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纳米氧化锌(Zn O Nanoparticles,Zn O NPs)是目前继碳纳米管之后又一个备受关注的多功能纳米材料。纳米氧化锌的颗粒大小约在1~100nm之间。由于晶粒的细微化,其表面电子结构和晶体结构发生变化,产生了宏观物体所不具有的表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观隧道效应以及高透明度、高分散性等特点,而被广泛应用于橡胶、陶瓷、化工、环保、饲料、电子、化妆品、光学、生物、医药等众多领域,具有非常广阔的应用前景。纳米氧化锌在创造巨大经济效益的同时,其毒性和健康效应也应引起人们的关注。但是,到目前为止,关于纳米氧化锌的生物安全性的研究还很少,而且已取得的研究结果也并不统一,还需要进行大量的研究证明。基于此,本研究以三种不同尺寸的纳米氧化锌(15nm、30nm、90nm)为对象,比较不同浓度的纳米氧化锌(15nm)对HEK293细胞的毒性大小以及同一浓度(4.0μg/ml)不同尺寸的氧化锌(常规氧化锌、15nm、30nm、90nm)对HEK293细胞的毒性差异,并进一步研究纳米氧化锌的毒性作用机制,以期为纳米氧化锌做体外安全性评估,并为纳米材料毒理学以及其生物安全性研究提供一定的理论依据。首先,利用透射电子显微镜(TEM)和动态光散射(DLS)对实验所用纳米氧化锌(15nm、30nm、90nm)进行表征,然后分别从纳米氧化锌对HEK293细胞的细胞形态学、细胞损伤、抗氧化指标等方面的影响进行研究。研究结果显示,实验所用3种不同尺寸Zn O NPs的纯度均大于99.9%,其结构均为红锌矿晶型,其尺寸均比理论尺寸略大。用15nm不同浓度(0、0.5、1.0、2.0、4.0、8.0、16.0μg/ml)的Zn O NPs、同一浓度(4.0μg/ml)不同尺寸(常规Zn O、15nm、30nm、90nm)的Zn O NPs处理HEK293细胞,培养48h后,荧光显微镜观察显示,随着Zn O NPs浓度的逐渐增大,HEK293细胞逐渐出现形态学变化:细胞排列疏松,间隙增大,胞质内颗粒物增多,透明度下降,部分细胞回缩变圆并出现脱落。且在相同浓度下,Zn O NPs尺寸越小,这种变化越明显。MTT、流式细胞仪、Caspase3检测结果显示,随着Zn O NPs浓度的增大,HEK293细胞活性逐渐降低,凋亡率逐渐升高,Caspase3活性逐渐增强;随着Zn O NPs尺寸的减小,HEK293细胞活性逐渐降低,凋亡率逐渐升高,Caspase3活性逐渐增强。HEK293细胞抗氧化指标(MDA、ROS、GSH)检测结果显示,随着Zn O NPs浓度的增大,HEK293细胞中MDA和ROS水平逐渐升高,GSH水平逐渐降低;随着Zn O NPs尺寸的减小,HEK293细胞中MDA和ROS水平逐渐升高,GSH水平逐渐降低。MDA、ROS的过量积累,GSH的大量消耗,影响了细胞正常的氧化-抗氧化水平,诱导HEK293细胞出现氧化应激状态,从而进一步诱导Caspase3的活化,最后导致细胞发生凋亡,且Zn O NPs对HEK293细胞的这种毒性作用具有明显的剂量效应和尺寸效应,即Zn O NPs浓度越大,其对HEK293细胞的毒性越大,Zn O NPs尺寸越小,其对HEK293细胞的毒性越大。