7.2.1.1　对人体的毒理效应

纳米TiO2具有非常大的比表面积，显示出明显的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等，此外，其表面能和表面张力随粒径的减小而显著增加。随着纳米TiO2的应用日趋广泛，其通过多种途径进入人体内，因粒子尺寸极小而随血液循环快速地进入人体组织器官中。纳米TiO2能够容易通过细胞膜进入人体细胞内，甚至可以通过细胞核膜进入细胞核内。纳米TiO2能够破坏细胞膜，抑制细胞生长而使细胞死亡。值得说明的是，粒径越小的纳米TiO2进入细胞后，越难以被细胞自身清除而引起更大的危害。纳米TiO2毒性作用机制主要是其能进入细胞内的线粒体、内质网、溶酶体和细胞核等内部，通过与组成生物体的大分子发生结合或催化反应，使生物体正常结构发生改变，导致体内一些激素和重要酶系的活性丧失，或使遗传物质产生突变，导致肿瘤发病率升高或促进机体老化。

7.2.1.2　对环境生物的毒理效应

纳米TiO2粒子在水体环境中易产生团聚现象，大多悬浮于水中或沉积在底泥里。此外，团聚状态的纳米TiO2粒子簇也可能沉积或吸附在水中的生物体表面。水生生物也能通过摄取含纳米TiO2颗粒的水或食用黏附有纳米TiO2颗粒的藻类而使之进入体内。大部分水生生物特别是无脊椎动物很可能是通过食物链积累而摄入纳米TiO2颗粒，从而对生物体产生多种潜在的危害。另外，纳米TiO2颗粒还可能与水环境中存在的其他污染物相互作用，使其毒性增强或吸附污染物而成为其载体进入人或其他生物体内。在水体环境中，水蚤等无脊椎动物食用含有纳米TiO2粒子的沉积物，会导致纳米TiO2粒子在这些动物体内积累，然后通过食物链（无脊椎动物被幼鱼吞食，鱼又被人类食用）逐级传递并积累，逐渐影响更大范围的环境生物，最终危害人类身体健康。

7.2.1.3　纳米TiO2与蛋白质的相互作用

纳米材料与蛋白质发生相互作用会影响其结构和功能，进而会引起其在生物体内一系列的生物效应。为研究纳米TiO2与蛋白质的相互作用，选用血清蛋白中含量最高的BSA作为蛋白质的代表，考察了水溶胶中的纳米TiO2对蛋白质荧光猝灭的影响。结果显示，蛋白质与纳米TiO2粒子（简称TNPs）发生了相互作用，使蛋白质自身荧光出现猝灭现象，并且纳米TiO2粒子浓度越大，对蛋白的荧光猝灭也越强。但是由Stern-Volmer曲线可知，纳米TiO2粒子并未对蛋白质的二级结构造成明显改变（图7-2）。

图7-2　BSA的紫外吸收光谱和不同浓度的TNPs滴定前后BSA的荧光光谱(www.daowen.com)

7.2.1.4　纳米TiO2水溶胶对不同来源细胞的体外毒性及作用机理

在纳米TiO2水溶胶作为环境净化整理剂商品化应用之前，必须对其生物安全性进行评价。因此选用了人体内最有可能暴露纳米材料的三种细胞系作为细胞毒性评价模型，对其细胞毒性进行检测发现，经纳米TiO2处理后，细胞形态没发生明显的变化。此外，图7-3表明在黑暗条件下处理细胞24h或48h后，纳米TiO2对人胚肾细胞HEK293、肝癌细胞HepG2和人单核巨噬细胞THP-1均无明显的毒性效应，这证明纳米TiO2水溶胶具备商业应用所需的安全性。

7.2.1.5　纳米TiO2在织物表面负载的耐久性和毒理学分析

在使用过程中，织物负载的纳米TiO2受到外力作用时的脱落问题是纳米TiO2负载织物进入市场的一个关键性问题。采用GB/T 3920-2008《纺织品　色牢度试验和耐摩擦色牢度》中的干摩擦试验方法对纳米TiO2负载织物进行摩擦处理，表7-1给出了摩擦后纳米TiO2从织物表面的脱落率。两种纳米TiO2负载织物经摩擦后纳米TiO2粒子的脱落率都低于1.2%，说明纳米TiO2粒子几乎没有从织物表面脱落，纳米TiO2负载织物具备商业应用所需的安全性。

图7-3　纳米TiO2水溶胶的细胞毒性检测结果

表7-1　摩擦后纳米TiO2粒子从织物表面的脱落程度