金属有机骨架(MOF)材料是一类性能优良、应用广泛的新兴多孔材料。它们由金属中心(金属离子或金属簇)在可控条件下与有机配体自组装而成,具有高孔隙率、大比表面积、可调孔径与框架结构、稳定性强等多种优良性能,被广泛应用于生物医学、能源存储和转化、催化、传感和环境污染治理等多个领域。MOF材料在多领域的广泛应用给人类生产生活带来极大便捷,但其存在的环境风险隐患却不容忽视。因此,亟需评估MOF材料的环境及生物安全性。(1)选取4种具有不同金属中心和有机配体的MOF材料(MIL-101(Cr)、ZIF-67、MOF-5和ZIF-8)进行理化性质表征及细胞毒性分析。使用扫描电子显微镜(SEM)和傅里叶红外光谱仪(FT-IR)分别测定了四种材料的形貌、大小和组分构成;利用马尔文粒子分析仪测量了四种MOF材料在超纯水和高糖DMEM细胞培养基中的Zeta电位;采用噻唑蓝Peptide Synthesis(MTT)法分别检测了四种MOF材料对人肝癌(HepG2)细胞活力的影响;系列梯度浓度MOF材料暴露HepG2细胞24 h后检测氧化损伤指标丙二醛(MDA)和过氧化氢(H_2O_2)含量变化。结果显示,四种MOF材料的形状既有规则的立方体和球状也有不规则的片层状,且金属中心和有机配体各有不同;除ZIF-67在纯水中为正电位外,其他MOF材料在纯水和高糖DMEM培养基中的Zeta电位均为负;此外,四种MOF材料对HepG2细胞活力的抑制存在明显的剂量-效应关系,但0.01 mg/m L时细胞活力均大于80%,且低于该浓度时均未诱导HepG2细胞的氧化损伤。由此表明,一定浓度的MOF材料无明显生物毒性。(2)选取毒死蜱(Chlorpyrifos,CPF)为环境代表污染物,检测其对HepG2细胞的毒性效应,为后续研究MOF材料与环境污染物的复合毒性探索提供依据。通过MTT实验确定了CPF的低(62.5μM)、中(125μM)、高(250μM)暴露剂量,检测CPF暴露HepG2细胞24 h后的细胞活力、氧化应激指标MDA和H_2O_2含量变化及内质网应激标志基因(XBP1s和Chop)、凋亡相关基因(Bcl-2和Bax)的mRNA水平,探索短链脱氢酶/还原酶(short-chaindehydrogenase/reductase,SDR)家族成员2(DHRS2)基因相关的生物学通路。结果显示,不同浓度CPF暴露均可显著诱发HepG2细胞氧化应激和内质网应激;中、高剂量CPF暴露可显著诱导HepG2细胞凋亡,上调DHRS2的mRNA和蛋白表达水平,并以Q-VD-Oph体内实验剂量剂量依赖的形式显著上调TLR4和ERCC1的mRNA水平。(3)选取本研究中EC_(50)最大的MOF材料MIL-101(Cr)吸附CPF以开展复合毒性研究。使用0.005 mg/m L(最小作用剂量)MIL-101(Cr)分别更多吸附125μM CPF和250μM CPF后对HepG2细胞复合暴露24 h,暴露结束后检测氧化应激、乳酸脱氢酶(LDH)释放、内质网应激和细胞凋亡相关指标,以及DHRS2相关通路基因mRNA水平的变化。结果显示,0.005 mg/m L MIL-101(Cr)吸附125μM CPF后可显著降低CPF对上述指标的毒性作用,且与对照组相比无明显变化;但其吸附250μM CPF后均未有效改善上述毒性效应。这些结果表明,MIL-101(Cr)能够有效缓解一定浓度CPF对细胞的毒性效应。综上所述,本研究对四种不同MOF材料进行了理化性质表征,并初步探究了它们对HepG2细胞的生物毒性,对其中一种MOF材料MIL-101(Cr)吸附CPF的复合毒性进行了初步探索。明确了MOF材料性状与生物安全性的关联性,拓展了相关类型材料的应用范围,为MIL-101(Cr)用于实际环境污染治理的可行性提供了数据支撑,对环境保护与环境污染治理具有重要的现实意义。