Abstract

Materials can be modified for improved functionality. Our aim was to test whether pulmonary toxicity of silica nanomaterials is increased by the introduction of: a) porosity; and b) surface doping with CuO; and whether c) these modifications act synergistically. Mice were exposed by intratracheal instillation and for some doses also oropharyngeal aspiration to: 1) solid silica 100 nm; 2) porous silica 100 nm; 3) porous silica 100 nm with CuO doping; 4) solid silica 300 nm; 5) porous silica 300 nm; 6) solid silica 300 nm with CuO doping; 7) porous silica 300 nm with CuO doping; 8) CuO nanoparticles 9.8 nm; or 9) carbon black Printex 90 as benchmark. Based on a pilot study, dose levels were between 0.5 and 162 µg/mouse (0.2 and 8.1 mg/kg bw). Endpoints included pulmonary inflammation (neutrophil numbers in bronchoalveolar fluid), acute phase response, histopathology, and genotoxicity assessed by the comet assay, micronucleus test, and the gamma-H2AX assay. The porous silica materials induced greater pulmonary inflammation than their solid counterparts. A similar pattern was seen for acute phase response induction and histologic changes. This could be explained by a higher specific surface area per mass unit for the most toxic particles. CuO doping further increased the acute phase response normalized according to the deposited surface area. We identified no consistent evidence of synergism between surface area and CuO doping. In conclusion, porosity and CuO doping each increased the toxicity of silica nanomaterials and there was no indication of synergy when the modifications co-occurred.

抽象的

可以修改材料以改善功能。我们的目的是通过引入以下物质来测试二氧化硅纳米材料的肺毒性是否会增加：a）孔隙度；b）用CuO进行表面掺杂；以及c）这些修改是否具有协同作用。通过气管内滴注使小鼠暴露，并且对于一些剂量也通过口咽抽吸暴露于：1）固体二氧化硅100nm； 2）固体二氧化硅。2）多孔二氧化硅100 nm; 3）多孔氧化硅100 nm掺杂CuO; 4）固体二氧化硅300 nm; 5）多孔二氧化硅300 nm; 6）固态二氧化硅300 nm，掺杂CuO；7）掺有CuO的300 nm多孔二氧化硅；8）CuO纳米颗粒9.8 nm; 或9）炭黑Printex 90作为基准。根据一项初步研究，剂量水平在0.5至162 µg /小鼠（0.2至8.1 mg / kg体重）之间。终点包括肺部炎症（支气管肺泡液中的中性粒细胞数量），通过彗星试验，微核试验和γ-H2AX试验评估急性期反应，组织病理学和遗传毒性。多孔二氧化硅材料比其固体同类材料引起更大的肺部炎症。对于急性期反应诱导和组织学变化，观察到相似的模式。这可以用毒性最大的颗粒每质量单位较高的比表面积来解释。CuO掺杂进一步增加了根据沉积表面积归一化的急性相响应。我们没有发现表面积和CuO掺杂之间协同作用的一致证据。总之，孔隙率和CuO掺杂均增加了二氧化硅纳米材料的毒性，并且当共存改性时，没有协同作用的迹象。和γ-H2AX分析。多孔二氧化硅材料比其固体对应物引起更大的肺部炎症。对于急性期反应诱导和组织学变化，观察到相似的模式。这可以用毒性最大的颗粒每质量单位较高的比表面积来解释。CuO掺杂进一步增加了根据沉积表面积归一化的急性期响应。我们没有发现表面积和CuO掺杂之间协同作用的一致证据。总之，孔隙率和CuO掺杂均增加了二氧化硅纳米材料的毒性，并且当共存改性时，没有协同作用的迹象。和γ-H2AX分析。多孔二氧化硅材料比其固体同类材料引起更大的肺部炎症。对于急性期反应诱导和组织学变化，观察到相似的模式。这可以用毒性最大的颗粒每质量单位较高的比表面积来解释。CuO掺杂进一步增加了根据沉积表面积归一化的急性相响应。我们没有发现表面积和CuO掺杂之间协同作用的一致证据。总之，孔隙率和CuO掺杂均增加了二氧化硅纳米材料的毒性，并且当共存改性时，没有协同作用的迹象。急性期反应的诱导和组织学变化也观察到相似的模式。这可以用毒性最大的颗粒每质量单位较高的比表面积来解释。CuO掺杂进一步增加了根据沉积表面积归一化的急性相响应。我们没有发现表面积和CuO掺杂之间协同作用的一致证据。总之，孔隙率和CuO掺杂均增加了二氧化硅纳米材料的毒性，并且当共存改性时，没有协同作用的迹象。对于急性期反应诱导和组织学变化，观察到相似的模式。这可以用毒性最大的颗粒每质量单位较高的比表面积来解释。CuO掺杂进一步增加了根据沉积表面积归一化的急性相响应。我们没有发现表面积和CuO掺杂之间协同作用的一致证据。总之，孔隙率和CuO掺杂均增加了二氧化硅纳米材料的毒性，并且当共存改性时，没有协同作用的迹象。