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量子点(quantum dots,QDs)又称半导体纳米微晶体,能够接受激光产生荧光的半导体纳米颗粒,是新兴的最富期望的纳米技术之一。典型的量子点结构是半导体纳米晶体为核心,第二个半导体材料为外壳,尺寸一般为2-10纳米。
量子点表现出特有的荧光纳米效应,其光吸收谱宽而连续,荧光发射谱窄而对称、无长波段拖尾现象,荧光强度强、量子产率高,可以轻松地实现一元激发、多元发射的同时多色标记检测。量子点在纳米医药学和纳米生物技术等应用领域占有重要一席。量子点的发光特性具有以下特点:量子点的发射波长范围较窄,斯托克斯位移大,抗光漂白性能好,同一种组分的纳米材料,量子点的粒径不同时,其荧光发射光谱也不同;并且粒径不同时,可以发出不同颜色的荧光。目前量子点主要应用于生物大分子之间的相互作用、生物大分子探针标记、生物组织细胞的标记与成像、活体医学成像等众多生物医学科学领域。
然而,要对分子和生物细胞进行标记,其量子点本身须具备水溶性高、生物相容性好、毒性低等条件。这就需要我们从生物材料安全性出发对其毒作用与机制进行研究,而对毒理学机理的研究,目前大多是体外毒性的研究,体内毒性研究任重而道远。随着量子点更广泛的研究应用,其本身的毒性问题,以及对人类环境可能产生的潜在危害将日渐引起人们的关注。本研究希望通过体外毒性研究以及其对小鼠的吸入毒性,对量子点的毒性作用和相关机制进行观察与分析,为量子点的生物安全性及体内应用提供参考。
1、在本实验条件下,一定浓度的量子点(CdSe)可以使得16-HBE细胞活性下降,采用MTT法测出量子点(CdSe)对16-HBE细胞的半数生长抑制浓度(IC50)为26.261μg/mL。培养液中LDH的释放增高,膜通透性增加;12μg/mL的量子点(CdSe)在染毒24h时可引起16-HBE细胞的氧化应激反应,细胞产生羟自由基的能力变强,脂质过氧化产物MDA含量增高,产生大量羟自由基,从而导致抗氧化酶SOD活性下降,进而导致脂质过氧化的发生,并造成DNA链断裂。
2、体内毒性研究中,对小鼠采用经鼻滴注量子点(CdSe),观察对小鼠的毒作用效应。发现单次染毒7天对小鼠体重、摄食没有明显的影响。50 mg/kg.bw剂量组血清生化检测发现白蛋白(ALB)、葡萄糖(Glu)、乳酸脱氢酶(LDH)等指示肝肾病变的指标有显著变化。50 mg/kg.bw剂量组小鼠脏器系数的结果显示心、肝、肾有异常,病理检测发现肺组织有严重的化脓性炎症,肝细胞有轻、中度水肿。超微电镜检查发现肺细胞内线粒体、内质网均有异常,肺血管轻微扩张,部分肺上皮细胞空泡化,肺间质纤维增多。肝细胞的线粒体、内质网等细胞器均出现不同程度的损伤,部分细胞有凋亡倾向。脏器氧化损伤检测也发现肺和肝有自由基过量产生,抗氧化酶活性降低的现象。外周血细胞的DNA有所损伤。
3、通过经鼻滴注量子点(CdSe),于7天和14天时采血,并于14d时处死小鼠进行研究分析。实验发现,单次染毒50 mg/kg.bw剂量不会对小鼠脾脏形态、淋巴细胞增殖活性产生明显影响,但是超微电镜观察发现对脾脏细胞出现空泡化且线粒体严重肿胀。脾脏T细胞增值能力无明显变化。血清免疫球蛋白检测结果,染毒7d后,50 mg/kg.bw剂量组小鼠血清IgM抗体含量升高显著,14d时,血清中IgG显著高于对照组。
综上所述,可以初步认为:量子点(CdSe)可降低16-HBE细胞增殖活力,对细胞脏成氧化损伤并能损伤细胞DNA。量子点(CdSe)小鼠体内毒性研究表明,其吸入染毒后的主要靶器官为肺和肝脏,能引起相应脏器的氧化损伤,对外周血DNA有一定损伤作用。量子点对免疫器官脾脏有亚细胞水平上的损伤,且会影响血清免疫球蛋白的含量,机体体液免疫受到一定影响,未检测到细胞免疫的改变。