纳米TiO2和复合纳米TiO2（GNS- TiO2, DNA- TiO2）材料对细胞的毒性作用及其分子机制的研究

纳米TiO2及其复合材料广泛应用于工业、电子、医药、环境等领域，促进社会经济的发展，但它所引起的生物安全性问题也成为目前研究的热点之一。纳米材料的生物安全性研究已经展开，但目前仍缺乏实验数据证实，使得大部分工作尚停留在假设和猜想阶段。本项目主要利用同步辐射、氧自由基显示技术、透射电子显微镜、激光扫描共聚焦显微镜和分子生物学等先进的技术研究纳米TiO2和复合纳米TiO2（GNS- TiO2, DNA- TiO2）材料对细胞的毒性作用及其可能的分子机制。通过钛纳米材料对不同细胞的作用，探索研究钛纳米材料造成细胞内氧化应激效应、与细胞内靶蛋白直接结合的配位形式和DNA的损伤效应等问题，这对阐明钛纳米材料对细胞毒性作用的分子机制具有重要的意义，为纳米材料的生物安全性研究机广泛应用提供可靠的实验依据。

基本按原计划执行项目的所有内容,这为阐明钛纳米材料（TiO2， DNA-TiO2和GNS-TiO2）对细胞毒性作用的分子机制以及纳米材料生物安全性的深入研究提供可靠地实验依据。建立了利用先进同步辐射XAFS和XRF，及氧自由基显示与TEM检测结合等技术评估纳米TiO2和复合纳米TiO2材料(DNA-TiO2，GNS-TiO2）对细胞毒性作用。在项目执行过程中，也开展了一些原计划没有列入的工作：如纳米TiO2颗粒的大鼠生物学效应、碳基纳米材料的细胞和大鼠的生物学效应等研究。.纳米TiO2材料在分散过程中表面产生少量的自由基，与细胞作用后，诱导细胞内活性氧物种不断生产，还原性谷胱甘肽水平降低，突破细胞的自身防御能力，致使细胞的存活率降低；纳米TiO2材料以内吞或跨膜的方式进入细胞，并主要富基于线粒体、自噬泡和溶酶体中，少量能进入细胞核。不同粒径和不同晶型的纳米TiO2材料进入细胞后，Ti元素的近邻结构发生了很大的变化，且与细胞作用后Ti元素的近邻结构都一样。由此可见：二氧化钛材料与细胞内的蛋白、DNA和RNA的物质形成了化合键，如Ti-O-P等。纳米TiO2材料与DNA作用强烈依然与材料的晶型结构，发现锐钛矿性纳米纳米TiO2材料与DNA发生配位，形成化合键；而金红石型纳米TiO2材料则不与DNA发生配位。GNS- TiO2与细胞作用后，石墨烯材料与TiO2材料在细胞内发生分离，石墨烯材料对细胞基本没有损伤作用，属于一种安全的纳米材料；因此GNS- TiO2对细胞的损伤主要来源于TiO2材料，不过GNS- TiO2中的纳米TiO2材料更易团聚富集于线粒体和溶酶体中。DNA-TiO2纳米材料与细胞作用后，生物兼容性显著好于裸露的纳米TiO2材料，不过该部分工作需进一步细化。纳米TiO2材料和多壁碳纳米管材料经呼吸系统进入肺组织，肺组织有严重的炎症效应且发现纳米材料存在；纳米TiO2材料不经血液系统转移至其他器官，但是MCNTs材料经血液系统转移至肝脏，却不同通过血脑屏障；且两种纳米材料都诱导肝组织和脑组织内ROS的产生，同时导致GSH水平提高。除此以外，还开展了功能化纤维对铀酰离子和钍离子的选择性吸附，纤维通过化合螯合吸附溶液中的铀酰离子，而钍离子仅仅以沉淀物的形式物理吸附于纤维表面。