纳米二氧化钛具有普通二氧化钛所不具有的紫外吸收性、光催化活性，因 此广泛应用于抗菌材料、化妆品、印刷、塑料、涂料、生物传感器等。广大消 费者和材料研究开发人员都和其有密切的接触。但即使是无毒或低毒的材料， 其纳米颗粒也可能会变得有毒。首先由于其光催化活性，纳米二氧化钛能够产 生大量自由基等高活性基团；其次，由于其超微性，10 nm左右的纳米二氧化钛 粒子仅与蛋白质分子大小相当。因此人体的保护屏障如皮肤、血脑屏障、血眼 屏障从尺寸上已不能对其进行限制，纳米粒子极有可能在这些地方蓄积并起破 坏作用。 目前，国外的一些研究机构已经开展对纳米二氧化钛的毒性研究，主要集 中在对动物体外实验如肺部急性毒性实验以及DNA氧化损伤、细菌生长抑制 性分析。本课题中，采用三种不同晶型、不同粒径的纳米二氧化钛，分别以DNA 损伤实验、细胞毒性和凋亡实验为研究手段，首次提出了纳米二氧化钛在避光 条件下对DNA的作用；比较了纳米二氧化钛对正常细胞和癌细胞的不同作用； 从DNA和细胞水平上分析了不同纳米二氧化钛的生物效应；提出了β-CD可以 作为纳米二氧化钛表面修饰剂，从而抑制其毒性。 第一、根据凝胶电泳和紫外、红外光谱分析，发现纳米二氧化钛在紫外或 者自然光存在时，对DNA均具有氧化损伤作用，使DNA的超螺旋结构发生解 旋，解旋率和纳米二氧化钛的浓度、光照强度呈正相关；在避光条件下，纳米 二氧化钛仅对DNA具有绑定效应，而不会降低DNA的超螺旋率，绑定产生在 DNA的磷酸基团，如P=O、C-O-P，但是DNA上的碱基没有参与绑定反应。 第二、根据MTT法，光学显微镜观察、DNA ladder实验、FACS分析，以 正常细胞系293T和肿瘤细胞系CHO为研究对象，发现纳米二氧化钛对两种细 胞都具有一定的毒性作用，毒性程度和纳米二氧化钛的浓度、作用时间、光照 强度呈正相关。肿瘤细胞系CHO的细胞毒性大于对正常细胞系293T的细胞毒 性。根据USP(美国药典)，当浓度为10μg/ml时，对293T的细胞毒性为1级， 对CHO的细胞毒性高至2级。纳米二氧化钛可以穿过CHO的细胞膜，进入到 细胞内部，在细胞内诱发细胞凋亡作用，使CHO的凋亡率从7.4％上升至24％， 但是对293T无此影响，这一研究结果如具有普遍性，可应用到癌症治疗，作为 一种靶向性药物载体。 第三、根据凝胶电泳和紫外、红外光谱分析，发现β-环糊精(β-CD)可以 对纳米二氧化钛的氧化损伤产生很好的抑制作用，当两者质量比为4∶1时，纳 米二氧化钛对DNA的氧化损伤几乎完全抑制。并且经实验证明，β-CD对DNA 无任何毒副作用，因此β-CD可以作为纳米二氧化钛的修饰剂，应用到化妆品等 产品中。紫外和红外谱图说明β-CD和纳米TiO2发生键合反应，纳米TiO2的Ti-O 键和β-CD空腔中的羟基发生键合，改变了纳米TiO2的表面状态，抑制了纳米 TiO2表面生成·OH，从而阻止了DNA的氧化损伤。 第四、根据DNA实验和细胞毒性分析，锐钛型的细胞毒性大于金红石型， 在低浓度下，50～60 nm金红石型纳米二氧化钛作用后，正常细胞293T存活率高 达90.4％，基本上没有毒副作用；同种晶型的纳米二氧化钛，粒径越小，毒性越 大；紫外催化作用下，毒性普遍增强，20～30nm锐钛型毒性增强最剧烈，在 200μg/ml浓度作用下，CHO细胞的存活率降低了16个百分点；和正常细胞相 比，三种纳米二氧化钛均对肿瘤细胞具有更大的毒性。 最后，关于进一步工作的方向进行了简要的讨论。 关键词：纳米二氧化钛，生物效应，DNA损伤，细胞毒性、细胞凋亡、表面修 饰