二氧化硅因其密度低,不吸潮,光学性能好,化学性能稳定,耐酸碱腐蚀,硬度大,且具有良好的生物相容性等性能得到了广泛的应用,在水处理、涂料、色谱分析、化妆品、功能材料、生物医药、催化等领域有大量的应用。尤其是在生物医药方面,二氧化硅被用作抗菌剂以及医疗用具,如医疗美容中的硅胶填充剂等等。由于在人类的生活及医疗方面大量的使用二氧化硅,虽然二氧化硅有非常好的生物相容性的,但是纳米二氧化硅纳米粒子若吸入肺部,对人体有着非常大的毒性,会对肺部等器官造成非常大的影响,由此,本实验将探究二氧化硅纳米粒子通过呼吸作用等进入人体,它对人体的毒性表现。在该实验中,构建脂质单层膜以模拟肺表面的细胞膜,并研究二氧化硅纳米粒子对细胞膜的影响。通过LB膜技术、原子力显微镜(AFM)等仪器,得到原子力图、表面压力—面积以及表面压力—时间等温线,分析得到的数据,获得了不同亲水性和疏水性二氧化硅纳米粒子对脂单层膜的影响。本实验首先利用微乳液法制备二氧化硅纳米粒子,然后用DMDCS和APTES对二氧化硅纳米粒子进行改性,将二氧化硅表面原有的羟基分别取代为作用官能团为甲基和胺基,得到三种改性的二氧化硅纳米颗粒。它们是S1(具有胺基的亲水性二氧化硅纳米粒子),S2(两性二氧化硅纳米粒子)和S3(具有甲基的疏水性二氧化硅纳米粒子)。US是未改性的二氧化硅(即,通过微乳液法直接制备的二氧化硅纳米粒子)。研究内容的是二氧化硅纳米颗粒与脂膜的相互作用,所以在制备完二氧化硅纳米颗粒后,需要选择合适的脂分子制备脂单层膜。1,2-二棕榈酰-sn-甘油-3-磷酸胆碱(DPPC)是一种人体中常见的磷脂,特别是在肺泡表面,肺泡表面活性物质主要是DPPC和表面活性物质结合蛋白(SP),DPPC以单层排列在肺泡的气液界面上。因此,本实验首先研究了二氧化硅纳米粒子对DPPC单层膜的影响以及DPPC与二氧化硅纳米颗粒之间的相互作用。构造DPPC单层膜来模拟肺表面,实验结果表明二氧化硅纳米颗粒的加入改变了单层膜的相行为、崩溃时间以及结构。亲水性二氧化硅纳米颗粒会减少DPPC单层膜的刚度,并且使膜的崩溃压减小,同时会导致单层膜提前崩溃。然而,疏水性二氧化硅纳米粒子对于单层膜在崩溃压和刚度的影响比亲水性二氧化硅纳米粒子弱的多。疏水性二氧化硅对单层膜的影响主要体现在改变膜的表面形态。疏水性二氧化硅纳米颗粒的添加导致单层膜的表面出现孔洞。该结果表面不同亲疏水性二氧化硅对膜结构和流变行为会有不同的影响。因为DPPC是一种中性脂,在研究完中性脂后,又研究了在气液界面上,二氧化硅纳米颗粒对带电脂质DPPG和DOTAP单层膜的影响。对于DPPG单层膜,带正电荷的二氧化硅纳米粒子S1和S3的加入使得平台期前移,提前到达平台期,减小了 DPPG单层膜的弹性。对于DOTAP单层膜,正电性二氧化硅纳米颗粒(S1和S3)的加入减小了单层膜的刚度。尤其对S3的加入,大大减小了膜的刚度。由不同脂单层膜与不同亲疏水性二氧化硅纳米颗粒的作用结果,可知纳米级二氧化硅对人体的肺部会有较大的影响,会改变肺部表面细胞的排列方式和形态,由此可知不同的二氧化硅纳米颗粒对于肺部均有毒性,但毒性表现不同。由此,在日常生活、医疗及工业生产中要注意二氧化硅纳米颗粒的吸入,尽量避免纳米级二氧化硅通过呼吸作用进入人体。