聚苯乙烯乳胶纳米颗粒气溶胶化方法评估及其毒性研究：新型纳米气溶胶发生器的性能与细胞毒性分析

研究人员针对纳米颗粒气溶胶化技术中存在的背景干扰、稳定性不足及毒性风险等问题，系统评估了Collison型、电喷雾（EAG）和新型Kanomax纳米气溶胶发生器（NAG）的性能，并探究了聚苯乙烯乳胶（PSL）纳米颗粒对人支气管上皮细胞（BEAS-2B）和单核巨噬细胞（THP-1）的毒性。研究发现NAG稳定性最佳但存在多分散性，EAG单分散性优异但操作复杂，而Collison不适用于纳米气溶胶生成；PSL在无血清条件下呈现尺寸依赖性细胞毒性（30 nm最显著），但无基因毒性。该研究为纳米气溶胶实验方法选择及安全应用提供了重要依据。

　　

在纳米科技快速发展的今天，聚苯乙烯乳胶（Polystyrene Latex, PSL）纳米颗粒因其尺寸可控、化学惰性和球形特性，被广泛用于仪器校准、肺部沉积研究等领域。然而，纳米颗粒气溶胶化过程中面临三大挑战：传统方法（如Collison型发生器）产生的液滴过大导致多分散性；电喷雾技术（Electrospray Aerosol Generator, EAG）虽能生成单分散颗粒但操作复杂；此外，纳米颗粒潜在的细胞毒性尚未在支气管区域细胞中充分评估。这些问题限制了PSL在生物医学应用中的可靠性与安全性。

针对上述问题，瑞典隆德大学的研究团队在《Journal of Aerosol Science》发表了一项系统性研究。他们比较了Collison型、EAG和新型Kanomax纳米气溶胶发生器（NanoAerosol Generator, NAG）的性能，并首次全面评估了PSL纳米颗粒（30、50、100 nm）对人支气管上皮细胞（BEAS-2B）和单核巨噬细胞（THP-1）的毒性效应。研究发现，NAG在稳定性上表现最优（8小时浓度仅下降7%），但产生的气溶胶多分散性高于EAG；EAG能生成无背景干扰的单分散颗粒（背景粒径<10 nm），但操作稳定性差；而Collison因液滴过大（约445 nm）完全不适用于纳米气溶胶制备。毒性实验显示，PSL在无血清条件下呈现尺寸依赖性细胞毒性，30 nm颗粒在BEAS-2B中的半数效应浓度（EC₅₀
）低至29 μg/mL，但在血清环境中毒性消失，且未观察到基因毒性。

研究团队采用三项关键技术：1）通过扫描迁移粒径分析仪（Scanning Mobility Particle Sizer, SMPS）量化气溶胶的粒径分布与浓度；2）动态光散射（Dynamic Light Scattering, DLS）分析颗粒在细胞培养基中的聚集状态；3）基于Alamar Blue代谢活性检测和碱性彗星实验（Comet Assay）分别评估细胞毒性与DNA损伤。

研究结果

1. 气溶胶化性能对比
   NAG产生的50 nm PSL气溶胶与背景颗粒重叠率仅7%，远低于Collison的完全重叠，但EAG实现了零重叠。NAG的液滴直径（262-306 nm）比Collison小67%-80%，但EAG液滴最小（10-24 nm）。

2. 稳定性分析
   NAG在8小时内浓度衰减仅7%，而Collison因液体消耗2.5小时后浓度骤降，EAG则出现间歇性波动（浓度波动达30%）。

3. 细胞毒性机制
   BEAS-2B细胞对30 nm PSL最敏感（EC₅₀
   =29 μg/mL），THP-1巨噬细胞在无血清条件下毒性阈值降低50%（30 nm为50 μg/mL）。血清蛋白显著抑制毒性，提示PSL-蛋白冠的形成具有保护作用。

4. 安全性评估
   通过多路径粒子沉积模型（MPPD）推算，实验室典型PSL暴露浓度（10³
   -10⁴
   颗粒/cm³
   ）比毒性阈值低7-8个数量级，证实其实际应用安全性。

结论与意义
该研究首次将NAG与经典气溶胶发生器进行横向对比，明确了其在长期稳定性上的优势，同时揭示了EAG在单分散纳米气溶胶制备中的不可替代性。毒性数据填补了PSL对支气管上皮细胞影响的空白，证实其毒性主要依赖尺寸和表面特性，且可通过血清蛋白调控。这些发现为气溶胶毒理学研究提供了方法学参考，并为PSL在肺部沉积诊断等应用中的安全使用划定了浓度边界。未来研究可进一步优化NAG的液滴控制技术，并探索PSL-生物分子相互作用的具体机制。