[发明专利]一种预测纳米金属氧化物生物毒性的方法

说明书

一种预测纳米金属氧化物生物毒性的方法，具体步骤为：1.纳米金属氧化物实验样本及其生物毒性实验数据的收集；2.纳米金属氧化物实验样本集的划分；3.纳米金属氧化物改进SMILES‑Based描述符的计算；4.纳米金属氧化物改进SMILES‑Based描述符的优化筛选及建模；5.纳米金属氧化物目标生物毒性预测模型的验证、修正与确定；6.纳米金属氧化物目标生物毒性预测模型的应用。本发明方法简单，预测准确性高，为确定纳米金属氧化物生物毒性提供了一种简便快速、准确可靠的方法。

技术领域

本发明涉及有毒物质毒性预测领域，尤其是涉及一种预测纳米金属氧化物生物毒性的方法，具体地说是一种根据纳米金属氧化物的纳米结构特征预测其生物毒性的方法。

背景技术

纳米材料(Nanomaterials)指三维尺寸中至少一个维度在1-100nm的材料。随着新科技的不断发展，纳米材料由于其具有相当强的光催化性、导热导电性、机械强度等优点，被广泛应用于能源、化工、计算机、航空航天、生物医学等诸多领域。纳米材料的尺寸非常小，结构十分特殊，具有许多与常规物质所迥异的物理化学特性，如大的比表面、极高的反应活性、小尺寸效应和宏观量子隧道效应等，使其在未来高新技术发展中占有重要地位。

尽管纳米材料具有较多的优良特性，但纳米材料对人类健康和环境造成的潜在危险也不容忽视，尤其是纳米金属氧化物的生物毒性已经引起了各国研究者的广泛关注。近年来的调查研究发现，纳米金属氧化物在其生产和使用过程中将不可避免地流入到自然环境中，这对人体和生态环境造成了潜在风险，而且随着生产和使用量的不断增加，其对生物体潜在的风险也不断提高。纳米金属氧化物侵入生物体的途径主要有3种：呼吸系统暴露、皮肤接触和消化道进入。纳米TiO₂可在脑部积累，形成大量活性氧簇，破坏脑组织结构，暴露于脑胶质细胞后，会导致脑胶质细胞产生氧化应激反应，并同时干扰其线粒体的能量代谢过程。10mg/L的纳米ZnO对枯草芽孢杆菌和大肠杆菌的生长抑制率分别能达到90％和14％，也能够显著抑制结肠癌细胞的活力。浓度大于或等于0.4mg/L的CeO₂纳米颗粒会抑制原核生物呼吸作用而降低生长速率。Fe³⁺纳米颗粒物对大肠杆菌的毒性不显著，而含Fe²⁺特别是零价Fe的纳米颗粒具有细胞毒性，这些毒性效应部分来源于纳米颗粒引起的活性氧自由基(ROS)。因此，纳米金属氧化物的生物毒性已经成为了纳米产业发展过程的极大阻碍，研究纳米金属氧化物的生物安全性是纳米技术及其产业发展过程中亟需解决的重要问题。

随着纳米金属氧化物生物毒性研究和安全性评价的不断深入，研究者们也逐渐认识到纳米金属氧化物毒性问题所面临的挑战。目前，获取纳米金属氧化物的生物毒性效应数据最普遍且有效的方法是通过实验测定。但是纳米金属氧化物种类较多，来源不一，实验测定结果往往因不同的实验设备、实验操作者和实验环境而存在较大的差异，加强了人们对其安全性评价的难度；另外，传统的毒理学实验，特别是体内动物实验研究，既耗时又费力，动物实验又饱受争议；同时，纳米金属氧化物的毒性作用机制也得不到充分解释。因此，亟需提出更加快速高效的纳米毒性评价体系或预测模型方法以弥补试验研究的缺陷与不足。