日光暴露下でアナターゼ/ルチル混合相二酸化チタンナノ粒子による皮膚へのバンド誘導駆動型酸化的損傷

アナターゼ/ルチル混合相二酸化チタン（TIO2）ナノ粒子（NP）は、化粧品と綿織物で発見されています。日光にさらされると、混合相TIO2 NPは、純粋な相NPよりも細胞に対してさらに毒性があります。ただし、基礎となるメカニズムは不明のままです。混合相NPSに存在するユニークなアナターゼ/ルチルヘテロ接合構造を考慮すると、混合相TIO2 NPの強力な毒性は、アナターゼ/ルチルヘテロ接合が高度なエネルギーバンドによって構成されているため、おそらく高反応性酸素種（ROS）産生に由来します。バンドのアライメントにより、界面での電子穴の分離を促進します。本研究では、異なるアナターゼ/ルチル比を持つ混合相TIO2 NPのライブラリが確立され、潜在的な特性活性の関係を調査し、基礎となる分子メカニズムをさらに明確にしました。日光にさらされると、これらの混合相TIO2 NPは、重大な非生物性ROSを生成し、HACAT皮膚細胞とマウスの皮膚に階層的酸化ストレスを誘発する可能性があります。これらのNPのROSの大きさと毒性の可能性は、エネルギーバンド曲げ（BB）レベルに比例していることがわかりました。これは、混合相TIO2 NPの毒性がそのヘテロ接合密度と相関する可能性があり、混合相TIO2 NPの毒性の可能性はBBレベルで比較検討できることを意味します。

Anatase/rutile mixed-phase titanium dioxide (TiO2) nanoparticles (NPs) have been found in cosmetics and cotton textiles. Once exposed to sunlight, mixed-phase TiO2 NPs are even more toxic to cells than pure phase NPs; however, the underlying mechanism remains unclear. Considering the unique anatase/rutile heterojunction structure existing in mixed-phase NPs, the potent toxicity of mixed-phase TiO2 NPs probably originates from the high reactive oxygen species (ROS) production because the anatase/rutile heterojunction is constituted by the staggered energy bands that facilitate the electron-hole separation at the interface due to the band alignment. In the present study, a library of mixed-phase TiO2 NPs with different anatase/rutile ratios was established to investigate the potential property-activity relationship and further clarify the underlying molecular mechanism. Under sunlight exposure, these mixed-phase TiO2 NPs could produce significant abiotic ROS and induce hierarchical oxidative stress to HaCaT skin cells and mice skin. The ROS magnitude and toxicity potential of these NPs were found to be proportional to their energy band bending (BB) levels. This means that the toxicity of mixed-phase TiO2 NPs can be correlated to their heterojunction density, and the toxicity potential of mixed-phase TiO2 NPs can be weighed by their BB levels.