纳米银在小鼠体内的组织分布
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第 42 卷第 2 期 2012 年 3 月
东南大学学报（
自然科学版）
JOURNAL OF SOUTHEAST UNIVERSITY （ Natural Science Edition）
Vol． 42 Nห้องสมุดไป่ตู้． 2 M ar． 2012
doi： 10． 3969 / j． issn． 1001 － 0505． 2012． 02． 037
http： / / journal． seu． edu． cn
第2 期
张姗姗， 等： 纳米银在小鼠体内的组织分布
389
银是一种应用历史悠久的贵金属 ， 具有良好的 ． 杀菌能力 利用现代纳米技术将银纳米化后， 银显 并具有极强 示出非同寻常的理化特性和生物效应 ， ［12 ］ ． 与其他纳米材料一样， 的杀菌效能 纳米银具有 量子尺寸效应、 表面效应、 宏观量子隧道效应以及 光催化性等独特的性能． 这些特性使纳米银广泛应 电学、 光学等各个方面， 成为商品化程度 用于医学、 最高的纳米材料． 在骨植入手术中， 用纳米银作为 抗菌剂， 既有良好的抗菌效应， 又能将其对体内细 胞的毒性降到最低． 纳米银可通过多种途径进入人 体， 与人体的组织、 细胞甚至生物大分子直接接触， 并可能产生多种生物效应， 对人类健康产生潜在影 响． 研究表明， 纳米银作用于胚胎干细胞时， 可以引 ［3 ］ 起细胞线粒体功能的损伤和 LDH 水平的升高 ； 纳米银还 会 引 起 动 物 体 内 多 个 脏 器 发 生 病 理 改 ［46 ］ ． 因此， 变 纳米银的生物安全性受到极大关注． 了解纳米银的生物分布是研究其生物效应的前提 ， 需要定量检测出纳米银在不同组织器官中的分布 ． 相关报道表明， 纳米银可从暴露部位穿越生物屏障 ［57 ］ ． 体内动 进而分布到全身不同组织 进入体循环， 力学行为的研究有助于了解纳米银在生物转运和 转化过程中的动态规律； 根据所得的动力学参数， 阐述一定剂量、 途径下纳米银的吸收、 分布、 消除特 征， 为完善纳米材料毒性研究的实验设计提供依 据． 本文采用静脉注射的方式将纳米银注入小鼠体 M S 法检测纳米银在体内的生物分布 内， 采用 ICP为进一步研究纳米银的生物学效应和生物应 情况， 用提供科学依据．
g， 1 组为对照 随机分为 9 组， 其中 8 组为实验组， 将质量比为 120 μg / g 的纳米银溶液尾静脉注 组， 将小鼠扣住， 固定尾部使小 射入小鼠体内． 染毒时， 鼠尾巴绷直， 缓慢地将注射器插入尾静脉中， 单只 动物染毒在 40 s 内完成． 对照组注射生理盐水． 纳 米银溶液于临用前配制． 染毒后， 按照不同时间点 （ 0． 15 ， 0． 3 ， 0． 5 ， 1， 3， 6， 12 ， 24 h ） 分批摘除眼球取 血， 每只 动 物 取 血 量 为 0． 7 ～ 1． 0 mL． 对 照 组 于 24 h时摘除眼球取血． 血样于 － 60 ℃ 下保存待测． M S 检测血液中的 w （ Ag ） 后， 利用 ICP采用 DAS 药物动力学软件对数据进行处理， 计算浓度时间 半 衰 期 （ t1 /2 ） 、 平均驻留时间 曲线下面 积 （ A c-t ） 、 （ TM R ） 、 清除率 （ C L ） 以及分布容积 （ V d ） 等动力学 参数． 其中， 浓度时间曲线下面 积 是 指 血 液 中 的 w （ Ag ） 对时间作图所得曲线下的面积， 积分求得； 半衰期是指血液中的 w （ Ag ） 下降一半所需要的时 间， 即 t1 /2 = 0． 693 / k， 其中 k 为消除速率常数； 平均 驻留时间是指纳米银在体内的平均驻留时间 ， 大于 消除半衰期； 清除率是指单位时间内生物体所有途 径能够消除的纳米银占有的血浆容积值， 即 CL = kV d = X0 / A c-t ， 其中 X0 为染毒质量浓度； 分布容积 是指1 kg 生物体中纳米银均匀分布时所占体液的 体积， 即 V d = X0 / C 0 ， 其中 C 0 为染毒开始时血液中 纳米银的质量浓度． 1． 5 纳米银在小鼠体内的分布 实验中选用 80 只 ICR 小鼠， 其体重为 24 ～ 26 g， 3 组为对照 随机分为 8 组， 其中 5 组为实验组， 组． 染毒质量浓度和方式同 1． 4 节． 染毒后， 按照设 0． 5 ， 1， 7， 14 d） 剖取肺、 定时间点（ 0． 25 ， 肝、 脾、 肾． 7， 14 d 剖取肺、 向对照组注射生理盐水， 并于 1 ， http： / / journal． seu． edu． cn
1
1． 1
材料和方法
试剂和仪器
主要试剂包括： 粒径为 12 ～ 20 nm 的纳米银粉 体（ 上海沪正纳米科技有限公司 ） ； BVⅢ 级硝酸 （ 北京化学试剂研究所 ） ； M OS 级质量分数为 30% 的过氧化氢（ 北京化学试剂化学所 ） ； Ag 标准溶液 （ 国家钢铁材料测试中心钢铁研究总院 ） ； In 标准 溶液（ 国家钢铁材料测试中心钢铁研究总院 ） ． 主要仪器包括： X7 型电感耦合等离子体质谱 仪（ 美国 Thermo Elemental 公司 ） ； AT201 型电子 Toledo 仪器有限公司 ） ； M illiQ 天平（ 瑞士 M ettler4800 型扫描电子 纯水仪 （ 美国 M illipore 公司 ） ； SZS90 型粒径分 显微镜 （ 日本 Hitachi 公司 ） ； Nano析仪（ 英国 M alvern 公司） ． 1． 2 纳米银的材料表征 经过扫描电镜分析后， 将纳米银粉体分散在生
纳米银在小鼠体内的组织分布
张姗姗
1， 2， 3
薛玉英
1， 2， 3
唐 萌
1， 2， 3
张 婷
1， 2， 3
刘晓闰
1， 2， 3
张 鹏
4
张智勇
4
（ 1 东南大学环境医学工程教育部重点实验室 ， 南京 210009 ） （ 2 东南大学江苏省生物材料与器件重点实验室 ， 南京 210009 ） （ 3 东南大学公共卫生学院 ， 南京 210009 ） （ 4 中国科学院高能物理研究所 ， 北京 100049 ）
Biodistribution of nanosilvers in mice
2， 3 2， 3 2， 3 2， 3 Zhang Shanshan1， Xue Yuying 1， Tang M eng 1， Zhang Ting 1， 2， 3 Liu Xiaorun1， Zhang Peng 4 Zhang Zhiyong 4
4
Institute of High Energy Physics，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049 ，China）
Abstract： Nanosilvers dissolved in saline w ere injected intravenously by tail vein into mice． The concentration of nanosilvers in blood and organs w as detected by the inductively coupled plasma M S ） ，and the kinetic parameters in blood w ere evaluated by the drug and mass spectrometry （ ICPstatistical softw are （ DAS ） ． The experimental results indicate that the concentration of nanosilvers in and gradually becomes stable in the follow ing 24 blood is dropped rapidly in one hour after injection， h． The elimination halflife in blood is 22． 8 h，and the volume of distribution is 26． 8 L / kg． After injection ，the nanosilvers are quickly distributed to the organs follow ing blood circulation． After 6 h the nanosilver can be detected in the main organs，and the maximum concentration of nanosilvers， about 203 μg / g ，is in spleen． The majority of the nanosilvers are accumulated in liver and spleen． Therefore ，nanosilvers have good biocompatibility w ith the tissues． The liver and spleen are the main target organs for nanosilvers． Key words： nanosilver； tail vein injection； biodistribution
（
1
Key Laboratory of Environmental Medicine and Engineering of Ministry of Education， Southeast University ，Nanjing 210009 ，China） （ 2 Jiangsu Key Laboratory for Biomaterials and Devices，Southeast University ，Nanjing 210009 ，China） （ 3 School of Public Health，Southeast University ，Nanjing 210009 ，China） （
0819． 作者简介： 张姗姗（ 1985 —） ， 收稿日期： 2011女， 硕士生； 薛玉英（ 联系人） ， 女， 博士， 教授，yyxue@ seu． edu． cn． 基金项目： 国家重点基础研究发展计划 （ 973 计划） 资助项目（ 2011CB933404 ） 、 国家自然科学基金资助项目（ 30972504 ） 、 江苏省自然科学基 金资助项目（ BK2011606 ） 、 东南大学科技基金资助项目 （ KJ2010440 ） ． J］ ． 东南大学学报： 自然科学版， 2012 ， 42 （ 2 ） ： 388392． ［doi： 10． 3969 / 引文格式： 张姗姗， 薛玉英， 唐萌， 等． 纳米银在小鼠体内的组织分布［ j． issn． 1001 － 0505． 2012． 02． 037］
摘要： 将分散在生理盐水中的纳米银以尾静脉注射的方式注入小鼠体内 ， 采用电感耦合等离子 M S ） 法检测其在小鼠体内的组织分布情况， 质谱（ ICP并利用 DAS 药物动力学软件分析其在血 液中的动力学参数． 实验结果显示： 纳米银经尾静脉注射进入小鼠体内后 ， 血液中的 w （ Ag ） 在染 毒 1 h 内呈快速下降趋势， 其后的 24 h 内 w （ Ag ） 处于平稳状态； 纳米银在体内的消除半衰期为 22． 8 h， 6h后 分布容积为 26． 8 L / kg ； 进入体内的纳米银可随血液循环快速分布到全身各脏器， 即可在小鼠的多个主要脏器中检测到银的存在 ， 其中脾脏中的 w （ Ag ） 约为 203 μg / g ； 滞留在体 纳米银具有较高的组织亲和力， 肝脏和脾脏可能是 内的银主要分布在肝脏和脾脏中 ． 由此可见， 纳米银的主要蓄积作用靶器官． 关键词： 纳米银； 尾静脉注射； 组织分布 中图分类号： R994． 6 文献标志码： A 038805 文章编号： 1001 － 0505 （ 2012 ） 02-
以达到 理盐水中． 涡旋混匀后采用超声处理 45 s， ． ， 稳定状态 然后 用粒径分析仪分析溶液中粒子的 粒径． 1． 3 动物 实验中所用的 ICR 小鼠购自江苏省南京市青 龙山动物繁殖场， 动物许可证号为 scxk （ 苏 ） 20080010． 实验动物饲养于东南大学公共卫生学院 SPF 实验动物中心， 严格控制饲养环境： 温度为 （ 22 ± 2） ℃ ， 相对湿度为 （ 65 ± 10 ） % ， 正常通风换气， 每 日人工照明 12 h． 小鼠饲养于垫有消毒木屑的塑料 笼内， 每笼 5 只， 每周更换垫料 2 次． 在整个实验 中， 小鼠可以自由饮用灭菌去离子水和摄入标准饲 料． 1． 4 纳米银在小鼠血液中的动力学分析 实验中选用 90 只 ICR 小鼠， 其体重为 24 ～ 26
东南大学学报（
自然科学版）
JOURNAL OF SOUTHEAST UNIVERSITY （ Natural Science Edition）
Vol． 42 Nห้องสมุดไป่ตู้． 2 M ar． 2012
doi： 10． 3969 / j． issn． 1001 － 0505． 2012． 02． 037
http： / / journal． seu． edu． cn
第2 期
张姗姗， 等： 纳米银在小鼠体内的组织分布
389
银是一种应用历史悠久的贵金属 ， 具有良好的 ． 杀菌能力 利用现代纳米技术将银纳米化后， 银显 并具有极强 示出非同寻常的理化特性和生物效应 ， ［12 ］ ． 与其他纳米材料一样， 的杀菌效能 纳米银具有 量子尺寸效应、 表面效应、 宏观量子隧道效应以及 光催化性等独特的性能． 这些特性使纳米银广泛应 电学、 光学等各个方面， 成为商品化程度 用于医学、 最高的纳米材料． 在骨植入手术中， 用纳米银作为 抗菌剂， 既有良好的抗菌效应， 又能将其对体内细 胞的毒性降到最低． 纳米银可通过多种途径进入人 体， 与人体的组织、 细胞甚至生物大分子直接接触， 并可能产生多种生物效应， 对人类健康产生潜在影 响． 研究表明， 纳米银作用于胚胎干细胞时， 可以引 ［3 ］ 起细胞线粒体功能的损伤和 LDH 水平的升高 ； 纳米银还 会 引 起 动 物 体 内 多 个 脏 器 发 生 病 理 改 ［46 ］ ． 因此， 变 纳米银的生物安全性受到极大关注． 了解纳米银的生物分布是研究其生物效应的前提 ， 需要定量检测出纳米银在不同组织器官中的分布 ． 相关报道表明， 纳米银可从暴露部位穿越生物屏障 ［57 ］ ． 体内动 进而分布到全身不同组织 进入体循环， 力学行为的研究有助于了解纳米银在生物转运和 转化过程中的动态规律； 根据所得的动力学参数， 阐述一定剂量、 途径下纳米银的吸收、 分布、 消除特 征， 为完善纳米材料毒性研究的实验设计提供依 据． 本文采用静脉注射的方式将纳米银注入小鼠体 M S 法检测纳米银在体内的生物分布 内， 采用 ICP为进一步研究纳米银的生物学效应和生物应 情况， 用提供科学依据．
g， 1 组为对照 随机分为 9 组， 其中 8 组为实验组， 将质量比为 120 μg / g 的纳米银溶液尾静脉注 组， 将小鼠扣住， 固定尾部使小 射入小鼠体内． 染毒时， 鼠尾巴绷直， 缓慢地将注射器插入尾静脉中， 单只 动物染毒在 40 s 内完成． 对照组注射生理盐水． 纳 米银溶液于临用前配制． 染毒后， 按照不同时间点 （ 0． 15 ， 0． 3 ， 0． 5 ， 1， 3， 6， 12 ， 24 h ） 分批摘除眼球取 血， 每只 动 物 取 血 量 为 0． 7 ～ 1． 0 mL． 对 照 组 于 24 h时摘除眼球取血． 血样于 － 60 ℃ 下保存待测． M S 检测血液中的 w （ Ag ） 后， 利用 ICP采用 DAS 药物动力学软件对数据进行处理， 计算浓度时间 半 衰 期 （ t1 /2 ） 、 平均驻留时间 曲线下面 积 （ A c-t ） 、 （ TM R ） 、 清除率 （ C L ） 以及分布容积 （ V d ） 等动力学 参数． 其中， 浓度时间曲线下面 积 是 指 血 液 中 的 w （ Ag ） 对时间作图所得曲线下的面积， 积分求得； 半衰期是指血液中的 w （ Ag ） 下降一半所需要的时 间， 即 t1 /2 = 0． 693 / k， 其中 k 为消除速率常数； 平均 驻留时间是指纳米银在体内的平均驻留时间 ， 大于 消除半衰期； 清除率是指单位时间内生物体所有途 径能够消除的纳米银占有的血浆容积值， 即 CL = kV d = X0 / A c-t ， 其中 X0 为染毒质量浓度； 分布容积 是指1 kg 生物体中纳米银均匀分布时所占体液的 体积， 即 V d = X0 / C 0 ， 其中 C 0 为染毒开始时血液中 纳米银的质量浓度． 1． 5 纳米银在小鼠体内的分布 实验中选用 80 只 ICR 小鼠， 其体重为 24 ～ 26 g， 3 组为对照 随机分为 8 组， 其中 5 组为实验组， 组． 染毒质量浓度和方式同 1． 4 节． 染毒后， 按照设 0． 5 ， 1， 7， 14 d） 剖取肺、 定时间点（ 0． 25 ， 肝、 脾、 肾． 7， 14 d 剖取肺、 向对照组注射生理盐水， 并于 1 ， http： / / journal． seu． edu． cn
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材料和方法
试剂和仪器
主要试剂包括： 粒径为 12 ～ 20 nm 的纳米银粉 体（ 上海沪正纳米科技有限公司 ） ； BVⅢ 级硝酸 （ 北京化学试剂研究所 ） ； M OS 级质量分数为 30% 的过氧化氢（ 北京化学试剂化学所 ） ； Ag 标准溶液 （ 国家钢铁材料测试中心钢铁研究总院 ） ； In 标准 溶液（ 国家钢铁材料测试中心钢铁研究总院 ） ． 主要仪器包括： X7 型电感耦合等离子体质谱 仪（ 美国 Thermo Elemental 公司 ） ； AT201 型电子 Toledo 仪器有限公司 ） ； M illiQ 天平（ 瑞士 M ettler4800 型扫描电子 纯水仪 （ 美国 M illipore 公司 ） ； SZS90 型粒径分 显微镜 （ 日本 Hitachi 公司 ） ； Nano析仪（ 英国 M alvern 公司） ． 1． 2 纳米银的材料表征 经过扫描电镜分析后， 将纳米银粉体分散在生
纳米银在小鼠体内的组织分布
张姗姗
1， 2， 3
薛玉英
1， 2， 3
唐 萌
1， 2， 3
张 婷
1， 2， 3
刘晓闰
1， 2， 3
张 鹏
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（ 1 东南大学环境医学工程教育部重点实验室 ， 南京 210009 ） （ 2 东南大学江苏省生物材料与器件重点实验室 ， 南京 210009 ） （ 3 东南大学公共卫生学院 ， 南京 210009 ） （ 4 中国科学院高能物理研究所 ， 北京 100049 ）
Biodistribution of nanosilvers in mice
2， 3 2， 3 2， 3 2， 3 Zhang Shanshan1， Xue Yuying 1， Tang M eng 1， Zhang Ting 1， 2， 3 Liu Xiaorun1， Zhang Peng 4 Zhang Zhiyong 4
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Institute of High Energy Physics，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049 ，China）
Abstract： Nanosilvers dissolved in saline w ere injected intravenously by tail vein into mice． The concentration of nanosilvers in blood and organs w as detected by the inductively coupled plasma M S ） ，and the kinetic parameters in blood w ere evaluated by the drug and mass spectrometry （ ICPstatistical softw are （ DAS ） ． The experimental results indicate that the concentration of nanosilvers in and gradually becomes stable in the follow ing 24 blood is dropped rapidly in one hour after injection， h． The elimination halflife in blood is 22． 8 h，and the volume of distribution is 26． 8 L / kg． After injection ，the nanosilvers are quickly distributed to the organs follow ing blood circulation． After 6 h the nanosilver can be detected in the main organs，and the maximum concentration of nanosilvers， about 203 μg / g ，is in spleen． The majority of the nanosilvers are accumulated in liver and spleen． Therefore ，nanosilvers have good biocompatibility w ith the tissues． The liver and spleen are the main target organs for nanosilvers． Key words： nanosilver； tail vein injection； biodistribution
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Key Laboratory of Environmental Medicine and Engineering of Ministry of Education， Southeast University ，Nanjing 210009 ，China） （ 2 Jiangsu Key Laboratory for Biomaterials and Devices，Southeast University ，Nanjing 210009 ，China） （ 3 School of Public Health，Southeast University ，Nanjing 210009 ，China） （
0819． 作者简介： 张姗姗（ 1985 —） ， 收稿日期： 2011女， 硕士生； 薛玉英（ 联系人） ， 女， 博士， 教授，yyxue@ seu． edu． cn． 基金项目： 国家重点基础研究发展计划 （ 973 计划） 资助项目（ 2011CB933404 ） 、 国家自然科学基金资助项目（ 30972504 ） 、 江苏省自然科学基 金资助项目（ BK2011606 ） 、 东南大学科技基金资助项目 （ KJ2010440 ） ． J］ ． 东南大学学报： 自然科学版， 2012 ， 42 （ 2 ） ： 388392． ［doi： 10． 3969 / 引文格式： 张姗姗， 薛玉英， 唐萌， 等． 纳米银在小鼠体内的组织分布［ j． issn． 1001 － 0505． 2012． 02． 037］
摘要： 将分散在生理盐水中的纳米银以尾静脉注射的方式注入小鼠体内 ， 采用电感耦合等离子 M S ） 法检测其在小鼠体内的组织分布情况， 质谱（ ICP并利用 DAS 药物动力学软件分析其在血 液中的动力学参数． 实验结果显示： 纳米银经尾静脉注射进入小鼠体内后 ， 血液中的 w （ Ag ） 在染 毒 1 h 内呈快速下降趋势， 其后的 24 h 内 w （ Ag ） 处于平稳状态； 纳米银在体内的消除半衰期为 22． 8 h， 6h后 分布容积为 26． 8 L / kg ； 进入体内的纳米银可随血液循环快速分布到全身各脏器， 即可在小鼠的多个主要脏器中检测到银的存在 ， 其中脾脏中的 w （ Ag ） 约为 203 μg / g ； 滞留在体 纳米银具有较高的组织亲和力， 肝脏和脾脏可能是 内的银主要分布在肝脏和脾脏中 ． 由此可见， 纳米银的主要蓄积作用靶器官． 关键词： 纳米银； 尾静脉注射； 组织分布 中图分类号： R994． 6 文献标志码： A 038805 文章编号： 1001 － 0505 （ 2012 ） 02-
以达到 理盐水中． 涡旋混匀后采用超声处理 45 s， ． ， 稳定状态 然后 用粒径分析仪分析溶液中粒子的 粒径． 1． 3 动物 实验中所用的 ICR 小鼠购自江苏省南京市青 龙山动物繁殖场， 动物许可证号为 scxk （ 苏 ） 20080010． 实验动物饲养于东南大学公共卫生学院 SPF 实验动物中心， 严格控制饲养环境： 温度为 （ 22 ± 2） ℃ ， 相对湿度为 （ 65 ± 10 ） % ， 正常通风换气， 每 日人工照明 12 h． 小鼠饲养于垫有消毒木屑的塑料 笼内， 每笼 5 只， 每周更换垫料 2 次． 在整个实验 中， 小鼠可以自由饮用灭菌去离子水和摄入标准饲 料． 1． 4 纳米银在小鼠血液中的动力学分析 实验中选用 90 只 ICR 小鼠， 其体重为 24 ～ 26