纳米颗粒与管状材料的生物安全性与毒性

序

前　言

第1章　绪论 ……………………………………………………1

1.1 纳米材料的定义 ……………………………………………………1

1.2 纳米材料的种类 ……………………………………………………2

1.2.1 纳米颗粒 ……………………………………………………2

1.2.2 纳米管状材料 ……………………………………………………3

1.2.3 纳米纤维材料 ……………………………………………………4

1.3 纳米材料的特异效应 ……………………………………………………4

1.3.1 量子尺寸效应 ……………………………………………………5

1.3.2 小尺寸效应 ……………………………………………………5

1.3.3 表面效应 ……………………………………………………5

1.3.4 宏观量子隧道效应 ……………………………………………………6

1.3.5 介电限域效应 ……………………………………………………6

1.4 纳米材料的物理化学性能 ……………………………………………………6

1.4.1 化学性能 ……………………………………………………7

1.4.2 催化性能 ……………………………………………………7

1.4.3 光学性能 ……………………………………………………7

1.4.4 电磁性能 ……………………………………………………8

1.4.5 其他性能 ……………………………………………………8

1.5 纳米材料的研究进展 ……………………………………………………9

1.6 纳米材料在生物医药方面的应用 ……………………………………………………10

1.6.1 纳米材料在组织工程中的应用 ……………………………………………………10

1.6.2 药物载体 ……………………………………………………11

1.6.3 生物成像 ……………………………………………………11

1.6.4 肿瘤治疗 ……………………………………………………12

1.6.5 生物传感器 ……………………………………………………12

1.6.6 生物毒性 ……………………………………………………13

1.6.7 纳米材料生物安全性 ……………………………………………………14

参考文献 ……………………………………………………15

第2章　纳米颗粒与纳米管状材料性质 ……………………………………………………17

2.1 纳米颗粒及纳米管简介 ……………………………………………………17

2.2 纳米颗粒及纳米管的合成技术与设计工艺 ……………………………………………………18

2.2.1 碳纳米管 ……………………………………………………20

2.2.2 二氧化钛(TiO2) ……………………………………………………28

2.2.3 二氧化硅(SiO2) ……………………………………………………36

2.2.4 纳米羟基磷灰石 ……………………………………………………40

2.2.5 磁性纳米颗粒 ……………………………………………………43

2.2.6 氮化硼纳米管 ……………………………………………………49

2.2.7其他纳米颗粒与管状材料 ……………………………………………………55

2.3 纳米颗粒与细胞的相互作用 ……………………………………………………56

2.3.1 纳米颗粒进入细胞的途径 ……………………………………………………56

2.3.2 纳米颗粒对细胞的作用影响 ……………………………………………………58

2.3.3 纳米颗粒对核酸的作用 ……………………………………………………59

2.3.4 纳米颗粒与蛋白质间的相互作用 ……………………………………………………59

参考文献 ……………………………………………………60

第3章　碳纳米管和其他纳米颗粒的生物医学领域的应用 ……………………………………………………67

3.1 碳纳米管和其他纳米颗粒在环境保护方面的应用 ……………………………………………………67

3.1.1 污水处理方面的应用 ……………………………………………………67

3.1.2 处理空气污染方面的应用 ……………………………………………………72

3.1.3 固体废弃物处理方面的应用 ……………………………………………………74

3.1.4 防止电磁辐射方面的应用 ……………………………………………………75

3.1.5 监测环境污染方面的应用 ……………………………………………………75

3.2 碳纳米管和其他纳米颗粒在传感器方面的应用 ……………………………………………………75

3.2.1 碳纳米管在传感器方面的应用 ……………………………………………………75

3.2.2 其他纳米颗粒在传感器中的应用 ……………………………………………………86

3.3 碳纳米管及其他纳米颗粒在药物载体中的应用 ……………………………………………………87

3.3.1 碳纳米管在药物载体方面的应用 ……………………………………………………88

3.3.2其他纳米粒子在药物载体中的应用 ……………………………………………………92

3.4 碳纳米管及其他纳米颗粒在新型生物材料领域的应用 ……………………………………………………102

3.4.1 碳纳米管在新型生物材料领域的应用 ……………………………………………………102

3.4.2 其他纳米颗粒在新型生物材料领域的应用 ……………………………………………………106

3.5 碳纳米管及其他纳米颗粒的

光学、电学、磁学性质在医学领域的应用 ……………………………………………………107

3.5.1 碳纳米管的光学、电学、磁学性质在医学领域的应用 ……………………………………………………107

3.5.2 其他纳米颗粒的光学、电学、磁学性质在医学领域的应用 ……………………………………………………109

参考文献 ……………………………………………………112

第4章　纳米材料的生物安全性 ……………………………………………………123

4.1 什么是生物安全性 ……………………………………………………124

4.2 纳米材料安全性评估的重要性 ……………………………………………………124

4.2.1 迅速增长的纳米产品 ……………………………………………………124

4.2.2 生物安全性问题多方位暴露 ……………………………………………………125

4.2.3 健康影响 ……………………………………………………128

4.3 几种纳米颗粒和碳纳米管的安全性分析 ……………………………………………………129

4.3.1 碳纳米管的生物安全性 ……………………………………………………130

4.3.2 二氧化硅纳米颗粒的生物安全性 ……………………………………………………133

4.3.3 纳米二氧化钛的生物安全性 ……………………………………………………139

4.3.4 磁性氧化铁纳米颗粒的生物安全性 ……………………………………………………141

4.4 纳米材料安全性评估方法 ……………………………………………………148

4.4.1 纳米材料生物安全性研究概述 ……………………………………………………148

4.4.2 纳米材料的生物相容性 ……………………………………………………149

4.4.3 纳米材料的毒性 ……………………………………………………158

4.4.4 纳米材料毒性之外的安全性评价 ……………………………………………………161

4.4.5 国外纳米材料安全性研究现状 ……………………………………………………162

4.4.6 纳米材料安全性评价的主要内容 ……………………………………………………167

4.4.7 纳米材料安全性的评估 ……………………………………………………168

4.4.8 纳米材料安全性评价体系 ……………………………………………………171

参考文献 ……………………………………………………173

第5章　纳米材料的生物毒性 ……………………………………………………185

5.1 研究背景 ……………………………………………………185

5.1.1 人体健康和安全 ……………………………………………………185

5.1.2 纳米材料毒性机理的研究背景 ……………………………………………………187

5.1.3 纳米颗粒毒性研究的复杂性 ……………………………………………………187

5.1.4 影响纳米材料毒性的因素 ……………………………………………………188

5.2 纳米材料的毒性研究 ……………………………………………………195

5.2.1 纳米毒理学研究 ……………………………………………………195

5.2.2 纳米颗粒的氧化应激 ……………………………………………………196

5.2.3 纳米材料的细胞毒性 ……………………………………………………197

5.2.4 纳米材料的神经毒性研究 ……………………………………………………245

参考文献 ……………………………………………………252

第6章　纳米颗粒与管状材料生物安全性研究展望 ……………………………………………………263

6.1 纳米材料研究展望 ……………………………………………………263

6.1.1 工艺改进 ……………………………………………………263

6.1.2 功能化修饰 ……………………………………………………264

6.1.3 纳米材料的合理使用 ……………………………………………………281

6.2 安全性评价 ……………………………………………………282

6.2.1 优化评价结构 ……………………………………………………282

6.2.2 评价方法的可靠性 ……………………………………………………284

6.2.3 建立评估模型 ……………………………………………………284

6.3 纳米毒理学研究 ……………………………………………………285

6.4 小结 ……………………………………………………286

参考文献 ……………………………………………………286

简明索引 ……………………………………………………291

随着纳米材料的产业化，各种形式的纳米材料将以不同途径进入人们的生活，纳米材料的生物安全性问题正受到世界各国科学家的广泛关注。本书综述了四类纳米材料在组织工程、药物/基因载体、生物成像、肿瘤治疗、抗病毒/抗菌、生物传感等生物医学领域的应用现状以及存在的生物安全问题，最后，讨论了该领域未来的研究内容和方向以及亟待研究的重要问题。此外本书还对影响纳米材料毒性的关键因素进行了总结和分析并对近年来纳米材料毒性效应的研究进展进行了综述。