О предмету: Наноэпитаксиальные слои и гетеро-ы

Способы проникновения наночастиц в клетку [33]
Основные факторы, определяющие токсичность наночастиц, рассмотрены достаточно подробно в [24] (рис. 3.2). Наиболее важным фактором является способность наночастиц индуцировать окислительный стресс, т.е. генерировать активные формы кислорода [34]. Изменение окислительно-восстановительного баланса способно приводить к нарушению жизнедеятельности и, в конечном итоге, к гибели клеток. В последние годы было установлено, что окислительный стресс способны вызывать наночастицы серебра, золота, железа, оксидов цинка, никеля, железа, меди, титана и кремния, а также наиоча- стицы ферритов, гидроксиапатита и других соединений сложного состава [34-45]. Следует отметить, что, согласно модели, предложенной в работе [46], оксидные наночастицы могут индуцировать окислительный стресс в том случае, если край зоны проводимости этих частиц расположен в диапазоне от ^1,12 до -4,84 эВ от уровня вакуума, поскольку именно этот диапазон соответствует стандартным потенциалам основных окислительно-восстановительных реакций, протекающих в биологических системах.

Рис. 3.2. Возможные механизмы взаимодействия наноматериалов с биологическими объектами. Примеры иллюстрируют влияние химического состава, электронной структуры, поверхностных соединений (например, металлсодержащих), лигандов (активных или пассивных), растворимости (включая вклад поверхностных соединений и лигандов), взаимодействия с другими факторами окружающей среды (например, УФ-активация) [24]
Токсичность наночастиц обычно анализируют, используя ряд стандартизованных методик, включающих исследования in vitro и in vivo. Исследования in vitro на культурах клеток имеют целый ряд преимуществ, включая высокую скорость и относительно низкую стоимость анализа. Вместе с тем исследования in vitro не могут полностью заменить исследований in vivo вследствие возможного взаимодействия наночастиц с химическими реагентами, применяемыми при работе с клеточными культурами, специфического отклика клеток па введение тех или иных наночастиц и т.д.
Взаимодействие наночастиц с биологическими жидкостями, клетками и тканями следует анализировать с учетом возможных путей проникновения наночастиц в живые организмы, а также их последующего селективного накопления в тех или иных органах. В частности, наночастицы могут поступать в организм через желудочно- кишечный тракт [47], легкие [48], а также вводиться внутривенно. Интересно, что наночастицы (в том числе ZnO и ТЮ2, содержащиеся в солнцезащитной косметике) могут проникать в организм и через кожу, несмотря на то что эпидермис выполняет функцию защитного барьера.
Пути поступления наночастиц в организм, их преимущественное накопление в различных органах, метаболизм, токсичность и выведение из организма в значительной степени определяются физикохимическими свойствами наночастиц и их взаимодействием с окружающей средой. С уменьшением размеров частиц увеличивается их удельная поверхность, вследствие чего возрастает доля атомов, находящихся на поверхности частиц и характеризующихся большей реакционной способностью. В работе Обердорстера и др. [49] было наглядно показано, что наночастицы с большей удельной поверхностью обладают значительно более высокой биологической активностью, причем биоактивность определяется именно величиной удельной поверхности, а не массой наиочастицы. По мере уменьшения размеров наночастиц обычно наблюдается тенденция к росту токсичности наноматериалов даже в том случае, если соответствующий материал в объемном состоянии является сравнительно безопасным для живых организмов. Такая тенденция, в частности, описана для наночастиц золота, диоксидов кремния и титана. Не менее важную роль играет и состояние поверхности наночастиц. Изменение состава ли- гандной оболочки позволяет целенаправленно снижать токсичность ианочастиц; в частности, нанесение полисахаридной оболочки на наиочастицы различного состава позволяет существенно уменьшить их токсичность и добиться большей стабильности соответствующих коллоидных растворов [50]. Аналогичным образом токсичность наночастиц в значительной мере зависит от их зета-потенциала, однако в данном случае количественную взаимосвязь еще предстоит установить.