培养液中钙，钠离子对碳纳米颗粒细胞毒性检测的影响

从纳米颗粒奇异的物理化学性质出发，研究细胞培养液中钙和钠离子在不同粒径的纳米碳黑、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管和石墨烯片等碳纳米颗粒上的吸附作用以及金属离子-碳纳米颗粒复合物的细胞摄取。使用MTT法测定细胞存活率，观察细胞毒性与细胞内钙和钠浓度增加的相关性，评估细胞内钙和钠离子浓度增加对不同碳纳米颗粒细胞毒性检测的影响。使用放射性核素Tc-99m，Ca-45,47和Na-24分别标记碳纳米颗粒和培养液中金属离子，根据双示踪技术观察到的纳米碳黑和培养液中金属离子细胞摄取的时间顺序差别，揭示金属离子进入细胞的过程特征，验证向细胞内输运过量的金属离子是纳米碳黑产生细胞毒性的根本原因。使用细胞和分子生物学技术研究过量钙和钠离子引起细胞毒性的分子生物学机理。为揭示纳米毒理学不同于常规毒理学的特点，正确评估碳纳米颗粒的细胞毒性，建立碳纳米颗粒细胞毒性的检测和评估方法提供基础研究的支撑。

从纳米颗粒奇异的物理化学性质出发，包括小尺寸，大比表面积和高的吸附活性，研究了碳纳米颗粒和细胞培养液中钙，钠离子的相互作用及对细胞毒性检测的影响。在项目执行中，创新性地对传统的MTT法进行改进，采用细胞和纳米材料孵育以及纳米材料细胞生物效应测定两步法测定碳纳米颗粒的细胞毒性。研究结果表明碳纳米管，纳米碳黑均能吸附培养液中的钙离子并载带进入细胞，导致细胞毒性的增加。不同功能化修饰的碳纳米管吸附钙的能力没有显著差异，而纳米碳黑吸附钙的能力随粒径的减小而增加，显示了纳米尺度效应。在无血清细胞培养液中，纳米金刚石大量吸附培养液中的钠离子并载带进入细胞，导致很强的细胞毒性，而在完全培液中，血清蛋白的存在屏蔽了这种盐效应，从而使纳米金刚石显示很好的生物相容性。此外，还拓展研究了纳米金刚石与水环境中重金属离子的相互作用及其细胞毒性，指出纳米颗粒对水环境中重金属离子的毒性具有协同作用。项目研究中，重点应用同步辐射X射线显微成像技术对碳纳米颗粒吸附金属离子及纳米颗粒—金属复合物和细胞的相互作用过程进行了可视化的定性和定量研究，证明了碳纳米颗粒向细胞内输运过量金属离子是导致细胞毒性的重要原因。我们的工作揭示了纳米毒理学不同于常规毒理学的特点，为正确评估碳纳米颗粒的细胞毒性，建立碳纳米颗粒细胞毒性的检测和评估方法提供了基础研究的支撑。