不同类型量子点的毒性作用研究进展

梁雪，唐萌

（教育部环境医学工程重点实验室，东南大学公共卫生学院&苏州纳米科技协同创新中心，江苏省生物材料与器件重点实验室，江苏南京210009）

不同类型量子点的毒性作用研究进展

梁雪，唐萌

（教育部环境医学工程重点实验室，东南大学公共卫生学院&苏州纳米科技协同创新中心，江苏省生物材料与器件重点实验室，江苏南京210009）

量子点作为一种新型荧光纳米材料而具有广泛的应用前景，所以量子点暴露所引起的毒性以及生物安全问题逐渐引起人们的重视。本文简单介绍了量子点在生物医学领域的应用，着重介绍了量子点的毒性作用和毒作用机制。整体水平上的毒性作用如对消化系统、呼吸系统、生殖系统及中枢神经系统的损伤，细胞水平上的毒性作用如对MRC-5细胞的毒性作用、对原代培养的大鼠海马神经元的毒性作用和对L929细胞的毒性作用等。量子点的毒性作用机制主要有氧化应激损伤及活性氧产生的毒性、炎症反应损伤、免疫毒性和材料本身的固有毒性等。

量子点；毒性作用；毒性机制；纳米毒理学

量子点（quantum dots，QD）又可称为纳米晶，是20世纪90年代提出来的一个新概念，由少量原子构成，是一种准零维的纳米材料，其3个维度的尺寸都＜100 nm。QD是一种由Ⅲ～Ⅴ族或Ⅱ～Ⅵ族元素组成的纳米微晶体，一般是以一种半导体材料为内核以及可增加内核稳定性和（或）生物相容性的外壳来构成，典型的QD尺寸为1～10 nm［1］。QD的种类很多，按几何形状、其电子与空穴的量子封闭作用、材料等不同分类可分成很多种，每种QD又因以上不同而表现出不同的光学特性。现代QD技术是20世纪70年代中期为了解决全球能源危机而发展起来的，其初期研究要追溯到20世纪80年代早期，贝尔实验室Brus博士、前苏联Yoffe研究所的Efros和Klimov博士及Brus博士与其同事发现，大小不同的硫化镉颗粒可产生不同的颜色，该发现对量子限域效应提供了很大帮助，同时也为今天QD的应用垫定了基础［2］。目前应用最广泛的是CdSe和CdTe 2种QD，因为它们有特有的荧光纳米效应，吸收光谱宽，发射光谱窄，荧光强度强，量子产率高，无长波拖尾现象，可较容易地实现一元激发、多元发射的同时多色标记检测［3-5］。除此以外，与一些传统的有机荧光染料相比，QD特殊的物理性质使其表现出来一些明显的优点，如经修饰后有较好的生物相容性，稳定性好，抗光漂白能力强，荧光寿命长，粒径不同可发射不同颜色的荧光等［6-7］。然而，随着对QD研究的不断深入及其在生物医学、药学和生物技术等领域的广泛应用，其毒性作用和生物安全性问题逐渐受到世界各国研究者的广泛重视。本文将近年来QD在生物医学领域的应用及不同类型QD的毒性作用研究进行综述。

1 量子点在生物医学领域的应用

作为一种新型的荧光纳米材料，由于QD具有优良的光学特性，在生物医学等领域具有广泛的应用前景，很可能成为生物医用材料研究领域的核心材料，已受到全球研究者的广泛关注。1998年，Alivisatos等［8］和Nie等［9］分别在Science上发表了论文，提出了将QD作为生物探针，并且首次将QD作为生物荧光标记应用于活细胞，其研究工作解决了QD的水溶性以及其怎样通过表面修饰与生物大分子偶联的问题，由此掀起了荧光QD在生命科学应用研究方面的热潮。近年来，研究者们发现，利用QD的荧光发光特性还可用来观察蛋白质构象，追踪细胞，癌细胞定位，与DNA杂交作为基因探针，制作发光器件等［10-12］，QD技术的发展在医学等领域产生了很大的影响。

2 量子点的毒性作用

为了使读者比较方便地就QD的种类、选用的研究对象、暴露的方式、接触浓度、采用的实验方法等进行比较，就近3年来人们对不同QD毒性作用的研究进行了总结（表1）。

2.1 量子点在整体水平上的毒性作用

QD进入生物体后通过体液流动渗透进入体液循环，再通过内循环进入组织液、淋巴等。随着体液流动，QD在机体内的分布会有一定的靶向性，可到达或蓄积在一些器官或组织中，并且因为QD十分微小，可穿过血眼屏障、血脑屏障等，所以很有可能在那里蓄积并引起毒性作用［31］。但各组织器官的受损程度还与其特殊的代谢反应和修复能力有关，且其受损机制还有待探讨。Fan等［17］研究了CdTe/CdS655-MPA QD通过尾静脉注射暴露进入BALB/c小鼠后对几个重要器官的毒性作用，暴露24 h后的ICP-AES分析显示，30%～40%的QD分布在肝，7%～15%分布在肺，12%～20%分布在肾，26%～38%分布在脾，尾静脉注射此QD可引起肝肾毒性、脾损伤和造血障碍等。

2.1.1 量子点对肝的损伤

肝是QD的主要富集器官，因此肝很易因QD暴露而产生毒性效应。Lu等［18］用10 nmoL·kg-1的剂量给C57BL/6小鼠通过尾静脉注射CdSe/ZnS，测量QD在肝中的蓄积以及毒性作用。结果表明，QD可激活肝组织中的NLRP3基因，并引起肝炎及功能障碍，但此类损伤在NLRP3基因敲除小鼠中未发现，说明QD引起肝的损伤可能与激活肝组织中的NLRP3基因有关。Serban等［32］以鲤鱼肝为实验模型的研究结果表明，Si/SiO2QD的暴露使鲤鱼肝产生了氧化应激反应并处于促炎症反应状态，氧化应激标志物3周后恢复正常水平，说明鲤鱼肝成功地抵消了QD蓄积所产生的毒性作用，研究还表明QD在肝的暴露所引起的氧化损伤很有可能会促进炎症反应。

2.1.2 量子点对肺部的损伤

经呼吸道进入生物体的QD由于小尺寸效应依然很易在呼吸系统蓄积，其对呼吸系统毒性的主要表现是肺部炎症和组织损伤。早在20世纪80年代Lee等［33］将实验大鼠经动式吸入染毒暴露在微米尺寸的高浓度的TiO2颗粒条件下2年，最终观察到肺部发生了肿瘤。Roberts等［34］用一定剂量的CdSe/ ZnS QD给实验大鼠气管滴注14 d，结果发现QD在整个呼吸道内都有蓄积，主要摄入QD的细胞是肺泡巨噬细胞，且肺部损伤与炎症反应存在剂量反应关系。Ma-Hock等［26］以Wistar大鼠为研究对象，经呼吸道动式吸入暴露5 d，发现CdS/Cd（OH）2QD可引起肺部炎症反应，喉部上皮有轻微改变，利用ICP-MS分析器官和粪便样品的镉离子含量结果表明，镉离子基本存在于肺部和排泄物中。

2.1.3 量子点对生殖系统的损伤

Li等［16］研究发现，BALB/c小鼠经尾静脉注射CdTe 1和10 μmol·L-1，在3 h，1，3，5，7，15，30，60和90 d后处死小鼠，取血和睾丸。结果表明，所有暴露小鼠的睾丸内都有QD蓄积，对小鼠精子的数量无显著影响，但高剂量组在暴露60 d时精子质量明显下降，血清中3种主要的性激素（睾酮、促黄体激素和促卵泡激素）的水平也受扰乱。Amiri等［14］以腹腔注射暴露的方式研究了不同浓度（10，20和40 mg·kg-1）CdSe/ZnS对BALB/c小鼠生殖系统的毒性作用。睾丸组织学研究显示，40 mg·kg-1剂量有较高的毒性作用，使固有层减少，间充质组织破坏，生精小管变形以及精原细胞、精母细胞、精细胞数量减少。全组（成年和胚胎组）的附睾组织学研究显示，40 mg·kg-1剂量的成年组中附睾腔内精子数量有相当大的减少。

2.1.4 量子点对中枢神经系统的损伤

QD进入中枢神经系统的主要途径是跨越血脑屏障。血脑屏障有很高的选择性和保护性，可阻止血液中一些异物进入中枢神经系统，但由于QD的直径非常小，通常仅有1～10 nm，具有小尺寸效应，因而可轻易跨越血脑屏障进入中枢神经系统并引起一定毒性。近年来研究者对QD体内外毒性报道比较多，但是神经毒性的研究相对较少。Wu等［13］研究了不同浓度（400，800和1600 mg·L-1）的3-MPA-CdTe对Wistar大鼠海马区的毒性作用发现，低剂量的QD可抑制兴奋，但较高剂量组Akt和ERK1/2的抑制磷酸化作用以及随后c-Fos转录水平的降低说明QD导致空间识别和记忆损伤。Gao等［35］给Wistar大鼠腹腔注射0.5 mL的链霉亲和素包被的CdSe/ZnS溶液（5或10 nmol·L-1），7 d后电生理结果表明，QD的暴露使输入/输出（I/O）功能增加，而配对脉冲反应和长时程增强的峰值下降，表明突触传递增强和海马突触可塑性受损。

表1 2014-2016年报道不同类型量子点（QD）的毒性作用

续表1

2.2 量子点在细胞水平上的毒性作用

QD在体内可能会与所接触细胞表面的各种受体、通道和蛋白质等结合，还有可能进入细胞，从而改变细胞形态、损伤线粒体等超微结构、造成细胞膜空泡变性、损伤DNA使染色质凝集［36］等。

2.2.1 对MRC-5细胞的毒性作用

Stan等［37］以浓度为25～200 mg·L-1的Si/ SiO2QD对人肺成纤维细胞（MRC-5）进行染毒。MTT实验和SRB检测的结果表明，QD的暴露使细胞活力和生物量随时间增加而降低或减少，ROS和丙二醛的水平增加以及较低水平的谷胱甘肽表明，细胞内的氧化还原反应已发生改变。表明QD对MRC-5细胞产生细胞毒性是通过影响细胞内氧化还原反应而扰乱细胞稳态实现的。

2.2.2 对原代培养的大鼠海马神经元的毒性作用

Wu等［38］研究CdTe-MPA QD对原代培养的大鼠海马神经元的神经毒性时发现，QD暴露使神经元内ROS增加、细胞内钙水平升高最终导致神经元凋亡或死亡。所以今后有必要对QD诱导神经毒性的内在和外在途径的潜在机制做进一步研究。

2.2.3 对L929细胞的毒性作用

Zhang等［39］研究了3种类型CdTe/CdSe QD对小鼠成纤维细胞（L929细胞）的毒性作用，主要评估了其在阈剂量的生物组织相容性和体外毒性。研究结果表明，低浓度（≤7 mg·L-1）的QD暴露在细胞存活、细胞膜损伤、氧化损伤、细胞凋亡和DNA损伤方面无明显影响，但高浓度（≥14 mg·L-1）QD可导致显著的细胞毒性，并可使细胞形态异常。另外，在比较3种类型QD暴露所造成的毒性作用时发现，CdTe QD 2.2 nmol·L-1暴露使得细胞凋亡和DNA损伤率明显升高，表明QD的大小和成分产生的毒性作用不同。

3 量子点毒性作用机制

由于QD的毒性作用机制极其复杂，所以至今尚未阐明。根据现有的研究结果，研究者们所公认的机制主要有以下4个。

3.1 氧化应激损伤及活性氧自由基产生的毒性

近些年来大量的实验显示，QD的暴露使细胞和组织中产生ROS，并伴随着谷胱甘肽含量减少、丙二醛含量增加，说明其暴露引起了氧化应激反应［35，40］，而这些ROS能破坏细胞结构扰乱细胞功能，甚至可引起细胞死亡。所以，QD诱导的氧化应激反应被认为是QD毒性作用的机制之一。Wang等［19］研究CdSe/ZnS的毒性时，对巨噬细胞进行染毒，发现经1.25或2.5 nmol·L-1处理的细胞ROS水平升高，细胞存活率降低，细胞凋亡增多，吞噬能力改变等，说明QD的毒性可能与ROS水平升高有关。2005年Lovric等［41］的研究中，发现加入N-乙酰半胱氨酸和维生素E衍生物Trolox 2种抗氧化剂后的细胞活性并不同，NAC在2 mmol·L-1的浓度时即可充分抑制QD引发的细胞毒性，而同样为抗氧化剂的Trolox在相同的条件下却不能抑制该毒性，这说明氧化应激反应并不是造成QD毒性的唯一机制。

3.2 炎症反应

QD可能释放的重金属离子是产生炎症反应的主要原因。炎症反应可消除有害的刺激因素，是人体的一种主动防御反应，但有害刺激因素如不加以控制，可能会导致组织损伤。Lu等［18］通过尾静脉给C57BL/6小鼠注射CdSe/ZnS QD 10 nmol·kg-1，主要观察其在肝中的蓄积以及毒性作用并发现，QD可以激活肝细胞中的NLRP3炎症因子，并引起肝炎以及功能障碍，说明QD的毒性可能与激活肝组织中的炎症因子有关。

3.3 免疫毒性

机体接触QD后，免疫系统往往较早表现出免疫增强、免疫抑制等免疫毒性。Wang等［19］报道，CdSe/ZnS的暴露可使淋巴细胞存活率增高，TNF-α和IL-6的释放增加。

3.4 量子点合成材料本身的毒性

合成材料本身的毒性，主要是指重金属元素镉的释放所产生的毒性。镉已被国际癌症研究中心认定为一级致癌物，是被公认的有毒重金属。QD虽然在进入生物体之前经过了表面修饰并降低其毒性，但它进入生物体后经过长时间的降解和生物氧化，壳层很可能脱落形成裸核结构而暴露核心的Cd2＋。2009年Su等［41］研究了Cd2＋与QD毒性的关系，对照组为CdCl2溶液，实验组为CdTeQD，经实验处理使各组细胞内Cd2＋浓度相同。结果发现，QD暴露组毒性远大于CdCl2溶液组，表明QD的毒性作用确实与Cd2＋有关。Soenen等［42］的研究数据表明，当QD暴露于较低pH值的细胞内结构时，它会采取内吞的方式，导致其部分降解，并释放Cd2＋，从而降低其荧光强度并增加粒子的毒性。Stern等［43］将CdSe的毒性与铟镓磷化物为内核的In⁃GaP QD进行了比较，结果表明CdSe的毒性约是InGaP的10倍，InGaP（100 nmol·L-1）也会显著降低细胞存活。综上可知，细胞受损除了与Cd2+释放有关以外，还与其他金属离子有关。

4 展望

QD的独特性质使其在生物医学等领域有着巨大的应用潜力，但由于其复杂的毒性作用机制所诱发的毒性作用，目前的研究工作只限于细胞或动物两方面，并且影响QD毒性作用的因素有很多。Hoshino等［44］研究了CdSe/ZnS QD经不同基团修饰后对WTK1细胞的影响。彗星实验结果表明，除了QD-COOH表现为高毒性外，QD-NH2，QD-OH和QD-OH/COOH均表现为低毒或无毒，这一结果也证实了QD表面修饰基团是影响其毒性的因素之一。QD的合成工艺是一个多元化的复杂过程，从合成原料到化学修饰解决水溶性和毒性问题，都需要适当的控制反应，要多次实验探索降低QD毒性的方法。为将其广泛地应用于各个领域，研究工作可着力于以下几个方面：规范评价机制，采用统一标准对QD的毒性大小进行定量研究；改善合成工艺，从源头控制QD的毒性；使用低毒或者无毒的QD替代高毒和有毒QD；建立适当的模型系统进行多角度综合评价分析，扩大QD的应用范围；加强QD在个体和分子水平的研究，增强其毒理学数据的说服力。QD的毒性及毒性作用机制研究是一个长期持久的过程，希望该综述能对QD研究者提供参考，以便将QD更好地应用于生物医学领域。

［1］Alivisatos AP.Semiconductor clusters，nanocrystals，and quantum dots［J］.Science，1996，271（5251）：933-937.

［2］Rossetti R，Brus L.Electron-hole recombination emission as a probe of surface chemistry in aqueous cadmium sulfide colloids［J］.Chem，1982，86（23）：4470-4472.

［3］Wang YW，Yang K，Tang H，Chen D，Bai YL. Toxicity assessment of repeated intravenous injec⁃tions of arginine-glycine-aspartic acid peptide conju⁃gated CdSeTe/ZnS quantum dots in mice［J］.Int J Nanomed，2014，9（1）：4809-4817.

［4］Mattoussi H，Palui G，Na HB.Luminescent quantum dots as platforms for probing in vitro and in vivo biological processes［J］.Adv Drug Deliv Rev，2012，64（2）：138-166.

［5］Kairdolf BA，Smith AM，Stokes TH，Wang MD，Young AN，Nie S.Semiconductor quantum dots for bioimaging and biodiagnostic applications［J］. Annu Rev Anal Chem（Palo Alto Calif），2013，6（6）：143-162.

［6］Pandey V，Pandey G，Tripathi VK，Yadav S，Mudiam MK.Nucleation temperature-controlled synthesis and in vitro toxicity evaluation of L-cysteinecapped Mn∶ZnS quantum dots for intracellular imaging［J］.Luminescence，2016，31（2）：341-347.

［7］Wang YB，Liang XH，Ma X，Hu YH，Hu XY，Li XH，et al.Simple and greener synthesis of highly photoluminescence Mn2+-doped ZnS quantum dots and its surface passivation mechanism［J］.Appl Surface Sci，2014，316（1）：54-61.

［8］Bruchez M Jr，Moronne M，Gin P，Weiss S，Alivisatos AP.Semiconductor nanocrystals as fluo⁃rescent biological labels［J］.Science，1998，281（5385）：2013-2016.

［9］Chan WC，Nie S.Quantum dot bioconjugates for ultrasensitive nonisotopic detection［J］.Science，1998，281（5385）：2016-2018.

［10］Mirnajafizadeh F，Ramsey D，McAlpine S，Wang F，Reece P，Stride JA.Hydrothermal synthesis of highly luminescent blue-emitting ZnSe（S）quan⁃tum dots exhibiting low toxicity［J］.Mater Sci Eng C Mater Biol Appl，2016，64：167-172.

［11］Atchudan R，Edison TNJI，Sethuraman MG，Lee YR.Efficient synthesis of highly fluorescent ni⁃trogen-doped carbon dots for cell imaging using un⁃ripe fruit extract of Prunus mume［J］.Appl Surface Sci，2016，384：432-441.

［12］Hosseinzadeh G，Maghari A，Saboury AA，Moosavi-Movahedi AA.Unfolding of insulin at the surface of ZnO quantum dots［J］.Int J Biol Macromol，2016，86（3）：169-176.

［13］Wu T，He K，Ang S，Ying J，Zhang S，Zhang T，et al.Impairments of spatial learning and memory following intrahippocampal injection in rats of 3-mercaptopropionic acid-modified CdTe quantum dots and molecular mechanisms［J］.Int J Nanomedi，2016，11：2737-2755.

［14］Amiri G，Valipoor A，Parivar K，Modaresi M，Noori A，Gharamaleki H，et al.Comparison of toxicity of CdSe：ZnS quantum dots on male repro⁃ductive system in different stages of development in mice［J］.Int J Fertil Steril，2016，9（4）：512-520.

［15］Moussa H，Merlin C，Dezanet C，Balan L，Medjahdi G，Ben-Attia M，et al.Trace amounts of Cu2+ions influence ROS production and cytotoxici⁃ty of ZnO quantum dots［J］.J Hazard Mater，2016，304：532-542.

［16］Li X，Yang X，Yuwen L，Yang W，Weng L，Teng Z，et al.Evaluation of toxic effects of CdTe quantum dots on the reproductive system in adult male mice［J］.Biomaterials，2016，96：24-32.

［17］Fan J，Sun Y，Wang S，Li Y，Zeng X，Cao Z，et al. Inhibition of autophagy overcomes the nanotoxicity elicited by cadmium-based quantum dots［J］.Bio⁃materials，2016，78：102-114.

［18］Lu Y，Xu S，Chen H，He M，Deng Y，Cao Z，et al. CdSe/ZnS quantum dots induce hepatocyte pyrop⁃tosis and liver inflammation via NLRP3 inflammasome activation［J］.Biomaterials，2016，90：27-39.

［19］Wang X，Tian J，Yong KT，Zhu X，Lin MC，Jiang W，et al.Immunotoxicity assessment of CdSe/ZnS quantum dots in macrophages，lympho⁃cytes and BALB/c mice［J］.J Nanobiotechnol，2016，14：10.

［20］Wang ZG，Zhou R，Jiang D，Song JE，Xu Q，Si J，et al.Toxicity of graphene quantum dots in zebrafish embryo［J］.Biomed Environ Sci，2015，28（5）：341-351.

［21］Wu T，He K，Zhan Q，Ang S，Ying J，Zhang S，et al.MPA-Capped CdTe quantum dots exposure causes neurotoxic effects in nematode Caenorhab⁃ditis elegans by affecting the transporters and receptors of glutamate，serotonin and dopamine at the genetic level，or by increasing ROS，or both［J］.Nanoscale，2015，7（48）：20460-20473.

［22］Zhang T，Hu Y，Tang M，Kong L，Ying J，Wu T，et al.Liver toxicity of cadmium telluride quantum dots（CdTe QDs）due to oxidative stress in vitro and i n vivo［J］.Int J Mol Sci，2015，16（10）：23279-23299.

［23］Liu J，Hu R，Liu J，Zhang B，Wang Y，Liu X，et al. Cytotoxicity assessment of functionalized CdSe，CdTe and InP quantum dots in two human cancer cell models［J］.Mater Sci Eng C Mater Biol Appl，2015，57：222-231.

［24］King-Heiden TC1，Wiecinski PN，Mangham AN，Metz KM，Nesbit D，Pedersen JA，et al.Quantum dot nanotoxicity assessment using the zebrafish embryo［J］.Environ Sci Technol，2009，43（5）：1605-1611.

［25］Zhao Y，Wang X，Wu Q，Li Y，Wang D.Translo⁃cation and neurotoxicity of CdTe quantum dots in RMEs motor neurons in nematode Caenorhabditis elegans［J］.J Hazard Mater，2015，283：480-489.

［26］Ma-Hock L，Farias PM，Hofmann T，Andrade AC，Silva JN，Arnaud TM，et al.Short term inhalation toxicity of a liquid aerosol of glutaraldehyde-coated CdS/Cd（OH）2core shell quantum dots in rats［J］. Toxicol Lett，2014，225（1）：20-26.

［27］Buffet PE，Poirier L，Zalouk-Vergnoux A，Lopes C，Amiard JC，Gaudin P，et al.Biochemical and behavioural responses of the marine polychaete hediste diversicolor to cadmium sulfide quantum dots（CdS QDs）：waterborne and dietary exposure［J］.Chemosphere，2014，100：63-70.

［28］Zheng SL，Wang BZ，Zhu LX，Xu XL，Yin NQ，Huang QP.Quantum dots-CK19 fluorescent probes labeling of breast cancer cells and the cytotoxioty［J］.Chin J Cancer Prev Treat（中华肿瘤防治杂志），2014，21（2）：81-85.

［29］Monrás JP，Collao B，Molina-Quiroz RC，Pradenas GA，Saona LA，Durán-Toro V，et al.Microarray anal⁃ysis of the Escherichia coli response to CdTe-GSH quantum dots：understanding the bacterial toxicity of semiconductor nanoparticles［J］.BMC Genomics，2014，15：1099.

［30］Zhan QL，Tang M，Zhang T，Hu YY，Ying JL，Ang SJ，et al.Effects of CdTe@MPA quantum dots on RAW264.7 cells viability［J］.J Environ Health（环境与健康杂志），2014，31（2）：111-113.

［31］Kreuter J.Influence of the surface properties on nanoparticle-mediated transport of drugs to the brain［J］.J Nanosci Nanotechnol，2004，4（5）：484-488.

［32］Serban AI，Stanca L，Sima C，Staicu AC，Zarnescu O，Dinischiotu A.Complex responses to Si quantum dots accumulation in carp liver tissue：beyond oxidative stress［J］.Chem Biol Interact，2015，239：56-66.

［33］Lee KP，Trochimowicz HJ，Reinhardt CF.Pulmo⁃nary response of rats exposed to titanium dioxide（TiO2）by inhalation for two years［J］.Toxicol Appl Pharmacol，1985，79（2）：179-192.

［34］Roberts JR，Antonini JM，Porter DW，Chapman RS，Scabilloni JF，Young SH，et al.Lung toxicity and biodistribution of Cd/Se-ZnS quantum dots with different surface functional groups after pulmonary exposure in rats［J］.Part Fibre Toxicol，2013，10：5.

［35］Gao XY，Tang ML，Li ZF，Zha YY，Cheng GS，Yin ST，et al.Streptavidin-conjugated CdSe/ZnS quantum dots impaired synaptic plasticity and spa⁃tial memory process［J］.J Nanopart Res，2013，15：1575.

［36］Lovric′J，Bazzi HS，Cuie Y，Fortin GR，Winnik FM，Maysinger D.Differences in subcellular distribution and toxicity of green and red emitting CdTe quantum dots［J］.J Mol Med（Berl），2005，83（5）：377-385.

［37］Stan MS，Memet I，Sima C，Popescu T，Teodor⁃escu VS，Hermenean A，et al.Si/SiO2Quantum dots cause cytotoxicity in lung cells through redox homeostasis imbalance［J］.Chem Biol Interact，2014，220：102-115.

［38］Wu TS，He KY，Zhan QQ，Ang SQ，Ying JL，Zhang SH，et al.Partial protection of N-acetylcys⁃teine against MPA-capped CdTe quantum dot-induced neurotoxicity in rat primary cultured hippocampal neurons［J］.Toxicol Res，2015，4（6）：1613-1622.

［39］Zhang T，Wang Y，Kong L，Xue Y，Tang M. Threshold dose of three types of quantum dots（QDs）induces oxidative stress triggers DNA damage and apoptosis in mouse fibroblast L929 cells［J］. Int J Environ Res Public Health，2015，12（10）：13435-13454.

［40］Tang M，Xing T，Zeng J，Wang H，Li C，Yin S，et al.Unmodified CdSe quantum dots induce elevation of cytoplasmic calcium levels and impair⁃ment of functional properties of sodium channels in rat primary cultured hippocampal neurons［J］. Environ Health Perspect，2008，116（7）：915-922.

［41］Su Y，Hu M，Fan C，He Y，Li Q，Li W，et al.The cytotoxicity of CdTe quantum dots and the relative contributions from released cadmium ions and nanoparticle properties［J］.Biomaterials，2010，31（18）：4829-4834.

［42］Soenen SJ，Montenegro JM，Abdelmonem AM，Manshian BB，Doak SH，Parak WJ，et al.The effect of nanoparticle degradation on amphiphilic polymer-coated quantum dot toxicity：the importance of particle functionality assessment in toxicology［J］.Acta Biomater，2014，10（2）：732-741.

［43］Stern ST，Zolnik BS，McLeland CB，Clogston J，Zheng J，McNeil SE.Induction of autophagy in porcine kidney cells by quantum dots：a common cellular response to nanomaterials？［J］.Toxicol Sci，2008，106（1）：140-152.

［44］Hoshino A，Fujioka K，Oku T，Suga M，Sasaki YF，Ohta T，et al.Physicochemical properties and cel⁃lular toxicity of nanocrystal quantum dots depend on their surface modification［J］.Nano Lett，2004，4（11）：2163-2169.

Research advances in toxic effect of different quantum dots

LIANG Xue,TANG Meng
(Ministry of Education Key Laboratory of Environmental Medicine and Engineering,Jiangsu Key Laboratory for Biomaterials and Devices,Collaborative Innovation Center for Suzhou Nano Science and Technology,School of Public Health,Southeast University,Nanjing 210009,China)

Quantum dots(QDs),as novel fluorescent nanotechnology products,have broad appli⁃cation prospects.However,more attation is paid to the toxicity and bio-safety of QDs because of QDs′exposure.This article introduces the application of QDs in bio-medicine in general and the toxic effects and toxicity mechanisms of QDs in particular.The overall toxic effects involve not only different systems (the digestive system,respiratory system,reproductive system and nervous system),but also different cells(MRC-5 cells,hippocampal neurons and L929 cells)at the cellular level.The toxicity mechanisms of QDs are also reviewed,including oxidative stress,generation of ROS,inflammation,immunotoxicity and toxicity of synthetic materials of QDs.

quantum dots;toxic effect;toxic mechanism;nanotoxicology

TANG Meng,E-mail:tm@seu.edu.cn

R99

：A

：1000-3002-（2017）03-0287-08

10.3867/j.issn.1000-3002.2017.03.013

Foundation item:The project supported by National Natural Science Foundation of China(81172697);National Natural Science Foundation of China(81302461);National Natural Science Foundation of China(81473003);National Natural Science Foundation of China(81502783);National Natural Science Foundation of China(81573186);National Natural Science Foundation of China(831671034);National Natural Science Foundation of China(81673218);and National Important Project on Scientific Research of China(2011CB933404)

2016-11-05接受日期：2017-01-17）

（本文编辑：乔虹）

国家自然科学基金（81172697）；国家自然科学基金（81302461）；国家自然科学基金（81473003）；国家自然科学基金（81502783）；国家自然科学基金（81573186）；国家自然科学基金（831671034）；国家自然科学基金（81673218）；国家重大科学研究计划项目（2011CB933404）

梁雪，女，硕士研究生，主要从事纳米毒理学研究，E-mail：liangxue306@163.com；唐萌，男，博士，教授，博士生导师，主要从事纳米毒理学研究。

唐萌，E-mail：tm@seu.edu.cn