二氧化硅和氧化鋅納米材料生物效應(yīng)與安全應(yīng)用

前言

二氧化硅和氧化鋅納米材料屬于新型無機納米材料，它們具有卓越的體積效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)，展現(xiàn)出特殊的光、電、磁等特性，在橡膠、涂料、光化學(xué)、催化和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有著誘人的應(yīng)用前景。但是，在進行納米材料的生產(chǎn)、開發(fā)和利用的同時，我們也需要就這些新型納米材料對人類和生態(tài)環(huán)境的影響予以研究和評估，這是保障納米產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。例如，職業(yè)接觸二氧化硅會導(dǎo)致硅肺，接觸氧化鋅可能會染上鋅鑄造熱等，那么，材料納米化后，類似的問題是否會出現(xiàn)？納米材料進入生物體后，材料獨特的物理化學(xué)特性是否會引入新的未知的生物反應(yīng)？這些問題都是與人體健康密切相關(guān)的重要問題。迄今，已經(jīng)有相當(dāng)多的研究結(jié)果發(fā)表?！抖趸韬脱趸\納米材料生物效應(yīng)與安全應(yīng)用》一書整理和總結(jié)了相關(guān)研究結(jié)果，以期為兩種納米材料的安全性研究提供參考。本書分為兩篇，分別介紹二氧化硅和氧化鋅納米材料目前在生物效應(yīng)與安全性研究方面的進展情況。第一篇介紹了二氧化硅納米材料的生物效應(yīng)與安全性研究工作，共分8章。第1、第2章簡要介紹了二氧化硅納米材料的理化特性及應(yīng)用、制備方法、常用的表征技術(shù)及在各行業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用；第3章從納米材料的應(yīng)用所涉及的暴露途徑介紹了生物體暴露于二氧化硅納米材料的特點及相應(yīng)的可能轉(zhuǎn)運途徑；第4～7章介紹了二氧化硅納米材料暴露后對肺臟、心血管系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)和其他組織器官的影響；第8章總結(jié)了二氧化硅納米材料的表面特性與其生物效應(yīng)的相關(guān)性，探討了降低二氧化硅納米材料毒性的方案以及納米材料安全性研究的重點。該部分由中國科學(xué)院高能物理研究所的豐偉悅等同志承擔(dān)編著。

內(nèi)容概要

二氧化硅和氧化鋅納米材料是我國工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模較大的納米粉體材料。人們對其使用安全性問題極其關(guān)注。本書分為兩篇，分別介紹了二氧化硅和氧化鋅納米材料的生物效應(yīng)與安全應(yīng)用研究進展，各篇首先對相應(yīng)納米材料的制備、應(yīng)用、性質(zhì)和表征進行了簡單的介紹，其次從暴露的方式、整體／器官毒性和機理、細胞毒性和生態(tài)毒性等方面就目前的研究進展和研究重點予以介紹。最后，對兩種納米材料的毒性的解決方案，以及今后的相關(guān)研究方向進行了探討。    本書可供研究生、本科生以及與納米材料研究、生產(chǎn)相關(guān)的科研人員、生產(chǎn)管理人員及政府相關(guān)監(jiān)督管理部門使用。

作者簡介

豐偉悅
    1989年獲復(fù)旦大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)理學(xué)學(xué)士學(xué)位，1998年獲中國科學(xué)院高能物理研究所理學(xué)博士學(xué)位，博士論文被國務(wù)院學(xué)位委員會評為“2001年全國優(yōu)秀博士學(xué)位論文”?，F(xiàn)為中國科學(xué)院高能物理研究所研究員。主要從事納米材料生物效應(yīng)及生物體內(nèi)金屬蛋白、核分析技術(shù)在生物和環(huán)境領(lǐng)域中的應(yīng)用研究工作。參與了Wiley出版社出版的Nanotoxicity及中國協(xié)和醫(yī)科大學(xué)出版社出版的《納米生物醫(yī)學(xué)技術(shù)》部分章節(jié)的撰寫工作。

書籍目錄

《納米科學(xué)技術(shù)大系》序《納米安全性叢書》序前言第一篇 二氧化硅納米材料的生物效應(yīng)與安全應(yīng)用  第1章 二氧化硅納米材料的理化特性及應(yīng)用    1.1 納米二氧化硅的理化特性      1.1.1 結(jié)構(gòu)特性      1.1.2 化學(xué)特性      1.1.3 光學(xué)特性      1.1.4 催化特性    1.2 納米二氧化硅的應(yīng)用      1.2.1 在橡膠中的應(yīng)用      1.2.2 在陶瓷制品中的應(yīng)用      1.2.3 在潤滑劑中的應(yīng)用      1.2.4 在光學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用      1.2.5 在涂料中的應(yīng)用      1.2.6 在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用      1.2.7 其他應(yīng)用    1.3 展望    參考文獻  第2章 二氧化硅納米材料的制備與表征    2.1 納米二氧化硅的制備      2.1.1 氣才目法      2.1.2 濕法    2.2 納米二氧化硅的表征      2.2.1 納米二氧化硅成分分析      2.2.2 粒徑分析      2.2.3 形貌分析      2.2.4 結(jié)構(gòu)分析    參考文獻  第3章 納米二氧化硅的暴露途徑與生物轉(zhuǎn)運    3.1 納米二氧化硅的暴露途徑      3.1.1 呼吸暴露及肺部沉積      3.1.2 其他暴露途徑    3.2 納米二氧化硅的生物轉(zhuǎn)運      3.2.1 納米二氧化硅與生物膜      3.2.2 納米二氧化硅的生物轉(zhuǎn)運    參考文獻  第4章 納米二氧化硅的肺臟毒性    4.1 二氧化硅粉塵表面結(jié)構(gòu)與毒性    4.2 二氧化硅肺臟毒性的流行病學(xué)研究    4.1 納米二氧化硅在呼吸系統(tǒng)的沉降、清除和轉(zhuǎn)運    4.4 納米二氧化硅致肺臟毒性反應(yīng)      4.4.1 自由基致脂質(zhì)過氧化損傷      4.4.2 細胞因子與炎癥反應(yīng)      4.1 3 肺部細胞損傷和凋亡      4.4.4 肺部纖維化形成    4.5 納米二氧化硅與微米二氧化硅毒性作用比較    參考文獻  第5章 納米二氧化硅的心血管毒性研究    5.1 二氧化硅致心血管毒性的流行病學(xué)研究    5.2 吸入納米二氧化硅的肺外轉(zhuǎn)運對心血管系統(tǒng)的潛在危害    5.3 納米二氧化硅對心血管系統(tǒng)毒性的研究      5.3.1 致氧化損傷及血液流變學(xué)改變      5.3.2 致內(nèi)皮系統(tǒng)紊亂      5.3.3 對心臟功能及心肌電生理的影響      5.3.4 血栓性心血管系統(tǒng)疾病    5.4 展望    參考文獻  第6章 納米二氧化硅的免疫毒性研究    6.1 納米二氧化硅與免疫系統(tǒng)的相互作用      6.1.1 機體免疫系統(tǒng)識別并清除納米二氧化硅      6.1.2 納米二氧化硅的免疫毒性    6.2 納米二氧化硅免疫毒性的主要作用機制      6.2.1 自由基損傷學(xué)說      6.2.2 細胞表面受體介導(dǎo)的二氧化硅毒性      6.2.3 溶酶體的通透性改變    參考文獻  第7章 納米二氧化硅暴露對其他器官系統(tǒng)的影響    7.1 納米二氧化硅暴露對肝腎系統(tǒng)的影響      7.1.1 納米二氧化硅暴露對肝腎功能的影響      7.1.2 納米二氧化硅引起肝腎細胞的毒性作用      7.1.3 納米二氧化硅引起肝腎組織的氧化性損傷    7.2 納米二氧化硅暴露對神經(jīng)系統(tǒng)的影響      7.2.1 納米二氧化硅進入神經(jīng)系統(tǒng)的途徑      7.2.2 納米二氧化硅的神經(jīng)毒性效應(yīng)    7.3 納米二氧化硅的其他生物效應(yīng)      7.3.1 納米二氧化硅暴露的生殖遺傳毒性初步研究      7.3.2 納米二氧化硅的抗菌作用    參考文獻  第8章 解決方案探索    8.1 二氧化硅表面化學(xué)與生物效應(yīng)    8.2 納米二氧化硅毒性消除的化學(xué)與物理研究      8.2.1 改變納米顆粒表面的反應(yīng)基團      8.2.2 改變納米顆粒的表面電荷    8.3 納米二氧化硅的安全防護    8.4 納米二氧化硅損傷的治療    8.5 納米二氧化硅安全性研究展望    參考文獻第二篇 氧化鋅納米材料的生物效應(yīng)與安全應(yīng)用  第9章 氧化鋅納米材料的制備及表面改性    9.1 氧化鋅納米材料的合成制備      9.1.1 物理法      9.1.2 化學(xué)法    9.2 ZnO納米顆粒的分散和改性    參考文獻  第10章 氧化鋅納米材料的特性與表征    10.1 氧化鋅的性質(zhì)    10.2 氧化鋅納米材料的性質(zhì)      10.2.1 納米效應(yīng)      10.2.2 氧化鋅納米顆粒的光學(xué)特性      10.2.3 氧化鋅納米顆粒的電學(xué)特性      10.2.4 氧化鋅納米材料的光催化特性      10.2.5 氧化鋅材料的其他特性    10.3 氧化鋅納米材料的表征      10.3.1 掃描電子顯微鏡      10.3.2 透射電子顯微鏡      10.3.3 X射線衍射分析      10.3.4 X射線光電子譜      10.3.5 光致發(fā)光譜      10.3.6 激光粒度分析    參考文獻  第11章 氧化鋅納米材料的應(yīng)用    11.1 氧化鋅納米材料的應(yīng)用概述    11.2 取代微米氧化鋅的應(yīng)用      11.2.1 橡膠工業(yè)中的應(yīng)用      11.2.2 化妝品中的應(yīng)用      11.2.3 涂料中的應(yīng)用      11.2.4 陶瓷中的應(yīng)用      11.2.5 在其他領(lǐng)域的應(yīng)用    11.3 氧化鋅納米材料獨特的應(yīng)用      11.3.1 發(fā)光材料中的應(yīng)用      11.3.2 光電學(xué)中的應(yīng)用      11.3.3 新能源開發(fā)中的應(yīng)用      11.3.4 光催化中的應(yīng)用      11.3.5 傳感性方面的應(yīng)用    參考文獻  第12章 氧化鋅和鋅離子的毒性    12.1 氧化鋅的毒性    12.2 鋅離子的毒性    參考文獻  第13章 氧化鋅納米材料在生物體和環(huán)境中的轉(zhuǎn)運    13.1 氧化鋅納米材料的團聚    13.2 氧化鋅納米顆粒的生物分布和清除    13.3 氧化鋅納米顆粒在生物環(huán)境中的轉(zhuǎn)化    參考文獻  第14章 氧化鋅納米材料的細胞和動物毒性    14.1 氧化鋅納米材料的細胞毒性及其機制      14.1.1 氧化鋅納米材料的細胞毒性      14.1.2 氧化鋅納米材料細胞毒性的機理    14.2 氧化鋅納米材料的呼吸毒性      14.2.1 氧化鋅納米材料對肺部細胞的毒性      14.2.2 氧化鋅納米材料對小鼠的呼吸毒性    14.3 氧化鋅納米材料的經(jīng)口毒性    14.4 氧化鋅納米材料的皮膚毒性    14.5 氧化鋅納米材料的免疫毒性      14.5.1 氧化鋅納米材料對免疫細胞的毒性      14.5.2 氧化鋅納米材料對小鼠免疫系統(tǒng)的損傷    14.6 氧化鋅納米材料的遺傳毒性    參考文獻  第15章 氧化鋅納米材料的生態(tài)毒性    15.1 氧化鋅納米材料對細菌的毒性    15.2 氧化鋅納米材料對原生動物的毒性    15.3 氧化鋅納米材料對植物的毒性    15.4 氧化鋅納米材料對動物的毒性    參考文獻  第16章 氧化鋅納米材料毒性的解決方案    16.1 氧化鋅納米材料的尺寸效應(yīng)和毒理機制    16.2 降低氧化鋅納米材料毒性的方法    16.3 氧化鋅納；米材料的職業(yè)防護    16.4 氧化鋅納米材料中毒的治療    16.5 氧化鋅納米材料安全性研究的展望    參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：7）熱穩(wěn)定性研究表明，由于納米二氧化硅可與涂膜中的齊聚體鏈段產(chǎn)生某種相互作用，阻礙鏈段的運動，從而可以提高涂膜的玻璃化溫度。劉立柱等以丙交酯和改性后的納米二氧化硅為原料，在辛酸亞錫催化作用下，制備了聚乳酸納米二氧化硅復(fù)合材料，采用熱重法（TG）對其熱穩(wěn)定性進行了表征。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著納米二氧化硅含量的增加，聚乳酸納米二氧化硅復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性越來越好。1.2.6 在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用納米二氧化硅由于具有獨特的結(jié)構(gòu)可變性和高的表面反應(yīng)活性，在生物N-"學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用已經(jīng)引起了人們特別的關(guān)注。納米二氧化硅具有表面積大、尺寸可調(diào)、形貌可控、較高的熱穩(wěn)定性和耐水解性等特點，是當(dāng)前研究得最多和最充分的介孔材料之一。自1992年Kresge等首次運用納米結(jié)構(gòu)自組裝技術(shù)制備出具有均勻孔道、孔徑可調(diào)的介孔二氧化硅分子膜（MCM－41）以來，目前已經(jīng)合成出蠕蟲狀、二維六方相、三維六方相、立方相和薄層狀等不同形貌的有序介孔二氧化硅材料。這些介孔材料以其比表面積和孔體積大、孔徑均一、納米孔徑尺寸可調(diào)及生物相容性好等特點在可控的藥物傳輸和釋放、基因傳遞、生物傳感、細胞標(biāo)記和分離等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域展現(xiàn)了廣闊的應(yīng)用前景。本節(jié)將重點介紹納米二氧化硅在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用。

編輯推薦

《二氧化硅和氧化鋅納米材料生物效應(yīng)與安全應(yīng)用》是納米安全性叢書之一。叢書組織全國10余個研究機構(gòu)的一線科研人員，近百人參與搜集、整理、編寫工作。希望能夠為讀者提供最為廣泛的納米材料的毒理學(xué)知識和安全性應(yīng)用的基礎(chǔ)知識：包含在我國大規(guī)模生產(chǎn)和使用的納米材料，生產(chǎn)規(guī)模還不大但是安全性爭議很大的納米材料，自然界沒有而是完全人造的納米材料等。并希望能夠為保障國家納米科技整體發(fā)展所需的安全性和國際競爭力做出貢獻。

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