行重新审视。. 此外，我们还对纳米二氧化铈的一些生物效应进行了研究。例如，小尺寸效应对纳米二氧化铈抗菌性的影响；纳米二氧化铈细胞毒性的尺寸依赖性与形状依赖性；甚至毒理实验所用的分散介质都可能影响纳米二氧化铈的生物效应。我们还首次在环境相关剂量浓度下报道纳米材料的环境负面效应，并被美国化学会C&EN网站报道，将纳米毒理学研究的紧迫性提升到了新的高度。. 本项目的实施，取得了一系列的成果，锻炼了队伍，并有力地拓展了核分析方法在纳米毒理学中的应用，体现出常规方法所不能及的技术优势。