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《纳米毒理学：纳米材料安全应用的基础》主要奉献给工作在纳米科学研究单位、相关企业的研发部门、纳米技术标准化机构、疾病控制中心，化学、生物学、毒理学、材料科学、药物学、药理学、药剂学、预防医学、公共卫生学、环境科学等领域的人员，质检、海关等政府管理部门的读者，本科生、研究生以及从事相关领域研究的广大科研人员使用。
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| 內容簡介： |
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纳米毒理学是研究纳米尺度下物质与生物体的相互作用过程，以及所产生的生物学效应或健康效应的一门新兴学科分支。由于小尺寸效应、量子效应和巨大的比表面积等，纳米材料具有特殊的物理化学性质和崭新的功能。它们进入生物体后将产生什么样的化学活性或生物活性，进而对生命过程将产生什么样的正面的或负面的影响？《纳米毒理学：纳米材料安全应用的基础》围绕学术界和社会高度关注的这些科学问题，建立了相应的知识框架，分13章进行了系统的阐述。
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| 目錄：
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《纳米科学与技术》丛书序
第二版前言
第版前言
第1章 纳米毒理学概述
1.1纳米毒理学与研究现状
1.1.1 什么是纳米毒理学？
1.1.2 纳米技术：从科学预言到市场产品
1.1.3 纳米科技发展必然出现的分支领域：纳米毒理学”
1.1.4 纳米毒理学研究现状分析：国家、研究机构、实验室
1.1.5 纳米毒理学研究现状思考
1.2纳米毒理学的溯源
1.2.1病毒学（病毒是典型的活着的纳米颗粒）
1.2.2 工业烟雾颗粒
1.2.3 大气颗粒物
1.2.4 人造纳米颗粒
1.3纳米毒理学的特征
1.3.1新的剂量单位在纳米毒理学中的重要性
1.3.2表面吸附在纳米毒理学中的重要性
1.3.3 医学应用广泛
1.4纳米毒理学：迫切需要体内研究
1.5纳米毒理学：阶段与问题
1.6纳米毒理学：重要目标
1.7纳米毒理学：利益与风险之间平衡的桥梁
1.8纳米毒理学：展塑
参考文献
第2章 纳米材料的生物吸收、分布、代谢、排泄与急性毒性
2.1 纳米颗粒的体内吸收
2.1.1 纳米颗粒在肺部的沉积和吸收
2.1.2 纳米颗粒在皮肤的渗透和吸收
2.1.3 纳米颗粒在胃肠道的沉积和吸收
2.2纳米颗粒在体内的迁移和分布
2.2.1吸入暴露的迁移和分布
2.2.2 口服暴露的迁移和分布
2.2.3 其他暴露途径的迁移和分布
2.2.4迁移和分布的影响因素
2.3纳米颗粒的代谢和排泄
2.4纳米颗粒的急性毒性
2.4.1 心血管系统对纳米颗粒的急性毒性反应
2.4.2呼吸系统对纳米颗粒的急性毒性反应
2.4.3肝脏对纳米颗粒的急性毒性反应
2.4.4 肾脏对纳米颗粒的急性毒性反应
2.4.5神经系统对纳米颗粒的急性毒性反应
2.4.6皮肤对纳米颗粒的急性毒性反应
2.4.7 系统急性毒性反应：氧化应激损伤
参考文献
第3章 细胞纳米毒理学：纳米颗粒与细胞的相互作用
3.1纳米颗粒的细胞摄入
3.1.1 细胞摄入的纳米表面结构效应以及表面修饰效应
3.1.2 细胞摄入的纳米尺寸效应
3.2纳米颗粒对肺泡巨噬细胞的影响
3.2.1 幻胞吞噬能力和趋化性
3.2.2 细胞膜和细胞骨架
3.2.3 细胞坏死和凋亡
3.3纳米颗粒对其他肺细胞的影响
3.4纳米颗粒对皮肤细胞的影响
3.5 纳米颗粒对肝细胞的影响
3.6 纳米颗粒的细胞生物学效应
参考文献
第4章 细胞纳米毒理学效应机制：纳米材料的细胞摄取、胞内转运及其细胞毒性
4.1背景
4.2纳米材料的细胞吸收
4. 2.1 纳米颗粒NPs可能的细胞吸收途径
4.2.2 纳米颗粒尺寸和形状依赖的细胞吸收
4.2.3 纳米颗粒表面化学性质依赖的细胞吸收
4.2.4 纳米颗粒表面电荷依赖的细胞摄取
4.3纳米颗粒细胞内的定位和迁移l
4. 3.1金纳米材料
4.3.2碳纳米材料
4.4纳米颗粒的细胞清除及其细胞毒性
4.4.1金纳米材料
4.4.2碳纳米材料
4.5展望
参考文献
第5章 纳米材料理化性质与其细胞摄取、转运及命运的关系
5.1概述
5.2纳米材料化学性质对细胞摄取、转运和累积的影响
5.2.1 纳米材料表面亲水性和疏水性的影响l
5.2.2 纳米材料的表面功能化和表面电荷的影响
5.2.3 纳米材料及其表面组成的影响
5.3纳米材料理化性质对细胞吸收、运输和累积的影响
5.3.1 纳米材料尺寸的影响
5.3.2 纳米材料纵横比的影响l
5.4纳米材料表面积对其溶解性和降解性的影响
5.5展望
参考文献
第6章 分子纳米毒性学：纳米材料与生物分子的相互作用
6.1纳米颗粒与蛋白质的相互作用
6.1.1 结构特性和化学效应
6.1.2 纳米颗粒与蛋白质的尺寸效应
6.1.3 弱相互（非共价键）作用
6.1.4靶蛋白作用的选择性及其医学应用
6.1.5 细胞信号通道调节
6.1.6 纳米毒性的生物标志物l
6.2纳米颗粒的抗原性
6.2.1人造纳米材料的免疫学性质
6.2.2 纳米颗粒与补体的相互作用
6.2.3 生物体系对纳米体系的识别作用
6.3纳米颗粒与核酸的相互作用
6.3.1尺寸效应
6.3.2协同效应
6.3.3 DNA切割l
6.3.4诱导基因突变
6.3.5 基因转运载体
参考文献
第7章 纳米颗粒进脑的能力及神经生物学效应
7.1纳米颗粒进脑的能力与途径
7.1.1 纳米颗粒跨越血脑屏障进脑”
7.1.2 纳米颗粒通过嗅觉神经转运进脑
7.1.3 感觉神经末梢摄入纳米颗粒再转运进脑
7.2纳米颗粒在脑中的迁移、输运与代谢
7.2.1 纳米颗粒在脑中迁移、输运与尺寸效应
7.2.2 纳米颗粒在脑中的化学种态”l
7.3纳米颗粒的中枢神经毒理学效应
7. 3.1 大气纳米颗粒物暴露与神经系统炎症反应
7.3.2人造纳米颗粒暴露与神经系统损伤
7.3.3神经细胞对纳米颗粒的摄入作用
7.4纳米颗粒的神经细胞生物学效应l
7.5 纳米颗粒的神经分子生物学效应——对神经生化标志物与神经递质的影响
7.6纳米颗粒的其他神经生物学效应
7.7纳米颗粒神经毒性的机制
参考文献
第8章 呼吸暴露纳米颗粒对心肺系统的毒理学效应
8.1 呼吸暴露纳米颗粒对呼吸系统的影响
8.1.1纳米颗粒的体内分布及代谢
8.1.2 纳米颗粒穿越肺泡毛细血管屏障的能力
8.1.3 纳米颗粒的肺外转运及代谢动力学
8.1.4低剂量长期暴露纳米颗粒的肺部毒性l
8.2呼吸暴露纳米颗粒对肺部损伤的年龄差异
8.2.1 纳米颗粒引起肺功能生化指标变化的年龄差异
8.2.2纳米颗粒引起肺组织病理学变化的年龄差异
8.2.3纳米颗粒引起肺部损伤的敏感性的年龄差异
8.2.4 不同年龄段需要不同的毒性评价指标
8.3 呼吸暴露纳米颗粒对心血管系统损伤的年龄差异
8.3.1 纳米颗粒引起血清中组胺含量变化的年龄差异
8.3.2纳米颗粒引起心肌缺氧的年龄差异
8.3.3纳米颗粒引起心肌细胞损伤的年龄差异
8.3.4纳米颗粒引起房室传导阻滞的年龄差异
8.3.5 纳米颗粒引起血液流变学变化的年龄差异
8.4 呼吸暴露纳米颗粒对凝血系统的影响
8.4.1 吸入纳米颗粒导致的氧化应激反应
8.4.2吸入纳米颗粒对凝血系统的影响”
8.4.3 纳米颗粒暴露对血管内皮系统的影响
参考文献
第9章 胃肠道摄入纳米材料的毒理学效应
9.1 胃肠道摄入纳米颗粒的急性毒性
9.2 胃肠道摄入纳米颗粒引起的离子超载”
9.3 胃肠道摄入纳米颗粒引起的碱中毒
9.4纳米颗粒超高化学反应活性决定其生物毒性
9.5 胃肠道摄入纳米颗粒的毒性与尺寸效应
9.6 胃肠道摄入纳米颗粒的毒理学效应的异常与复杂性
参考文献
第10章 决定碳纳米管毒性的主要因素
10.1概述
10.2碳纳米管内残留的金属杂质影响其毒性
10.3碳纳米管的理化和结构特征影响其毒性
10.3.1 表面电荷和化学修饰
10.3.2形状
10.3.3长度
10.3.4 团聚程度
10.3.5层数
10.4细胞培养环境和分析方法影响碳纳米管的毒性测试结果
10.5碳纳米管产生毒性的机制
10.6展望
参考文献
第11章 纳米特性与生物效应的相关性
11.1纳米尺寸对纳米毒性的影响
11.1.1 急性毒性中的纳米尺寸效应
11.1.2观测对象器官选择影响纳米尺寸效应
11.1.3毒性级别的判定与纳米尺寸效应
11.1.4呼吸系统毒性的纳米尺寸效应
11.2纳米结构化学效应
11.3纳米表面化学
11.4纳米表面化学：降低或消除纳米颗粒毒性的有效途径
11.5纳米颗粒的安全剂量
参考文献
第12章 纳米毒理学的实验技术与研究方法”
12.1 体外纳米颗粒的表征方法
12.1.1 纳米颗粒实验样品的预处理方法
12.1.2 纳米颗粒实验样品的表征方法
12.2纳米颗粒体外细胞摄入和定位的检测方法
12.2.1 透射电镜法
12.2.2元素分析法
12.2.3 荧光光谱法
12.2.4纳米颗粒细胞摄取研究的新方法
12.3纳米颗粒细胞毒性的研究方法
12.3.1 纳米颗粒影响细胞繁殖能力的评估方法
12.3.2 纳米颗粒引起细胞坏死的评估方法
12.3.3 纳米颗粒引起细胞凋亡的评估方法
12.3.4 纳米颗粒引起DNA损伤的评估方法
12.3.5纳米颗粒引起氧化应激的标志物与检测方法
12.3.6体外纳米毒理学新的研究技术
12.4纳米颗粒体内毒性的研究方法”
12.4.1 纳米颗粒生物分布和清除的检测方法
12.4.2血液学和血清生化指标检测技术
12.4.3 组织学／组织病理学检测技术
12.4.4体内纳米毒理学新的研究技术
12.4.5新的纳米分析技术
12.5现有方法学的问题和挑战
参考文献
第13章 基于核技术与同步辐射的纳米生物效应分析方法
13.1概述
13.2纳米生物效应研究中的核分析技术
13.2.1 纳米材料表征中的分析化学
13.2.2 分子水平上研究纳米材料与生物界面的相互作用
13.2.3纳米材料在细胞内的可视化成像研究
13.2.4纳米材料在生物体内的分布与定量研究方法
13.3纳米生物效应研究中的分析方法小结
13.4展望
13.4.1纳米生物效应中的其他科学问题
13.4.2更多核分析手段的出现
参考文献
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第1章纳米毒理学概述
1。1 纳米毒理学与研究现状
1。1。1 什么是纳米毒理学?纳米毒理学是纳米科学与生命科学交汇所产生的一个重要的分支学科 2005年纳米毒理学专业学术刊物在英国创刊，标志这个新领域的形成?传统的毒学一般归属于大的生物医学范畴，然而，纳米毒理学很难如此归属?这是因为，仅有生物学或医学的方法和知识，几乎无法研究和阐述纳米毒理学?纳米毒理学 许多新的概念与生物学或医学关系甚少，反而与化学、物理的关系更加密切?比如，纳米尺寸效应、纳米表面效应、量子效应、分散团聚效应、比表面积效应、高表面反应活性、表面吸附、颗粒数浓度效应、自组装效应等?这些在纳米尺度下特有的量效关系，大部分属于前沿化学或物理学与生物医学的交叉， 因此，纳米毒理学是一个典型的交叉学科? 尤其需要化学、 物理、 纳米技术， 生物技 术，医学等领域的知识和研究手段，进行真正的学科交叉任何一个单独的学科 都难以胜任，因此，充满了科学创新的机遇?
纳米毒理学，是研究纳米尺度下，物质的物理化学性质尤其是新出现的纳米 特性对生命体系所产生的生物学效应，尤其是毒理学效应?纳米毒理学的目的是 以科学的方式描述纳米物质颗粒在生物环境中的生物学行为，以及生态毒理学 效应?揭示纳米材料进入人类生存环境对人类健康可能的影响?加强我们对纳米 尺度下物质的健康效应的认识和了解，不仅是纳米科技发展产生的新的基础科学 的前沿领域，也是保障纳米科技可持续发展的关键环节?
1。1。2 纳米技术:从科学预言到市场产品
1959年，诺贝尔奖得主物理学家理查德?费曼在加州理工学院发表了题为 There''sP1enty0fR00mattheB0tt0m"的演讲?他预言:人类将来不仅可以用 很小的器件制造出更小的机器，而且最终人们可以按照自己的意愿从单个分子甚 至单个原子开始组装并制造出最小的人工纳米机器来?可以说，这是纳米技术最早的定义?费曼的预言被认为是为一个新的科学技术时代的到来投下了一粒种 子，经过大约30年的孕育，便会蓬勃发展起来?
20世纪80年代，随着电子显微镜的发明和应用，人们不仅可以看见单个原 子，而且可以操作单个原子?理查德?费曼的预言变为现实?纳米技术是在接近 原子尺度1~100nm空间对原子、分子进行操纵和加工，产生性能独特的纳 米材料、产品和器件的技术?在这样的一个尺度空间中，由于量子效应、物质的 局域性及巨大的表面和界面效应，物质的很多性能与块体材料相比， 发生了质 变，具有独特的光、电、磁、热等物理化学性能?这些变化渗透到各个工业领域 后，将引导一轮新的工业革命?
由于纳米科学技术的飞速发展可能会导致生产方式与生活方式的革命，因而 已经成为当前发达国家投入最多、发展最快的科学研究和技术开发领域之一?经过20多年的基础和应用研究，纳米技术正在投入商业应用，根据Woodrow Wilson国际学者中心对全世界纳米技术项目的统计、分类、分析，纳米技术已被广泛应用于电子、化妆品、汽车和医疗行业，截至2009年8月25日，纳米技术产品主要集中在包括个人护理品、衣服、化妆品、运动产品、防晒剂等在内的与健康和健身相关的行业图1。1和图1。2?对于纳米技术产品，调查了24个不同的国家，大部分商品源自美国540种，其次为亚洲各国240种，欧洲154种，只有少数源自世界其他国家图1。3? 纳米商品的材料主要集中在银、碳、锌氧化锌、硅、钛二氧化钛和金等材料上，其中大部分纳米商品涉及金属银，约有259种商品图1。4?从2006年3月到2009年8月，市场上宣 称纳米技术的、成熟的"纳米商品"已由212个上升到1015个图1。5，短短 三年内，几乎增长了379%[1]?
图1。1纳米技术商品的分类
图1。2健康和健身相关的纳米技术商品分类
图1。3纳米技术商品的分布
图1。4纳米技术商品的主要材料
图1。5纳米技术商品的数量的发展
1。1。3纳米科技发展必然出现的分支领域:纳米毒理学发展纳米技术的目的是为社会带来巨大利益?然而，政府、企业界、公众和 科学家们很快意识到如此诱人的纳米结构材料的健康效应是不容忽视的问题，并 纷纷表示高度关注:它们是否对环境和健康产生不可预见的危害性[2]?化学家和 材料科学家研究开发的纳米材料至少一维方向尺寸小于100nm，它们与我们 生活环境中的大气污染颗粒相比，具有高度的重现性和单分散性，因此，被认为可能成为引起新的毒性的潜在因素?① 纳米结构与其物理维度有关的独特的光、电、磁性质，它们在生物体内的分解可能会导致独特的、难以被预测的化学或生物学效应[3]?②纳米结构表面与许多催化和氧化反应有关[4]?由于纳米材料的比 表面积非常大，一旦它们诱导细胞毒性，那么这些毒性可能远远大于组成相似的 块体材料所引起的毒性[5]?③某些包含金属或毒性物质成分的纳米结构材料，一 旦分解可能引起与成分本身类似的毒性反应?表1。1列出了某些常规的主要纳米 结构材料的应用、关注焦点和生物学机制的研究[6]?这种潜在危害的关注，无 论是真实的还是推测的，都正在威胁、减缓纳米技术的发展，除非我们能够不断 提供科学的、独立的、权威的信息， 它们能够揭露什么是危险的， 什么是安全 的，以及怎么避免它们[7]?
表1。1常见纳米结构材料的应用举例、体内研究状态及其相关生物领域的调查
了解和认识纳米材料和纳米产品的毒理学效应与安全性，不仅对纳米科技本身的发展有帮助，而且对于人类环境健康和公共安全性也是非常重要的?因此，各国政府、世界各地工业界和研究机构都在讨论:如何在实现新兴纳米技术带来 利益的同时，尽量减少潜在的风险?这可能是人类科学技术发展史上前所未有 的先发制人的行动[8]?各国政府明确表示要重点支持纳米安全性研究， 建立协作、综合、有针对性的研究方案[9]， 但是， 这方面的行动还是比较迟缓的?2006年9月，美国众议院科学委员会主席舍伍德伯勒特SherW00dB0eh1ert在美国国会的纳米安全性听证会上的评论中说"我们是正行走在解决问题的正确的道路上，但是，紧迫感已经来临， 我们却还在闲庭信步"? 同年10 月， 英国皇家学会批评政府，在减少纳米材料对环境和健康不确定性的影响方面， 英国政府并没有取得足够的进展[10]? 由于在当今这个经济利益至上的剧烈竞争的世界，理解和预防危险性的研究工作往往在研究基金的竞争方面， 具有较小的优先权?因此，英国皇家学会建议政府设立专门的研究基金和研究机构，用于纳米安全性的研究?
1。1。4纳米毒理学研究现状分析:国家、研究机构、实验室A1ex1sD。Ostr0Wsk1等应用文献计量学方法对2000~2007年纳米毒理学研究科学文献的流行和分布进行了研究[29]?他们发现，纳米毒理学文献分散在各 个交叉领域，集中在体外测试，往往缺乏具体暴露途径，趋于强调急性毒性和死亡率，而不是长期暴露和易感人群的研究?最后，关于消费性纳米商品的研究，特别是关于它们的环境命运研究较少，大部分研究是基础纳米材料的毒性研究?2007年1月，美国学者 GünterOberd?rster等以"tox1c1ty"或"hea1theffects"结合"U1traf1ne"或"nanopart1c1es" 为主题词在PUbMed网络数据库上进行相关领域文献的搜索、分析图1。6[30]?他们发现，1990年左右，文献主要集中在超细颗粒的转运和潜在的致炎作用机制研究；1990~1995年，主要是超细颗 粒的作用机制及假设，提出超细颗粒的表面积与毒性有关以及纳米颗粒具有更大的毒性等研究；1995~2000年，集中于氧化应激作为超细颗粒主要作用机制的 研究；2000~2005年，纳米颗粒潜在诱导人和环境潜在副作用认识的不断增长 的阶段，碳纳米管的肺毒性，纳米颗粒的线粒体和细胞核定位等研究；2006年 后，主要是量子点和富勒烯渗透皮肤到达表皮和真皮等的研究?
2009年6月，我们以 Nna0和T0x1养为主题词通过ISI Web 0f Sc1ence检索，发现了相似的结果，出版文献总共达5300篇?关于纳米材料毒性研究每年 出版的文献不断上升，近5年发展非常迅速，呈指数增长，如图1。7所示?按国家为检索单元进行统计，可以发现纳米材料毒理学和安全性研究发表文献的前20位国家和地区如下第一是美国，第二是中国，以后依次为德国、法 国、日本、英国、意大利、加拿大、韩国、印度、西班牙、瑞士、澳大利亚、荷兰、比利时、中国台湾、巴西、苏格兰、瑞典、俄罗斯等国家和地区图1。8?美国的论文总数远远大于其他国家，是排第二名的中国的4倍?我们进一步仔细
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