碲化镉量子点细胞毒性研究进展

随着纳米技术和纳米医学的飞速发展,越来越多的纳米材料应用于生物医学领域。量子点(QDs)作为一种新型的荧光材料在工业和医学领域有着广阔的应用前景,而碲化镉量子点(cadmium telluride quantum dots,CdTeQDs)是目前常用的一种QDs,其生物安全性引起了极大的关注。体内外的研究表明CdTeQDs可以对生物体造成损害。CdTeQDs的细胞毒性主要表现为细胞活力和生存率降低,细胞正常形态被破坏,基因突变,染色体畸变以及细胞凋亡的出现。而毒性机制的研究集中于活性氧(ROS)水平的升高,线粒体形态和功能的破坏,DNA受损和自噬作用等方面。笔者综述了CdTeQDs对体外细胞造成的毒性作用及其机制,旨在为CdTeQDs的生物安全性研究和更好的应用提供有价值的参考。     

导电聚合物在生物医学方面的应用

导电聚合物(Conducting polymers,CPs)的研究和发展受到生物学、临床医学和生物医学工程等领域的关注,由于其良好的导电性、稳定的电化学特性以及良好的生物相容性在生物医学领域具有广阔的应用前景,比如用作生物传感器、神经性假体、人造器官、药物的控释载体以及组织工程支架等.对导电聚合物在生物医学领域的研究进展、应用价值和未来发展动态进行综述,分别总结导电聚合物在组织工程学、再生医学和生物传感器等领域的应用研究,介绍导电聚合物在蛋白冠方面的应用价值.在组织工程学和再生医学领域,导电聚合物主要用于神经再生、治疗心血管疾病及伤口愈合等方面.在生物传感器领域,导电聚合物主要用于修复受损的神经系统、促进DNA探针定向结合、神经元再生以及用于检测乳酸、葡萄糖等一系列应激代谢标志物.作为电功能性材料,导电聚合物的研究和发展十分迅速,制备出构筑设计方法简便、应用价值高、生物相容性优异的导电聚合物是未来研究发展的方向之一.随着社会和科技的进步,关于导电聚合物的构筑设计和应用研究将大大促进功能材料领域的快速发展,在一定程度上拓展导电聚合物材料在生物医学领域的应用前景.(图4参38)     

量子点对秀丽隐杆线虫的毒性效应及其调控机制的研究进展

量子点(quantum dots,QD)作为一种纳米微晶体,由于其出色的光学特性,已经被广泛应用于电子、生物医学成像、生物传感器和药物递送中,因而量子点的生物安全性也变得至关重要.秀丽隐杆线虫作为一种简单的生物模型,生物学基础完善、生命周期短、繁殖量大、生活特征易获得,不仅可以提供全动物水平的生理相关数据,还允许在单细胞水平上进行分析,是量子点毒性试验的良好生物模型.本文总结了量子点对秀丽隐杆线虫毒性研究的进展,重点阐述了量子点导致线虫四大系统的毒性效应及其可能的毒作用机制,同时展望了今后秀丽隐杆线虫在量子点毒性研究甚至纳米毒性研究领域的广阔前景.     

氧化石墨烯抗菌性及生物安全性研究进展

氧化石墨烯是一种表面有丰富含氧官能团的石墨烯衍生物,具有与石墨烯相似的二维蜂窝状晶格结构,从而导致了其具有电学、光学、力学特性和良好的生物相容性,被广泛应用于材料学、生物医学和药物传递等诸多领域。因氧化石墨烯日益增多的生产和使用,其在空气、水和土壤中大量积累,引发了人们对其生物安全性的高度关注。以微生物、陆生动植物和水生动植物为分类标准,综述了近几年氧化石墨烯对微生物、动物和植物的毒性影响,总结并分析了三者的毒性机理,比较了不同生存环境下其对动植物毒性影响的不同,旨在更加全面地揭示氧化石墨烯的生物安全性,为氧化石墨烯安全使用剂量和其功能化应用提供一定的参考。     

磁性纳米颗粒对不同模式生物的毒性研究

磁性纳米颗粒在生物医学等领域应用广泛,而其毒性研究尚未深入,对生物的影响及作用机制仍未阐明。本文综述了磁性纳米颗粒近年来对于细胞、鼠、家兔和秀丽隐杆线虫的毒理学研究,为磁性纳米颗粒的应用提供参考。     

量子点的合成、毒理学及其应用

作为荧光标记物,与传统的有机荧光材料相比,量子点具有更强的发射光强度和稳定性,并且量子点发射光的波峰位置仅受量子点半径大小的影响,因而在生物医学领域有着极大的应用前景.水溶性量子点作为一种生物亲和性材料,能够和各种生物大分子共轭连接,弥补了传统有机荧光材料稳定性差和激发光范围狭窄的不足.本文主要讨论了Ⅱ-Ⅵ族量子点的合成、毒性及其在生物医学领域的应用     

有机污染物对水生生物毒性作用机理的判别及影响因素

有机污染物对水生生物急性毒性作用机理的判别及影响因素是定量结构与活性相关研究的基础,对准确预测有机污染物对水生生物的毒性具有重要的意义.本文根据目前国内外在该领域的研究现状和本课题组在该领域的研究成果,系统地总结了有机污染物对水生生物的急性毒性作用机理、毒性作用机理的判别方法、及影响毒性作用机理判别的因素.有机污染物对水生生物的急性毒性作用机理可分为非极性麻醉型、极性麻醉型、反应型和特殊作用型;化合物的毒性比率、毒性临界值和结构警示是目前判别毒性作用机理的主要方法;有机化合物的生物富集、非生物转化、生物代谢、离子化率和溶解度是毒性作用机理判别的主要影响因素.     

黑磷纳米片应用及生物毒性研究进展

黑磷纳米片(black phosphorus nanosheet,BPNS)是一种新型纳米材料,它拥有可调节的带隙宽度、高度各向异性、高载流子迁移率、广谱光吸收性和良好生物相容性等诸多特性,在电子、光电、电化学、环保和生物医学等领域表现出巨大的应用潜力.近年来,随着对BPNS研究的深入,其生物安全性问题备受关注.本文简要介绍了BPNS的应用现状和前景,着重综述了其环境危害、健康危害以及毒性机制研究进展,为生产生物安全性更高、环境更友好的黑磷纳米材料提供科学依据.     

室内灰尘中多环芳烃及其衍生物的赋存与人体暴露研究进展

多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)作为典型的持久性有机污染物(persistent organic pollutants,POPs)中的重要类别,具有半挥发性、生物蓄积性、长期残留性和明显的毒性(包括致癌、致畸、致突变)等特点,因此是环境中的一类重要污染物.PAHs衍生物的赋存浓度通常比PAHs母体低,是直接作用的诱变剂和致癌剂,具有比PAHs母体更高的致癌性和致畸性,毒性作用也更为直接,近年来PAHs衍生物引起了越来越多的关注.室内灰尘作为污染物的特殊载体,研究其中的PAHs及其衍生物的赋存、来源、人体暴露风险有重要意义.本文基于当前国内外对室内灰尘中PAHs及其衍生物的研究,对室内灰尘中PAHs及其衍生物的赋存、来源及其人体暴露风险进行了系统综述,最后提出了现有研究的不足,并对室内灰尘中PAHs及其衍生物今后的研究方向进行了展望.     

石墨烯纳米材料对哺乳动物的毒性及其作用机制

石墨烯是一种新兴纳米材料,具有独特的电学和光学性质、超大的比表面积以及潜在的生物相容性,在材料和电子产业、能源、环境以及生物医学等领域得到广泛应用。与此同时,石墨烯的环境行为和生物毒性也随之引起日益广泛的关注。本文通过对石墨烯纳米材料的生物毒性、细胞毒性、毒性影响因素和毒性机制等相关研究进展进行总结。石墨烯纳米材料可通过气管滴注、吸入、静脉注射、腹腔注射以及口服等方式进入体内,通过机械屏障、血脑屏障和血液胎盘屏障等积累在肺、肝、脾等部位引起急性或者慢性损伤;目前有关石墨烯毒性机制的研究主要集中于线粒体损伤、DNA损伤、炎性反应、凋亡等终点及氧化应激参与的复杂信号通路,不同石墨烯纳米材料的浓度、尺寸、表面结构和官能团等对石墨烯的生物毒性影响不同。鉴于当前该领域研究的局限性,对石墨烯纳米材料生物毒性研究的发展方向进行了展望,进而为石墨烯材料的安全应用提供理论借鉴和实践参考。     

A low-maintenance,primary cell culture model for the assessment of carbon nanotube toxicity

Carbon nanotubes (CNTs) have gained substantial interest as a material for biomedical devices with reliable properties suitable for electrically conducting biomedical devices. While CNTs combine ideal properties for a number of tissue-interfacing applications, their biocompatibility and safety have been the source of considerable conjecture. This study outlines a method for evaluating biocompatibility, using a low-cost, short-term assessment model of CNT with primary cells, which are more representative of an in vivo situation than cell lines. It was demonstrated that carboxylate-modified, multi-walled CNTs exhibit cytotoxic behavior in as little as 6 hr of exposure to primary fibroblasts. The resultant cell death was concentration dependent, demonstrating the efficacy of acute assessment of cytocompatibility. Although cell viability remained relatively high (being above 85% for all CNT concentrations up to 500 μg/ml), these results reflect similar relationships found for longer term exposures. This method has reliable potential for high-throughput assessment and quality control of CNTs in biomedical applications using a primary cell model.     

斑马鱼在纳米金属及金属氧化物毒性研究中的应用

纳米金属及金属氧化物材料在催化、涂料、电子、机械和生物医学领域大量生产和应用,因此,对纳米金属材料及其氧化物可能给环境以及人体健康带来的潜在影响和风险需要有足够的认识.本文就近年来纳米金属及金属氧化物对斑马鱼毒性的研究进展进行综述,为人们进一步认识和更好地应用纳米材料奠定基础.     

纳米材料对藻细胞毒性效应及致毒机理

纳米材料因其独特的性质被广泛应用于生物医疗、光学工程、催化等领域。随着纳米材料的生产量逐年增大,越来越多的纳米粒子被释放到水生生态环境中,其生态毒性效应影响也备受人们的关注。本文根据纳米材料的分类总结了不同种类纳米材料对水生生态系统的初级生产者藻类的毒性效应,归纳了纳米材料影响藻类毒性大小的主要因素,如纳米材料的物理化学性质、水体性质和藻种等,并探讨了纳米材料对藻类的致毒机理,如金属离子溶出、氧化损伤和遮光效应等,最后总结展望了纳米毒理学研究的发展方向,以期为纳米材料对藻类的毒性研究提供一定的理论依据。     

组合指数在环境混合物联合毒性研究中的初步应用

化学品在实际环境中总是以组分繁杂多变的混合物形式存在,其混合物的毒性评估与预测一直是环境毒理学研究重点。在环境毒理学领域,浓度加和(concentration addition,CA)及独立作用(independent action,IA)是评估与预测化学混合物联合毒性的经典模型,一般认为CA适用于作用模式相似的混合物体系而IA适用于作用模式相异的混合物体系,但如何使用CA与IA一直存在争议。组合指数(combination index,CI)是在半数效应方程基础上发展起来的不依赖于作用模式的用于混合物联合毒性评估的混合物毒性指数,具有坚实的理论基础,不仅能定性地评估毒理学相互作用,也能定量地评估相互作用的大小,已在药物组合研究中得以广泛应用,近年来已引起环境毒理学研究者兴趣。本文就组合指数及药物组合应用、进入环境毒理学领域、与CA及IA的关系、存在的问题等几个方面进行评述,以期推进CI在化学混合物毒性评估与预测领域中的应用。     

Challenges in characterization of nanoplastics in the environment

Plastic pollution has been a legacy environment problems and more recently, the plastic particles, especially those ultrafine or small plastics particles, are widely recognized with increasing environmental and ecological impacts. Among small plastics, microplastics are intensively studied, whereas the physicochemical properties, environmental abundance, chemical states, bioavailability and toxicity toward organisms of nanoplastics are inadequately investigated. There are substantial difficulties in separation, visualization and chemical identification of nanoplastics due to their small sizes, relatively low concentrations and interferences from co-existing substances (e.g., dyes or natural organic matters). Moreover, detection of polymers at nanoscale is largely hampered by the detection limit or sensitivity for existing spectral techniques such as Transformed Infrared Spectroscopy (FTIR) or Raman Spectroscopy. This article critically examined the current state of art techniques that are exclusively reported for nanoplastic characterization in environmental samples. Based on their operation principles, potential applications and limitations of these analytical techniques are carefully analyzed.     

纳米颗粒物对雄性生殖系统影响的研究进展

纳米颗粒物因其独特的性质(表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应),在化学、力学、电磁、光学以及生物医学等方面得到了广泛的应用。由于纳米颗粒物具有特殊的性质,使其更容易进入机体并对机体产生生物学效应,其对人体的潜在危害也已逐渐引起人们的关注。生殖健康作为健康的一个重要部分,关系着人类的繁衍与发展,因此纳米颗粒物对生殖系统的影响也逐渐引起人们的重视。本文主要总结了近几年来纳米颗粒物对雄性生殖系统影响的研究,为进一步的研究提供建议和帮助。     

Fullerenes toxicity and electronic properties

Nanotechnology globally represents a new direction within scientific development, where the atomic and electronic properties of molecules are used in a unique fashion to produce and construct new and exotic materials and products. Fullerenes (Bucky balls, C₆₀) constitute a particular group within the field of nanotechnology. Fullerenes find applications in medicine, industrial chemistry and electronics. However, there are several unanswered questions about fullerenes and their toxicological properties. Most toxicological studies on fullerenes evolve around the in vitro and in vivo aspects of pristine C₆₀ along with chemically modified C₆₀ molecules. We reviewed toxicology reports on C₆₀. We bring a critical and challenging evaluation of the electronic and quantum properties of C₆₀ molecules in context with the implications on cellular factors and metabolites. The evaluation shows that the reactivity and quantum chemical properties of C₆₀ can have unexpected effects in the cell, by principally absorbing metabolites, such as OH^? and H⁺ ions and alter its reactivity. We thus challenge the present view of C₆₀ solely based on empirical studies, based on the electronic properties of C₆₀ that vary considerably with their size and reaction path. A further example of this is the absorption of divalent zinc ions, which shows an increase in reactivity of the C₆₀ that presents an important pattern of chemical state, reactivity and toxicological potential. The results evaluate the toxicological potential of C₆₀ from a different angle than conventional, by applying a blend of critical review of the findings on C₆₀ toxicity, their chemical and electronic properties.     

Biological properties of mud extracts derived from various spa resorts

Spa resorts are known for thousands of years for their healing properties and have been empirically used for the treatment of many inflammatory conditions. Mud is one of the most often used natural materials for preventive, healing and cosmetic reasons and although it has been used since the antiquity, little light has been shed on its physical, chemical and biological properties. In this study we examined the effect of mud extracts on the expression of adhesion molecules (CAMs) by endothelial cells as well as their effects on monocyte adhesion to activated endothelial cells. Most of mud extracts inhibited the expression of VCAM-1 by endothelial cells and reduced monocyte adhesion to activated endothelial cells, indicating a potent anti-inflammatory activity. Furthermore, the mud extracts were tested for their antimicrobial activity; however, most of them appeared inactive against S. aureus and S. epidermidis. One of the mud extracts (showing the best stabilization features) increased significantly the expression of genes involved in cell protection, longevity and hydration of human keratinocytes, such as, collagen 6A1, forkhead box O3, sirtuin-1, superoxide dismutase 1 and aquaporin-3. The present study reveals that mud exerts important beneficial effects including anti-inflammatory and anti-aging activity as well as moisturizing effects, implicating important cosmeceutical applications.     

石墨烯纳米材料对哺乳动物的毒性及其作用机制

石墨烯是一种应用广泛的新兴非金属纳米材料，具有独特的电学机械性能、超大的比表面积以及潜在的生物相容性，在材料、电子、能源、光学以及生物医学等领域得到广泛应用。与此同时，石墨烯的环境行为和生物毒性也随之引起日益广泛的关注。本文通过对石墨烯纳米材料的动物毒性、细胞毒性、毒性影响因素和毒性机制等相关研究进展进行总结。石墨烯纳米材料可通过气管滴注、吸入、静脉注射、腹腔注射以及口服等方式进入体内，通过机械屏障、血脑屏障和血液胎盘屏障等积累在肺、肝、脾等部位引起急性或者慢性损伤；目前有关石墨烯毒性机制的研究主要集中于线粒体损伤、DNA损伤、炎性反应、凋亡等终点及氧化应激参与的复杂信号通路，不同石墨烯纳米材料的浓度、尺寸、表面结构和官能团等对石墨烯的生物毒性影响不同。鉴于当前该领域研究的局限性，对石墨烯纳米材料生物毒性研究的发展方向进行了展望，进而为石墨烯材料的安全应用提供理论借鉴和实践参考。