碳基纳米材料因其优异性能广泛应用于航空航天、电子信息、太阳能热燃料以及能量存储等领域。当前国家“碳达峰、碳中和”战略发展目标下，积极推进煤炭资源向新型碳基材料的转化，是新材料产业发展的重点。2022年中国纳米材料市场规模达2031亿元，同比增长9.89 %，其中碳基纳米材料及新材料市场规模一直保持增长趋势，且科技成果转化能力增强。每年有相当多的新型碳纳米材料合成，根据经济合作与发展组织（OECD）化学品安全与生物安全意见，新材料引入工作环境和消费品中，需要进行全面的安全评估，并更清楚地了解对人类健康的潜在影响。

氮化碳是一种新型二维层状碳基纳米材料，因其优异的性能在化学催化、电子、医学及电池领域极具应用潜力，成为传统碳基纳米材料的可行替代品。随着氮化碳及其复合材料产量和市场规模的增长，氮化碳在生产及使用过程中的职业与环境暴露风险日趋严重，其中呼吸道吸入一直是碳基纳米材料最受关注的职业与环境暴露途径。然而，氮化碳的吸入毒性仍未见报道，因此全面评估氮化碳的吸入毒性并探究其机制至关重要。

近日青岛大学唐敬龙教授团队与国家纳米科学中心、华沙理工大学等单位合作对氮化碳吸入毒性进行评估，并探究氮化碳对肺表面活性物质稳态的影响。该研究阐释氮化碳（g-CN）及硫修饰氮化碳（S-g-CN）吸入引起小鼠肺部炎症，并损伤Ⅱ型肺泡上皮细胞与肺泡巨噬细胞之间的肺表面活性物质的生成与代谢平衡，进而导致肺部磷脂与蛋白沉积。相关工作以“Carbon nitride nanosheets induce pulmonary surfactant deposition via dysfunction of alveolar secretion and clearance”为题发表在Nano Today。

本研究通过氮化碳气管滴注，构建小鼠氮化碳吸入暴露模型。随后通过对小鼠肺泡灌洗液（BALF）进行分类细胞计数（图1），发现氮化碳吸入暴露引起小鼠肺泡灌洗液中巨噬细胞的比例显著增加，并通过影像学及病理学等检测证实，氮化碳吸入暴露引起肺部炎症。同时，研究者在研究过程中发现硫修饰可降低氮化碳的吸入毒性。为进一步探究氮化碳吸入毒性及氮化碳对肺表面活性物质稳态的损伤，研究者通过检测小鼠BALF及肺组织内肺表面活性物质含量，发现氮化碳可导致小鼠BALF及肺组织内肺表面活性蛋白与磷脂含量升高。通过进一步的体内和体外实验证实氮化碳纳米材料能够通过影响II型肺泡上皮细胞肺表面活性物质的分泌和干扰肺泡巨噬细胞吞噬功能两条途径叠加导致肺表面活性物质在肺部沉积。研究还发现纳米材料的硫修饰可降低氮化碳的吸入毒性。

本研究首次对氮化碳及硫修饰氮化碳吸入毒性进行评估，发现氮化碳吸入暴露引起肺表面活性物质生成增多，同时损伤肺泡巨噬细胞对肺表面活性物质的清除过程，破坏肺表面活性物质生成与清除的动态平衡，进而导致肺表面活性物质在肺泡中沉积。本研究为修饰作为增强碳纳米材料生物相容性的可行方法提供有力支撑，有助于合理设计与修饰碳基纳米材料并指导其安全应用。相关工作得到了国家自然科学基金（82241086, 82273669, 32171398, 82204088）、北京市科技新星计划（20230484426）、山东省泰山学者（202211121）项目的支持。