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纳米TiO2因其具有屏蔽紫外线、消色力高、遮盖力强等诸多优异性能，广泛应用于化妆品中，成为重要的无机添加剂。但是研究发现，纳米TiO2可吸收紫外辐射产生光催化活性，生成具有高度化学活性的羟基自由基（·OH），引起脂质过氧化反应。近年来的研究表明，氧化应激可导致细胞凋亡，并能激活丝裂原活化蛋白激酶信号传导通路，促进MMP的表达，同时抑制胶原合成，诱导MDA合成、细胞膜弹性下降，导致光老化皮肤特征性的改变。
为探讨纳米TiO2光催化产物可能引发的皮肤损害，本研究选用对细胞和机体确定无损伤剂量的UVA（365nm，细胞试验照射剂量为5J/cm2，动物试验照射剂量为10J/cm2）进行照射，通过细胞和动物整体试验分析纳米TiO2（10nm锐钛矿型、25nm锐钛矿型、25nm金红石型）的毒性作用，初步探讨低剂量UVA照射下，纳米TiO2的细胞毒性及对大鼠皮肤光老化的影响，为纳米‘TiO2的应用提供一定的毒理学资料。
一、不同类型纳米二氧化钛的光催化活性比较
光催化降解亚甲蓝结果显示，仅给予紫外照射时，亚甲蓝未发生显著降解；同时给予纳米。TiO2处理和紫外照射，亚甲蓝可见显著降解。纳米TiO2光催化降解亚甲蓝的效果和紫外照射剂量、纳米TiO2浓度、粒径大小及晶型有关。光照剂量越大、纳米TiO2浓度越高、粒径越小，光催化作用越强；相同粒径的锐钛矿型TiO2对亚甲蓝的氧化作用大于金红石型，金红石型TiO2未见显著的光催化作用。
二、纳米二氧化钛光催化产物对小鼠胚胎成纤维细胞的毒性作用
参照国标Balb/c3T3中性红摄取试验设置不同的染毒剂量组（15.6、31.2、62.5、125、250μg/ml，），分别通过四甲基偶氮唑盐（MTT）法和中性红摄取光毒性试验检测纳米TiO2对Balb/c3T3细胞活性的影响。结果显示，纳米TiO2染毒的高剂量组对细胞的影响要大于低剂量组，而小粒径TiO2的毒性则要大于粒径较大的TiO2，锐钛矿型TiO2的毒性大于金红石型。光照前后相比，光照后细胞活性小于光照前。
DCFH-DA荧光探针测定结果显示，与对照组比较，各实验组细胞内活性氧水平升高，多数剂量组与对照的差别有统计学意义（p<0.05）。相同染毒时间，随着染毒剂量的增高，纳米TiO2染毒组细胞活性氧水平升高；紫外照射组在光照处理后4h内细胞活性氧水平与染毒剂量呈剂量效应关系。与200nm锐钛矿型TiO2组比较，纳米TiO2组细胞内活性氧水平升高更为明显；相同粒径的锐钛矿型与金红石型TiO2相比，锐钛矿型TiO2染毒组细胞活性氧水平高于金红石型。光照前后相比，光照处理后2h、4h光照组细胞内活性氧水平高于无光照组，4h后，光照组细胞内活性氧水平低于五光照组。
为探讨纳米TiO2致Balb/c3T3细胞毒作用的损伤机制，本研究应用不同浓度（15.6、31.2、62.5、125、250μg/mL）纳米TiO2染毒Balb/c3T3细胞，分析了不同染毒条件下Balb/c3T3细胞的氧化损伤相关指标、凋亡、细胞间隙通讯功能等，结果显示，纳米TiO2可致Balb/c3T3细胞氧化损伤，细胞凋亡显著升高，细胞间隙通讯功能下降，锐钛矿型TiO2对细胞损伤程度大于金红石型。光照与纳米TiO2联合暴露组氧化损伤较纳米TiO2单独暴露组严重，凋亡率升高，细胞间隙通讯受损更加严重。
本研究进一步分析了不同粒径、剂量和晶型的纳米TiO2染毒条件下Balb/c3T3细胞的胶原含量、基质金属蛋白酶含量及细胞因子等指标的水平，以探讨纳米TiO2对Balb/c3T3细胞分泌功能的影响。结果显示纳米TiO2作用于细胞后，细胞分泌胶原的能力降低，MMP-1、MMP-3的分泌水平上升，IL-1水平表达升高，TNF-α、IL-6在纳米TiO2剂量较大时分泌量亦增高；光照后细胞培养上清胶原含量明显少于未光照组，MMP-1、MMP-3含量高于未光照组。细胞因子含量光照前后相比，不同纳米。TiO2类型及剂量变化不一，200nm锐钛矿型TiO2组光照后细胞培养上清IL-1含量上升，IL-6含量下降，10nm锐钛矿型TiO2组光照后细胞培养上清IL-1含量下降，IL-6含量上升，TNF-α光照前后差别无统计学意义。
三、纳米二氧化钛光催化产物对SD大鼠的皮肤毒性作用
40只SD大鼠，雌雄各半，随机分为对照组、20％纳米TiO2涂抹组、UVA（10J/cm2）组、20％纳米TiO2+UVA，（10J/cm2）组，连续染毒21天。测定不同处理条件下大鼠皮肤病理、电镜及皮肤细胞氧化损伤和分泌功能，初步分析纳米TiO2与紫外光照联合染毒对大鼠的皮肤毒性。结果显示，染毒结束各组大鼠皮肤无红斑及水肿，皮肤组织病理未见异常，透射电镜可见实验组成纤维细胞粗面内质网变宽。与对照组相比，雄性大鼠纳米TiO2+UV组TNF-α、IL-1含量上升，IL-6含量降低，但差异无统计学意义；UV组及纳米TiO2组TNF-α、IL-6含量降低，IL-1含量上升，其中UV组IL-6含量与对照的差异有统计学意义（p<0.05）。三个不同处理组相比，纳米TiO2+UV组及纳米TiO2组的IL-6含量较UV组显著升高（p<0.05）。雌性大鼠三个处理组TNF-α含量较对照组显著上升，IL-6含量降低（p<0.05）。不同处理组相比，纳米TiO2+UV组IL-1含量高于UV组（p<0.05），纳米TiO2组IL-6含量低于UV组（p<0.05）。雌性大鼠纳米TiO2+UV组MDA含量较UV组及纳米TiO2组含量上升（p<0.05）。四个实验组间SOD、GSH-Px差异无统计学意义。
以上研究结果表明，纳米TiO2经紫外照射后可产生羟自由基，产生羟自由基的量与纳米TiO2的浓度、粒径、晶型及紫外照射剂量有关。高水平的纳米TiO2光催化产物有显著细胞毒性，可抑制细胞增殖，导致细胞氧化损伤，引起细胞凋亡和细胞间隙通讯功能障碍，并可影响细胞分泌功能，导致细胞光老化的发生及促进炎症反应的发生。动物实验表明，在实验所选择的受试时间和光照剂量下，虽未见大鼠皮肤光老化的发生，但是纳米TiO2可诱发皮肤脂质过氧化损伤，并诱导皮肤细胞分泌过量的炎性因子参与炎性反应。
综上所述，纳米TiO2细胞及动物毒理学实验研究表明，纳米TiO2的皮肤毒性与粒径、晶型及紫外照射有关，纳米TiO2粒径越小其皮肤毒性越高，锐钛矿型TiO2毒性显著高于金红石型，在低剂量紫外光照下纳米TiO2即可产生较高水平的羟自由基，从而加重细胞及皮肤组织的损伤程度。
为探讨纳米TiO2光催化产物可能引发的皮肤损害，本研究选用对细胞和机体确定无损伤剂量的UVA（365nm，细胞试验照射剂量为5J/cm2，动物试验照射剂量为10J/cm2）进行照射，通过细胞和动物整体试验分析纳米TiO2（10nm锐钛矿型、25nm锐钛矿型、25nm金红石型）的毒性作用，初步探讨低剂量UVA照射下，纳米TiO2的细胞毒性及对大鼠皮肤光老化的影响，为纳米‘TiO2的应用提供一定的毒理学资料。
一、不同类型纳米二氧化钛的光催化活性比较
光催化降解亚甲蓝结果显示，仅给予紫外照射时，亚甲蓝未发生显著降解；同时给予纳米。TiO2处理和紫外照射，亚甲蓝可见显著降解。纳米TiO2光催化降解亚甲蓝的效果和紫外照射剂量、纳米TiO2浓度、粒径大小及晶型有关。光照剂量越大、纳米TiO2浓度越高、粒径越小，光催化作用越强；相同粒径的锐钛矿型TiO2对亚甲蓝的氧化作用大于金红石型，金红石型TiO2未见显著的光催化作用。
二、纳米二氧化钛光催化产物对小鼠胚胎成纤维细胞的毒性作用
参照国标Balb/c3T3中性红摄取试验设置不同的染毒剂量组（15.6、31.2、62.5、125、250μg/ml，），分别通过四甲基偶氮唑盐（MTT）法和中性红摄取光毒性试验检测纳米TiO2对Balb/c3T3细胞活性的影响。结果显示，纳米TiO2染毒的高剂量组对细胞的影响要大于低剂量组，而小粒径TiO2的毒性则要大于粒径较大的TiO2，锐钛矿型TiO2的毒性大于金红石型。光照前后相比，光照后细胞活性小于光照前。
DCFH-DA荧光探针测定结果显示，与对照组比较，各实验组细胞内活性氧水平升高，多数剂量组与对照的差别有统计学意义（p<0.05）。相同染毒时间，随着染毒剂量的增高，纳米TiO2染毒组细胞活性氧水平升高；紫外照射组在光照处理后4h内细胞活性氧水平与染毒剂量呈剂量效应关系。与200nm锐钛矿型TiO2组比较，纳米TiO2组细胞内活性氧水平升高更为明显；相同粒径的锐钛矿型与金红石型TiO2相比，锐钛矿型TiO2染毒组细胞活性氧水平高于金红石型。光照前后相比，光照处理后2h、4h光照组细胞内活性氧水平高于无光照组，4h后，光照组细胞内活性氧水平低于五光照组。
为探讨纳米TiO2致Balb/c3T3细胞毒作用的损伤机制，本研究应用不同浓度（15.6、31.2、62.5、125、250μg/mL）纳米TiO2染毒Balb/c3T3细胞，分析了不同染毒条件下Balb/c3T3细胞的氧化损伤相关指标、凋亡、细胞间隙通讯功能等，结果显示，纳米TiO2可致Balb/c3T3细胞氧化损伤，细胞凋亡显著升高，细胞间隙通讯功能下降，锐钛矿型TiO2对细胞损伤程度大于金红石型。光照与纳米TiO2联合暴露组氧化损伤较纳米TiO2单独暴露组严重，凋亡率升高，细胞间隙通讯受损更加严重。
本研究进一步分析了不同粒径、剂量和晶型的纳米TiO2染毒条件下Balb/c3T3细胞的胶原含量、基质金属蛋白酶含量及细胞因子等指标的水平，以探讨纳米TiO2对Balb/c3T3细胞分泌功能的影响。结果显示纳米TiO2作用于细胞后，细胞分泌胶原的能力降低，MMP-1、MMP-3的分泌水平上升，IL-1水平表达升高，TNF-α、IL-6在纳米TiO2剂量较大时分泌量亦增高；光照后细胞培养上清胶原含量明显少于未光照组，MMP-1、MMP-3含量高于未光照组。细胞因子含量光照前后相比，不同纳米。TiO2类型及剂量变化不一，200nm锐钛矿型TiO2组光照后细胞培养上清IL-1含量上升，IL-6含量下降，10nm锐钛矿型TiO2组光照后细胞培养上清IL-1含量下降，IL-6含量上升，TNF-α光照前后差别无统计学意义。
三、纳米二氧化钛光催化产物对SD大鼠的皮肤毒性作用
40只SD大鼠，雌雄各半，随机分为对照组、20％纳米TiO2涂抹组、UVA（10J/cm2）组、20％纳米TiO2+UVA，（10J/cm2）组，连续染毒21天。测定不同处理条件下大鼠皮肤病理、电镜及皮肤细胞氧化损伤和分泌功能，初步分析纳米TiO2与紫外光照联合染毒对大鼠的皮肤毒性。结果显示，染毒结束各组大鼠皮肤无红斑及水肿，皮肤组织病理未见异常，透射电镜可见实验组成纤维细胞粗面内质网变宽。与对照组相比，雄性大鼠纳米TiO2+UV组TNF-α、IL-1含量上升，IL-6含量降低，但差异无统计学意义；UV组及纳米TiO2组TNF-α、IL-6含量降低，IL-1含量上升，其中UV组IL-6含量与对照的差异有统计学意义（p<0.05）。三个不同处理组相比，纳米TiO2+UV组及纳米TiO2组的IL-6含量较UV组显著升高（p<0.05）。雌性大鼠三个处理组TNF-α含量较对照组显著上升，IL-6含量降低（p<0.05）。不同处理组相比，纳米TiO2+UV组IL-1含量高于UV组（p<0.05），纳米TiO2组IL-6含量低于UV组（p<0.05）。雌性大鼠纳米TiO2+UV组MDA含量较UV组及纳米TiO2组含量上升（p<0.05）。四个实验组间SOD、GSH-Px差异无统计学意义。
以上研究结果表明，纳米TiO2经紫外照射后可产生羟自由基，产生羟自由基的量与纳米TiO2的浓度、粒径、晶型及紫外照射剂量有关。高水平的纳米TiO2光催化产物有显著细胞毒性，可抑制细胞增殖，导致细胞氧化损伤，引起细胞凋亡和细胞间隙通讯功能障碍，并可影响细胞分泌功能，导致细胞光老化的发生及促进炎症反应的发生。动物实验表明，在实验所选择的受试时间和光照剂量下，虽未见大鼠皮肤光老化的发生，但是纳米TiO2可诱发皮肤脂质过氧化损伤，并诱导皮肤细胞分泌过量的炎性因子参与炎性反应。
综上所述，纳米TiO2细胞及动物毒理学实验研究表明，纳米TiO2的皮肤毒性与粒径、晶型及紫外照射有关，纳米TiO2粒径越小其皮肤毒性越高，锐钛矿型TiO2毒性显著高于金红石型，在低剂量紫外光照下纳米TiO2即可产生较高水平的羟自由基，从而加重细胞及皮肤组织的损伤程度。