环境因素对不同表面修饰纳米银颗粒物理化学属性及生物毒性的影响

Silver nanoparticles (AgNPs) are being widely used as antimicrobials in various consumer products. In order to enhance the function of AgNPs in various consumer products, the surface of AgNPs is modified by the addition of different surface coatings. There is an increasing concern about the potential risks of AgNPs with different surface coatings to the human health and environment after their eventual release into the environment. The aim of the project is to study the effects of temperature and light on the physicochemical properties and toxicities of silver nanoparticles with different surface coatings in vivo and in vitro. The physicochemical properties changes of silver nanoparticles with different surface coatings are measured after exposure to light and temperature, respectively. The acute toxicities of silver nanoparticles with different surface coatings are evaluated by bioaccumulation, toxicokinetics, pathological damage, mechanisms of apoptosis, and gene expression differences. Our studies will provide integrated toxicological data to human health and environment risk assessment of AgNPs as well as useful references for makings choices in drug delivery applications.

纳米银由于其具有很好的抗菌性而被人们广泛应用。随着纳米技术不断发展，各种带有不同修饰物的纳米银不断问世，但是，人们对这些纳米银进入环境中的命运及毒性认识还很少。该研究拟选择温度和光照作为环境因子研究其对不同表面修饰纳米银物理化学属性及生物毒性的影响。为实现该研究目标，首先将不同修饰的纳米银颗粒分别暴露在温度和光照下比较纳米银物理化学属性变化，然后用小鼠和小鼠原代肝细胞作为受试对象，从个体、细胞以及分子水平研究经过温度和光照处理的纳米银的生物学效应。预计通过该研究了解环境因子作用下纳米银颗粒物理化学性质的变化，并剖析这一变化是否影响其生物效应；揭示纳米银颗粒与小鼠和细胞相互作用引发的生物累积、代谢、病理损伤、细胞凋亡机理及差异表达基因。本研究为纳米银的环境安全和健康风险评价提供全面系统的科学毒理学数据的同时，也将为银纳米颗粒在实际应用中如何选择表征修饰物提供毒理学方面的参考数据。

纳米银由于其具有很好的抗菌性而广泛应用。随着纳米技术不断发展，各种带有不同修饰物的纳米银不断问世，但是，人们对这些纳米银进入环境中的命运及毒性认识还很少。在该研究中我们首先将不同修饰的纳米银颗粒分别暴露在不同温度条件下比较纳米银物理化学属性变化，然后用小鼠和小鼠原代肝细胞作为受试对象，从个体、细胞以及分子水平研究不同表面修饰的纳米银的生物学效应。.在该研究中我们选择柠檬酸盐，聚乙二醇，聚乙烯吡咯烷酮和支化聚乙烯亚胺（分别为柠檬酸盐AgNPs，PEG AgNPs，PVP AgNPs和BPEI AgNPs）包被的AgNPs作为研究材料，Hepa1c1c7肝细胞和8周龄 Balb/c 小鼠作为模式生物。分别研究纳米银颗粒与小鼠和细胞相互作用引发的生物累积、代谢、病理损伤、细胞凋亡机理及差异表达基因。.研究结果表明，纳米银的表面修饰、温度与Ag+释放有显著关系， BPEI AgNPs 在低温(4°C)下银离子释放高于高温(37°C)环境。AgNPs的毒性高度依赖于表面电荷， BPEI AgNPs（ζ电位= + 46.5 mV）表现出对Hepa1c1c7最高的细胞毒性和DNA片段化损伤。此外，对暴露的小鼠肝细胞核也表现出损伤，这与肝脏组织中的高积累有关。 PEG AgNPs（ζ电位= -16.2 mV）毒性最低，半衰期最长，脾脏生物富集量高（34.33μg/ g），与其他化学修饰的AgNPs相比，具有更好的生物相容性。此外，牛血清白蛋白的吸附性能表明，AgNPs的PEG表面具有最佳的生物学惰性，能有效抵抗小鼠的调理作用或非特异性结合蛋白。通过该研究，我们得出AgNPs的毒性显着依赖于表面化学：BPEI AgNPs>Citrate AgNPs = PVP AgNPs> PEG AgNP。这些毒理学数据为纳米银在商业产品中如何选择安全的表征材料以及如何设计安全有效的纳米药物载体提供了科学依据。