奈米微粒分散暴露及其定量危害風險評估研究(A312)

簡介

本研究以一套可以產生穩定濃度並長時間穩定的震盪流體化床-噴霧粉體分散器(Shaker-Fluidized bed-Atomizer disperser, SFA)分散系統分散奈米碳管(carbon nano tube, CNT)與純化奈米碳管(purified carbon nano tube, PCNT)進行細胞株毒性暴露試驗與動物吸入性暴露試驗。實驗前先量測奈米碳管經分散後的各種物化特性如數目濃度分布、質量濃度分布、即時質量濃度、即時表面積濃度及形貌等，除此之外也量測奈米碳管純化前後的純度分析以及官能基改變。結果顯示，PCNT的質量中間氣動直徑MMAD (mass median aerodynamic diameters, MMAD)較CNT小，並且在純化後有羧基(-COOH)官能基的出現。
為了探討奈米物質對細胞株的影響，研究開發了一套更能真實模擬動物呼吸系統細胞暴露情形的靜電式氣液介面暴露腔(Electrostatic Precipitator Air-Liquid-Interface exposure chamber, ESP-ALI exposure chamber)，並且將該系統與SFA分散系統結合，分別以傳統懸浮液法及ALI暴露法將人類肺腺癌細胞A549 (human lung adenocarcinoma cells, A549)與小鼠巨噬細胞RAW264.7 (Macrophage Cells, RAW264.7)細胞暴露於不同劑量的CNT及PCNT。細胞存活率與各項發炎指標分析結果顯示，ALI暴露法造成的細胞毒性反應均明顯高於傳統方法，並且PCNT的毒性也高CNT，這是因為PCNT的MMAD較CNT小，且其分散情形較CNT良好所導致。
動物實驗部分以SFA分散系統與奈米微粒暴露腔系統(Nanoparticle Exposure Chamber System, NECS)結合，進行每天4小時，持續5天的高濃度CNT、低濃度CNT及低濃度PCNT的三組小鼠暴露實驗，並在暴露完成後的第3天進行各項生理、血液生化及病理檢驗。結果顯示，各組暴露後造成肺功能變化的嚴重程度依序為高濃度CNT >低濃度CNT>低濃度PCNT，並且由病理組織分析可以看出高濃度CNT的暴露組有明顯的肺發炎、肺泡壁增厚與類似間質性肺炎的情形。PCNT因分散特性較CNT良好，在小鼠肺部有最高的沉積量，然而並未造成最嚴重的生物效應，可能原因為PCNT的分散性佳且被許多呼吸道表面的蛋白質所包圍，一週的動物暴露實驗及短期的追蹤觀察，尚不足以表現生物效應症狀。

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目次

摘 要 i
Abstract ii
目 錄 iv
圖目錄 vi
表目錄 ix
第一章 計畫概述 10
第一節 前言 10
第二節 目的 18
第三節 工作項目 18
第二章 研究方法 20
第一節 SFA-WFI系統 20
第二節 奈米碳管的純化方法 22
第三節 奈米物質物化特性的鑑定 24
第四節 ESP-ALI暴露系統的設計與測試 25
第五節 細胞暴露-傳統懸浮液法與ALI細胞株暴露法 27
第六節 動物之奈米物質暴露試驗 32
第七節 統計分析 36
第三章 結果與討論 38
第一節 SFA-WFI系統的操作 38
第二節 奈米物質鑑定結果 44
第三節 ESP-ALI暴露腔的測試及定量 54
第四節 傳統懸浮液法與ALI暴露法的實驗結果 57
第五節 奈米物質之動物暴露結果 66
第四章 結論與建議 80
第一節 結論 80
第二節 建議 81
誌 謝 83
參考文獻 84