氣相二氧化硅的原生粒子粒徑約7~40nm，是一種典型的納米材料，作為全球應用最廣的、產量最大的納米材料，其本身具有熱穩定性、化學惰性、高親水性和弱滲透性等獨特的理化性質，被廣泛應用于多個行業，大量用于與人體密切接觸或直接攝入進入人體。同時大量生產和研究人員可以通過皮膚直接接觸、呼吸道吸入、消化道攝入等途徑進入相關個職業人群和接觸人群體內。由于納米材料本身結構功能的活躍性，納米材料的生物安全及納米毒理學研究對納米科技的發展和應用顯得尤為重要。充分認識納米二氧化硅具體的毒理性作用和機制將可為將來納米顆粒的安全研發，為氣相二氧化硅在與人體接觸的行業中大規模應用提供理論依據。
細胞是機體結構和功能的基本單位。納米二氧化硅對多種細胞都有較明顯的毒性作用。納米二氧化硅的毒性作用機制主要分為五個方面。
1.氧化應激
氧化應激是納米材料常見的毒性作用機制,也是較為關鍵的作用路徑。納米二氧化硅本身具有高反應性和高生物活性,其通過內吞作用進入細胞后可誘導細胞內超氧自由升高,導致氧化應激反應和細胞損傷。研究發現, 納米二氧化硅通過不同途徑進入生物體均可引起多個臟器發生氧化應激反應。
2.炎性反應
進入生物體的納米二氧化硅可引起炎癥反應,炎癥可使部分細胞變性、壞死,從而引起生物機體機能發生改變納米二氧化硅可使生物體炎癥反應發生的危險性增加,炎癥反應是其引發生物毒性的機制之一。
3.線粒體損傷
線粒體是大多數細胞產生能量的主要場所,也是細胞中活性氧的主要來源,所以線粒體損傷可引起細胞或機體發生功能性障礙。納米二氧化硅可使心肌細胞線粒體膜電位改變,使細胞ATP（三磷酸腺苷）供應障礙,從而引起心肌細胞功能障礙。
4.DNA損傷
作為細胞遺傳信息的攜帶者,DNA損傷必然會引起細胞功能障礙,從而呈現相應的表型。納米二氧化硅通過使細胞骨架紊亂,可直接破壞DNA雙鏈結構,使組蛋白磷酸化,從而使DNA無法正常發揮功能。納米二氧化硅可直接使細胞核結構破壞,從而使細胞發生凋亡。
5.其他機制
納米二氧化硅可使多種細胞發生內質網應激,從而使細胞發生凋亡。低劑量納米二氧化硅能使肝出現肉芽腫,并逐漸出現纖維化,并在多個器官(肝、心臟、肺)均出現肥大細胞聚集。總之,納米二氧化硅的毒性作用機制呈現多樣化形式,這在評價納米二氧化硅的毒性作用時需特別注意,以免遺漏有關作用,造成判斷失誤。
雖然氣相二氧化硅屬于納米二氧化硅的范疇，但是由于氣相二氧化硅在平常處于附聚體狀態，粒徑分布在10-50um級，即使在液相或固相體系中充分分散，氣相二氧化硅也是以聚集體狀態存在，粒徑分布100-300納米。將氣相二氧化硅分散到原生粒徑極其困難。
研究（Zhou F, Liao F, Chen L,et al. The size-dependent genotoxicity and oxidative stress of silica nanoparticles on endothelial cells [J]. Environ Sci Pollut Res Int,2019, 26(2)：1911-1920.）表明：將納米二氧化硅通過鼠尾靜脈注射入小鼠體內發現,粒徑(10、30、50、70、100、300、1000nm)大小與血小板減少、肝損傷和致死毒性之間呈負相關。即粒徑越大，納米二氧化硅在生物體內的毒性越小。此外粒徑越大，納米材料進入生物體內的難度越高。綜上，雖然包括氣相二氧化硅在內的納米二氧化硅具有一定的生物毒性，但是由于氣相二氧化硅的粒徑相對較大，其生物毒性處于相對較低的水平。
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