【干货来了】你是不是也关心纳米TiO2到底有多毒？
2017.01.05
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纳米TiO2到底有多毒？！
纳米材料，早已经不是什么新鲜的玩意了！在各种社会生活中都有它的身影，化妆品中也不例外。
前两天，群里面讨论的火热，就是关于纳米TiO2，众所周知，在纳米尺度下，纳米材料会有很多优异的性质（这里我就不详细例举了），换句话说就是活性特别高。所以，人们普遍担心纳米颗粒进入生物体后，可表现出特殊的生物学活性，产生某些特殊的毒性，从而威胁着人体健康。
钛白粉，也就是TiO2时化妆品常用粉剂，因此不可避免的有纳米级的TiO2会被使用。在我国化妆品的相关法规中没有明确的指出到底纳米级材料有没有害，也没规定不准使用？不过作为工程师我们知道，不是说法规没有限定不能用，我们就可以用的。为了确定其毒性，秉承科学负责的态度，潇哥今天查了这么多和大家分享一下。
纳米二氧化钛毒性途径的研究
一、吸入暴露途径
纳米TiO2粒子粒径极小，可以小到10nm左右。可通过呼吸或渗透等形式经过肺泡和皮肤进入体内。我们先说呼吸：
Oberdorster等用粒径为20和200nm的TiO2颗粒进行了为期12周的大鼠亚慢性吸入实验，发现两组大鼠的下呼吸道均出现TiO2颗粒沉积，20 nm组TiO2颗粒在肺部滞留时间较长，肺泡Ⅱ型细胞增生并出现间质纤维化病兆，且肺泡巨噬细胞清除能力显著低于200 nm 组。另外，20nm组向肺间质组织和周围淋巴结侵袭的程度也显著高于200 nm 组。这些都显示20 nm TiO2颗粒有很强的生物效应，能使肺在低于颗粒容积负荷的情况下出现清除能力下降，并导致炎症反应增强。
Chen 等在发现肺部炎症的同时，还观察到小鼠肺部气肿的发生，Borm 等的研究也发现，灌注0.1 mg的纳米TiO2能引起小鼠严重的肺部炎症反应。Bermudez 等将大鼠、小鼠和地鼠暴露于超细TiO2( 21 nm) 颗粒中进行90 d 吸入实验，在暴露刚结束时三种动物肺中的纳米TiO2 颗粒含量最多，且随着剂量增加而增加，暴露后随着时间的延长肺中纳米TiO2 颗粒含量逐渐下降，在恢复期结束时，发现高剂量组在大鼠、小鼠和地鼠肺内的沉积率分别为57%、45%和3%，中、低剂量组在小鼠和地鼠中没有沉积现象，在大鼠肺内的沉积率分别为25%和10%。
二、经口暴露途径
人体吸入纳米颗粒有好几种不同的途径，对于大多数人来说经口摄入也是一个潜在的暴露途径。Wang 等将25、80和155 nm TiO2颗粒以5g·kg-1剂量对小鼠进行口服给药，两周后发现25和80 nm TiO2颗粒组雌性小鼠的肝脏系数明显高于对照组，组织病理学检查观察到明显的肝损伤(围绕中央静脉的水样变性和肝细胞点状坏死)，与对照组相比25和80 nm TiO2组血清中LDH 和α-HBDH 的变化显示心肌有损害。除此之外，实验组还观察到肾毒性像血尿素氮水平增加和肾脏病理学变化，说明纳米TiO2对肾脏有毒性，在心脏、肺、卵巢和脾脏中并未观察到异常的病理学变化。
三、皮肤渗透途径
目前TiO2被广泛应用于各类防晒化妆品中，其是否能经皮肤渗透进入人体内部已引起了人们的广泛关注。关于纳米TiO2的皮肤渗透可能性研究者们已经进行了若干研究，Lademann等曾报道在毛囊角质层和毛乳头处发现了防晒霜中的超细TiO2颗粒的存在，但是这不足以说明TiO2颗粒能穿透活皮肤组织。一些实验研究则发现TiO2 颗粒( 20~200 nm)可沉积于人皮肤角质层的最外层，角质层的深面、真皮层及皮下组织并未检测到其存在，相似的实验结果在猪皮上也得到了验证，说明纳米TiO2无法通过皮肤的屏障进入机体。Brand 等以大鼠皮肤为模型研究了含TiO2纳米材料的防晒剂在皮肤涂抹和酒精饮用经皮肤吸收的影响，发现在摄取酒精之后，再使用含有TiO2 纳米材料的防晒剂会进一步增加皮肤的通透性。
纳米TiO2是否可经皮渗透对人体产生毒性影响还不是很确定，因此专家们认为关于皮肤渗透需要加强如下几方面的研究：纳米TiO2对皮肤细胞的毒性作用机制，长期暴露于纳米TiO2后对皮肤的蓄积毒性，纳米 TiO2 在体内是否会代谢成更小的粒子而增加其潜在的毒性等。
纳米二氧化钛的细胞毒性研究
一、纳米二氧化钛跨膜
细胞膜是细胞与外界环境进行物质交换的通透性屏障，纳米TiO2对细胞的损伤首先体现在它对细胞膜的破坏，细胞膜是纳米TiO2对细胞攻击的第一个目标。Long 等采用TEM观察发现纳米TiO2 能够穿过神经小胶质细胞( BV2) 的细胞膜进入细胞内部，聚集在线粒体中。研究者Lu等借助AFM发现近紫外光照射时，用TiO2薄膜培养的大肠杆菌细胞壁首先降解，接着出现细胞膜损伤和细胞的通透性受到破坏，引起细胞内容物外流，导致细胞死亡。虽然目前已证实纳米TiO2能够穿过细胞膜进入到细胞内部，但对其跨膜机制还不是很清楚。
二、抑制细胞生长
纳米TiO2可以抑制细胞生长，Amezaga-Madrid等以假单胞菌属为对象，在纳米TiO2 存在条件下，发现纳米TiO2对细胞生长的抑制率达到60%~72%。熊先立等用47nm粒径的TiO2培养人肝癌细胞，发现细胞周期G1期细胞数显著增加，S期数量开始减少，表明纳米TiO2可将细胞周期阻滞在G1期，使其不能进入S期，从而导致细胞生长抑制。
三、损伤DNA
纳米TiO2具有遗传毒性，可以影响细胞遗传物质DNA的表达。Nakagawa 等的研究发现，当用波长小于400nm的紫外线照射纳米TiO2时，会产生具有强氧化能力的自由基攻击DNA链上的鸟嘌呤碱基，纳米TiO2 ( 21 nm)在有光照条件下会对小鼠淋巴瘤细胞的DNA产生损伤，在无光照条件下则对DNA无损伤。Hirakawa 等的实验也证实了纳米TiO2引起的DNA断链大多发在鸟嘌呤残基上。Wamera 等研究也发现用320~400 nm 的紫外线照射含有TiO2的小牛胸腺DNA，经高效液相色谱( HPLC) 分析发现有8-OHdG生成，说明DNA发生了氧化损伤。
四、引起细胞凋亡
纳米 TiO2 可以引发细胞的凋亡和坏死。Rahman 等发现20 nm的TiO2超细颗粒处理过的细胞，其微核数目显著升高，引起细胞凋亡。Gurr 等研究证实，纳米TiO2( 10~20 nm)在缺乏光照的情况下，也可以引起人类的支气管上皮细胞系(BEAS-2B)的DNA氧化损伤、脂质过氧化、微核效应，并导致过氧化氢和氧化亚氮的出现，进而对细胞产生影响。
目前看来
纳米TiO2对人体是有一定毒性的，但是毒性不大，粒径尺寸越小，越容易进入细胞，对细胞的毒性越大，颗粒数目超出一定的范围也能引起毒性；经不同的暴露途径作用于生物体对机体的影响不同，毒作用的主要器官及损伤程度存在较大差异；体内毒性研究结果与体外细胞毒性研究结果不太一致，因此体外的研究结果不能完全代表其体内毒性。
目前，世界各国都已经开始了纳米TiO2毒性和安全性等方面的相关研究工作，但国内对纳米TiO2这方面的研究还比较薄弱，还只限于动物体内或体外等方面的研究，对于纳米TiO2宏观层面以及更深层次的生物效应机制的研究，目前的报道还较少，这些都值得我们深入探讨。开展这方面的研究关系到人类的生存健康，需要科研工作者的共同努力，它充满了科学创新的机遇与挑战。
新型物理防晒原料概念的出现
正是由于纯的纳米颗粒的吸入风险以及可能堵塞毛孔的风险，目前一些跨国公司或国内的原料厂家已经开发出新型的物理防晒原料，其原理是通过多层化学反应将纳米二氧化钛负载或牢固固定到一些球形的颗粒上，其具有微米级的粒径，又没有任何游离的纳米二氧化钛析出，大大减少了吸入的风险；但是又有良好的纳米的防晒效果，因为纳米颗粒已经均匀的反应到了载体上，分散良好；最终可以得到肤感爽滑，遮瑕，控油，非纳米级的物理复合防晒剂，其更适合用于儿童产品或更高安全要求的防晒产品中。
参考技术信息来源：
1、刘晓闰《TiO2纳米颗粒对小鼠脑毒性的实验研究》
2、刘倩《纳米TiO2毒性的试验研究》
3、华东六省一市生物化学与分子生物学学会学术交流会《纳米TiO2的细胞毒性和肿瘤抑制性研究》
4、张金洋《纳米TiO2经呼吸道暴露的毒性研究进展》
5、李俊纲《TiO2纳米颗粒对小鼠脑毒性的实验研究》
6、柏图化工提供技术信息
TiO2是化妆品中最常用的粉体 没有之一~
找原料网名家直播2017年第一课
《粉体在化妆品中的应用》
