随着纳米氧化锌在化工、光电、橡胶、陶瓷、玻璃、印染、化妆品、生物医学等诸多领域的广泛使用,其生物安全性备受关注。环境中的纳米氧化锌可以通过呼吸等途径侵入人体,引起呼吸系统的生物学效应,而呼吸系统受损将使纳米颗粒经气血屏障以及心血管系统侵入其他组织器官的机率显著增加。深入研究纳米氧化锌的生物学效应及安全性具有重要的科学价值和社会意义。本论文以人肺泡II型上皮细胞A549、人正常肺上皮细胞BEAS-2B、人非小细胞肺癌细胞H1975及HCC827作为研究模型,采用细胞形态学观察、RTCA实时无标记细胞分析技术、WST-1等实验技术,研究纳米氧化锌对上述多种呼吸系统来源正常及肿瘤细胞系的体外生物学效应。同时,采用RTCA实时心肌细胞分析技术,探索纳米氧化锌对原代乳鼠心肌细胞的毒性作用,以及对心肌细胞跳动的影响。此外,论文通过检测细胞内活性氧自由基(ROS)水平、乳酸脱氢酶(LDH)水平、细胞周期变化及细胞凋亡的诱导情况,探讨纳米氧化锌的体外生物学效应的作用机制。论文研究发现在12.5 μg/ml～100 μg/ml浓度范围内,纳米氧化锌对上述呼吸系统正常及肿瘤细胞系均存在剂量依赖性的毒性作用。同时,论文研究结果证实在12.5μg/ml～100 μg/ml浓度范围内,纳米氧化锌对原代乳鼠心肌细胞活力、跳动幅度及频率均有不同程度的影响,其毒性作用的可逆性与纳米氧化锌浓度及作用时间长短有关。初步的机制研究表明12.5 μg/ml及以上浓度的纳米氧化锌可导致BEAS-2B人正常肺上皮细胞和H9C2大鼠心肌细胞内ROS产生大量增加,50 μg/ml及以上浓度的纳米氧化锌可导致A549细胞内ROS大量增加。当细胞膜受到损伤破裂时,大量的LDH从胞内释放到胞外培养基中,在浓度大于25 μg/ml的纳米氧化锌作用下,A549、BEAS-2B和H9C2三种细胞均在胞外培养基检出大量的LDH。证实纳米氧化锌的毒性作用与氧化应激效应有密切联系。PI单染及AnnexinV/PI双染流式分析实验表明,纳米氧化锌作用24hr后,A549、BEAS-2B、H9C2三种细胞系的细胞周期分布发生了变化,并均观察到细胞凋亡。随着纳米氧化锌浓度的增加,G0/G1期细胞比例显著减少,G2/M期细胞比例显著增加,细胞凋亡也呈增加趋势。上述研究成果为深入研究和评价纳米氧化锌的毒性及生物安全性提供了重要的实验依据。同时,本论文研究证实纳米氧化锌材料对RTCA电极的影响极其轻微,RTCA分析系统对研究纳米氧化锌材料的生物学效应具有良好的灵敏性、预测性,并具有实时数据采集、检测周期长短可调、检测功能多样化等特性,提示RTCA技术为纳米材料的生物学效应及毒理学等研究提供了理想、便捷的检测方法,也进一步拓宽了RTCA技术的应用范围。