气相二氧化硅的原生粒子粒径约7~40nm，是一种典型的纳米材料，作为全球应用最广的、产量最大的纳米材料，其本身具有热稳定性、化学惰性、高亲水性和弱渗透性等独特的理化性质，被广泛应用于多个行业，大量用于与人体密切接触或直接摄入进入人体。同时大量生产和研究人员可以通过皮肤直接接触、呼吸道吸入、消化道摄入等途径进入相关个职业人群和接触人群体内。由于纳米材料本身结构功能的活跃性，纳米材料的生物安全及纳米毒理学研究对纳米科技的发展和应用显得尤为重要。充分认识纳米二氧化硅具体的毒理性作用和机制将可为将来纳米颗粒的安全研发，为气相二氧化硅在与人体接触的行业中大规模应用提供理论依据。
细胞是机体结构和功能的基本单位。纳米二氧化硅对多种细胞都有较明显的毒性作用。纳米二氧化硅的毒性作用机制主要分为五个方面。
1.氧化应激
氧化应激是纳米材料常见的毒性作用机制,也是较为关键的作用路径。纳米二氧化硅本身具有高反应性和高生物活性,其通过内吞作用进入细胞后可诱导细胞内超氧自由升高,导致氧化应激反应和细胞损伤。研究发现, 纳米二氧化硅通过不同途径进入生物体均可引起多个脏器发生氧化应激反应。
2.炎性反应
进入生物体的纳米二氧化硅可引起炎症反应,炎症可使部分细胞变性、坏死,从而引起生物机体机能发生改变纳米二氧化硅可使生物体炎症反应发生的危险性增加,炎症反应是其引发生物毒性的机制之一。
3.线粒体损伤
线粒体是大多数细胞产生能量的主要场所,也是细胞中活性氧的主要来源,所以线粒体损伤可引起细胞或机体发生功能性障碍。纳米二氧化硅可使心肌细胞线粒体膜电位改变,使细胞ATP（三磷酸腺苷）供应障碍,从而引起心肌细胞功能障碍。
4.DNA损伤
作为细胞遗传信息的携带者,DNA损伤必然会引起细胞功能障碍,从而呈现相应的表型。纳米二氧化硅通过使细胞骨架紊乱,可直接破坏DNA双链结构,使组蛋白磷酸化,从而使DNA无法正常发挥功能。纳米二氧化硅可直接使细胞核结构破坏,从而使细胞发生凋亡。
5.其他机制
纳米二氧化硅可使多种细胞发生内质网应激,从而使细胞发生凋亡。低剂量纳米二氧化硅能使肝出现肉芽肿,并逐渐出现纤维化,并在多个器官(肝、心脏、肺)均出现肥大细胞聚集。总之,纳米二氧化硅的毒性作用机制呈现多样化形式,这在评价纳米二氧化硅的毒性作用时需特别注意,以免遗漏有关作用,造成判断失误。
虽然气相二氧化硅属于纳米二氧化硅的范畴，但是由于气相二氧化硅在平常处于附聚体状态，粒径分布在10-50um级，即使在液相或固相体系中充分分散，气相二氧化硅也是以聚集体状态存在，粒径分布100-300纳米。将气相二氧化硅分散到原生粒径极其困难。
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：将纳米二氧化硅通过鼠尾静脉注射入小鼠体内发现,粒径(10、30、50、70、100、300、1000nm)大小与血小板减少、肝损伤和致死毒性之间呈负相关。即粒径越大，纳米二氧化硅在生物体内的毒性越小。此外粒径越大，纳米材料进入生物体内的难度越高。综上，虽然包括气相二氧化硅在内的纳米二氧化硅具有一定的生物毒性，但是由于气相二氧化硅的粒径相对较大，其生物毒性处于相对较低的水平。
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