纳米材料由于尺寸小、结构特殊,具有许多新的理化特性和生物学特性,在医药、制造业、日用品、通信和环境工程等多个领域具有广泛的应用前景。因此,纳米科技被很多国家列为科技发展战略的重中之重。由于纳米材料理化性质的改变,可能带来生物学效应的改变,特别是可能带来尚未被人们认知的新的生物学效应。由此产生了一个重要的科学问题,即现行的安全性评价方法是否适用于评价纳米材料的安全性。由于纳米科技的快速发展,纳米材料和产品的安全性评价已成为迫切需要解决的影响纳米科技发展的瓶颈,也成为当前毒理学研究的前沿和热点问题。遗传毒性评价是安全性评价的重要内容之一,国内外对此也开展了不少研究。但由于这些研究着重于纳米材料有无遗传毒性的测试和纳米尺度等物理特性与遗传毒性关系的研究,尚难以回答现行方法是否适用于纳米材料遗传毒性评价的问题。我们认为充分揭示纳米材料遗传毒作用的特征可能是较快回答现行方法是否适用于纳米材料评价的切入口。纳米材料根据组成成分和结构的不同,可分为含金属及其氧化物类、含聚合物类、含复合物类和含碳类纳米材料。为此,本课题拟从四类纳米材料中选择代表物,采用单一细胞在相同暴露条件下同时观察DNA损伤、基因突变和染色体畸变等多个遗传毒性终点的研究思路,采用对纳米物质与同一常规尺度物质进行比较的研究策略。从而较系统地揭示纳米材料的遗传毒作用特征,为我国确定纳米材料遗传毒性评价的决策提供科学依据。目的：通过常规尺度和纳米尺度的同种材料进行比较研究,揭示纳米材料的遗传毒性特征和可能的遗传毒作用机制,为纳米材料安全性的决策和评价方案的选择提供依据。方法：以小鼠淋巴瘤细胞(L5178Y细胞)作为受试细胞,采用体外胞质分裂阻滞微核细胞组学实验和碱性彗星实验来研究常规尺度和纳米尺度物质诱导发生的DNA损伤、染色体断裂、染色体丢失、染色体重组及基因扩增的特征。实验数据以均数±标准差(X±S)表示,利用SPSS13.0进行两因素析因分析,组间和剂量间两两比较采用LSD法。结果：1.纳米ZnO在0.5μ.g/ml剂量时Ⅰ型微核和核芽效应与对照组相比明显增加(P=0.003,P=0.027),2.5μg/ml剂量时除Ⅰ型微核和核芽效应外,Ⅱ型微核和核质桥效应与对照组相比也明显增加(P=0.001,P=0.012)；而微米ZnO组虽除Ⅰ型微核外其它效应有随剂量增加而上升的趋势,但与对照组相比差异均无统计学意义(P=0.694,P=0.058,P=0.074,P=0.438)；纳米ZnO在≥0.5μg/ml剂量的Ⅰ型微核、Ⅱ型微核和核芽与同剂量的微米ZnO组比较有统计学差异(P<0.05)。彗星实验结果显示：纳米ZnO在0.5μg/ml剂量时就可诱导DNA发生严重损伤,而微米ZnO在2.5μg/ml剂量时才产生,从尾部DNA%、尾长和Olive尾距三项指标来看,纳米ZnO在2.5μg/mll剂量时诱导的数值远大于同剂量的微米ZnO(P=0.015,P=0.008,P=0.001)。2.纳米TiO2在1.56μg/ml剂量时Ⅰ型微核效应与对照组比明显增加(P=0.005),3.13μg/ml时核质桥和核芽效应与对照组相比也明显增加(P=0.015.P=0.031),Ⅱ型微核效应在6.25μg/ml剂量时与对照组相比明显增加(P<0.001)；微米Ti02在6.25μg/ml剂量时Ⅰ型微核效应与对照组相比明显增加(P=0.001),12.5μg/ml时核质桥效应与对照组相比也明显增加(P=0.015),而Ⅱ型微核和核芽效应与对照组相比无统计学差异(P=0.068,P=0.076)；纳米Ti02组的总微核、Ⅰ型微核、Ⅱ型微核和核芽与微米Ti02组比较有统计学意义(P=0.014,P=0.005,P=0.010,P=0.031)。彗星实验结果显示：0.78μg/ml剂量组,纳米Ti02诱导的尾长和OTM与对照组有统计学差异(P=0.001,P=0.029),微米TiO2在3.13μg/ml剂量下诱导的尾长与对照组有统计学差异(P-0.002)。无论是尾部DNA%,还是尾长,亦或是OTM,纳米Ti02诱导的数值远大于同剂量的微米Ti02(P=0.003,P<0.001,P<0.001)。3.纳米聚苯乙烯组在40μg/ml剂量时Ⅰ型微核和核质桥效应与对照组相比明显增加(P=0.026,P=0.023),Ⅱ型微核效应在80μg/ml剂量与对照组相比也明显增加(P=0.008),核芽效应在160μg/ml剂量下与对照组相比也明显增加(P=0.030)；微米聚苯乙烯在80μg/ml剂量时Ⅰ型微核和核质桥效应与对照组相比明显增加(P=0.026,P=0.023),Ⅱ型微核效应在160μg/ml剂量时与对照组相比也明显增加(P=0.008),而核芽效应与对照组无统计学差异(P=0.093)。彗星实验结果显示：纳米聚苯乙烯在20μg/ml剂量下,诱导产生的尾部DNA%、尾长和OTM与对照组相比,差异有统计学意义(P=0.030,P=0.010,P=0.001),聚苯乙烯诱导的尾部DNA%、尾长和OTM与对照组相比,没有统计学差异(P=0.653,P=0.089,P=0.082)。4. CdTe/Cds/ZnS630在2.50μg/ml剂量时Ⅰ型微核、Ⅱ型微核和核芽效应与对照组相比明显增加(P<0.001,P<0.001,P=0.010),5.00μg/ml时核质桥效应与对照组相比也明显增加(P=0.001)；CdTe/Cds/ZnS570在0.63μg/ml剂量时Ⅰ型微核和核芽效应与对照组相比明显增加(P=0.042,P=0.001),1.25μg/ml时Ⅱ型微核和核质桥效应与对照组相比也明显增加(P<0.001,P=0.007)。在≥1.25μg/ml剂量时,CdTe/Cds/ZnS570诱导各类损伤的程度大于CdTe/Cds/ZnS630(P=0.001,P<0.001,P=0.035,P=0.001)。彗星实验结果显示：在0.63μg/ml剂量下,CdTe/Cds/ZnS630诱导的尾长与对照组相比,差异有统计学意义(P=0.007),CdTe/Cds/ZnS570诱导的尾部DNA%、尾长、Olive尾距与对照组相比都有显著差异(P<0.001,P=0.002,P=0.002),且损伤随着剂量的增加而加重。5. SWCNT在40μg/ml剂量时Ⅰ型微核效应与对照组相比明显增加(P<0.001),80μg/ml时Ⅱ型微核和核芽效应与对照组相比也明显增加(P=0.010,P=0.013),160μg/ml时核质桥与对照组相比有统计学差异(P=0.008)；MWCNT在20μg/ml剂量时Ⅰ型微核和核芽效应与对照组相比明显增加(P=0.003,P=0.038),40μg/ml时Ⅱ型微核效应与对照组相比也明显增加(P=0.024),80μg/ml时质桥效应与对照组相比也有统计学差异(P=0.006)；炭黑组Ⅰ型微核、Ⅱ型微核、核质桥和核芽效应与对照组相比无统计学差异(P=0.088,P=0.526,P=0.104,P=0.051)。结论：1.含金属及其氧化物类纳米材料ZnO和Ti02与相应常规尺度材料相比,在遗传毒作用性质和强弱上存在差异,纳米诱导损伤的程度大于其相应的常规尺度材料。在受试剂量下,都可诱导DNA损伤,纳米ZnO和纳米TiO2可诱导微核、核质桥和核芽效应,微米ZnO未观察到这些效应,微米Ti02可诱导Ⅰ型微核和核质桥效应。2.含聚合物类纳米聚苯乙烯与常规尺度聚苯乙烯相比,前者的遗传毒性大于后者。纳米聚苯乙烯在低剂量下可诱导DNA损伤、Ⅰ型微核和核质桥效应,随着剂量的增高,还可诱导Ⅱ型微核和核芽效应；微米聚苯乙烯高剂量下诱导Ⅰ型微核、核质桥和Ⅱ型微核效应,但未观察到核芽效应,表明纳米与常规尺度聚苯乙烯在遗传毒作用性质上也存在差异。3.含复合物类的CdTe/Cds/ZnS630和CdTe/Cds/ZnS570两种量子点毒作用性质相似,均可诱导细胞出现Ⅰ型微核、Ⅱ型微核、核质桥和核芽效应,但CdTe/Cds/ZnS570的遗传毒性大于CdTe/Cds/ZnS630。4.含碳类的SWCNT、MWCNT与常规尺度的炭黑颗粒相比,在毒作用性质上存在明显差异,纳米管可诱导细胞出现Ⅰ型微核、Ⅱ型微核、核质桥和核芽效应,炭黑颗粒未观察到这些效应,两种碳纳米管遗传毒作用强弱不同,MWCNT的遗传毒性较SWCNT强,SWCNT在较高剂量下产生毒效应,而MWCNT在较低剂量下产生。