早在2001年11月，中国科学院高能物理研究所就提出了“开展纳米生物效应、毒性
与安全性研究”的建议。该建议引起了中科院和高能所两级领导的高度重视和支持。20
02年开始筹建，并于2004年对原有的纳米生物组、稀土金属毒理组、重金属毒理组和有
机卤素的生物效应与毒理学研究组进行整合，正式成立了我国第一个“纳米生物效应实
验室”。由纳米科学、生物学、毒理学、医学和化学等领域的研究人员组成的研究团队
，利用核分析技术的高准确度、微区、微量等非核技术无可替代的特点，检测生物环境
中的纳米颗粒。研究纳米材料在生物体的吸收、分布、代谢等；研究在常量、微量、超
微量的剂量下，对靶器官的生理功能的影响。利用中子活化分析的高灵敏度和小取样量
，使我们能够将其与细胞分离技术结合起来，定性和定量分析在细胞中，以至不同细胞
器中元素的化学种态及其变化。利用全反射x荧光分析，痕量元素的最小检测限可以达到
ng量级；利用同位素标记技术，可以鉴别污染物来源的内源性或外源性；利用大科学装
置平台、超高灵敏度核分析技术与纳米技术、生物技术、毒理学与医学技术等多学科交
叉建立新的方法学，正在与国内外有关研究组织合作，系统开展纳米物质生物效应的研
究，已获得了一批研究成果。2004年11月31日—12月2日，以“纳米尺度物质的生物效应
与安全性”为主题的第243次香山科学会议召开，来自全国20多个研究单位的专家对纳米
生物效应与安全性的问题，进行了深入讨论。
目前，国内纳米生物效应的研究工作主要从生物整体水平、细胞水平、分子水平和
环境等几个层面开展。其重点是研究纳米物质整体生物学效应以及对生理功能的影响、
纳米物质的细胞生物学效应及其机制以及大气纳米颗粒对人体作用和影响等领域的研究
。
(1)在纳米颗粒的整体生物效应方面，目前已经取得了一些初步的研究结果。我们发
现在生理盐水溶液中尺寸小于100nm的磁性纳米颗粒，仅仅微克量级进入小鼠血管就能很
快导致凝血现象以致堵塞血管，导致小鼠死亡。说明这种纳米颗粒进入生物体容易与心
血管系统相互作用，可能有导致心血管疾病的潜在危险。进一步研究发郑哉庵帜擅?
颗粒表面进行化学修饰，可以极大地改变它的生物效应。一般的微米Cu粉，被认为是无
毒的。但研究发现，纳米Cu粉对小鼠的脾、肾、胃均能造成严重伤害，而相同剂量的微
米Cu却没有损害。但是，也不是所有的纳米颗粒都如此，比如，我们发现纳米ZnO与通常
的微米ZnO的生物毒性，几乎没有差别。目前，大部分纳米材料的生物效应以及它们和相
应微米材料的差别等问题还没有进行研究。
(2)纳米颗粒在体内的吸收、分布、代谢和清除，各种纳米物质与生物靶器官相互作
用的机理等，是另一个重要的研究方向。研究发现富勒烯在SD大鼠中，90%—95%富集于
肝脏，48小时清除。然而，稍做表面修饰后的富勒烯，如：166Hox＠C82OH x，其生
物效应明显不同，显出生物分布较广，在肝、骨骼、脾、肾、肺的含量依次递减，其它
组织分布极低。比如对Gd＠C82OH 40的生物分布研究结果表明，其24小时后主要位于
肝和脾，在肺和血液中衰减极快。水溶性富勒烯衍生物C61CO2H 2可以进入细胞，并
达到不同的细胞器中。我们与北京大学合作研究还发现，分子量高达60万的水溶性多羟
基单壁碳纳米管SWNToks 能非常容易且迅速地在小鼠的各组织和脏器间穿梭，现有的
知识还无法解释这种现象。
(3)纳米颗粒与细胞的相互作用研究刚刚开始。纳米颗粒能够进入细胞并与细胞发生
作用，主要是对跨膜过程和细胞分裂、增殖、凋亡等基本生命过程的影响和相关信号传
导通路的调控，从而在细胞水平上产生的生物效应。研究发现，材料的拓扑结构和化学
特性是决定细胞与其相互作用的重要因素。某些纳米拓扑结构会促进细胞的粘附、铺展
和细胞骨架的形成，但是在某些情况下，纳米拓扑结构会对细胞骨架分布和张力纤维的
取向产生负面影响。本实验室研究发现碳纳米管容易进入细胞，并影响细胞结构，在低
剂量下(2.5μg /mk)，可以肺巨噬细胞的吞噬能力，但在高剂量下(20μg / mk)，
则严重降低肺巨噬细胞对外源性毒物的吞噬功能。在研究纳米氧化钛对人肝细胞(L02
细胞株)的影响时，庞小峰等人发现纳米氧化钛游离于细胞之间，阻碍了胞间通信，降低
细胞的生长速度。另有研究发现，富勒醇能够吸收紫外辐照产生的自由基，保护细胞膜
不被紫外辐照损伤，能明显提高细胞存活率。纳米材料与细胞的作用机理目前尚不清楚
，需要更进一步的系统研究。
(4)纳米颗粒与生物大分子的相互作用研究。重点在纳米材料与生物分子例如蛋白
质、DNA 的相互作用及其对生物分子结构和功能的影响等。在研究血浆蛋白分子在碳纳
米管无纺膜表面的吸附行为中，许海燕等人发现纤维蛋白原分子有比较强的吸附作用，
并且吸附上的纤维蛋白原分子的构型功能发生了某些改变。纳米结构物质与补体系统和
免疫细胞的激活作用研究说明，纳米颗粒与蛋白质分子之间存在着较强的相互作用，使
补体蛋白分子的酶活性发生改变。研究发现PAMAM dendrimers可通过静电作用与DNA形成
稳定的复合物，且可保护与之复合的DNA分子免受限制性内切酶的降解，可以作为DNA运
送的载体导入细胞，实行外源基因在生物体内的表达。
(5)大气中纳米颗粒的生物效应。目前，临床实验研究已对大气中超细颗粒物的生物
毒性得出了初步结论，发现尺寸在7—100 nm的颗粒物在人体呼吸系统内有很高的沉积率
；尺寸越小越难以被巨噬细胞清除，且容易向肺组织以外的组织器官转移，超细颗粒物
可穿过血脑屏障。由于纳米毒理学刚开始发展，这方面的研究和数据比较少，目前尚缺
乏准确的分析测试方法，研究存在一定的难度。
