氣相二氧化矽的原生粒子粒徑約7-40nm，是一種典型的奈米材料，作為全球應用最廣的、產量最大的奈米材料，其本身具有熱穩定性、化學惰性、高親水性和弱滲透性等獨特的理化性質，被廣泛應用於多個行業，大量用於與人體密切接觸或直接攝入進入人體。同時大量生產和研究人員可以透過面板直接接觸、呼吸道吸入、消化道攝入等途徑進入相關個職業人群和接觸人群體內。由於奈米材料本身結構功能的活躍性，奈米材料的生物安全及奈米毒理學研究對奈米科技的發展和應用顯得尤為重要。充分認識奈米二氧化矽具體的毒理性作用和機制將可為將來奈米顆粒的安全研發，為氣相二氧化矽在與人體接觸的行業中大規模應用提供理論依據。

細胞是機體結構和功能的基本單位。奈米二氧化矽對多種細胞都有較明顯的毒性作用。奈米二氧化矽的毒性作用機制主要分為五個方面。

1.氧化應激

氧化應激是奈米材料常見的毒性作用機制,也是較為關鍵的作用路徑。奈米二氧化矽本身具有高反應性和高生物活性,其透過內吞作用進入細胞後可誘導細胞內超氧自由升高,導致氧化應激反應和細胞損傷。研究發現, 奈米二氧化矽透過不同途徑進入生物體均可引起多個臟器發生氧化應激反應。

2.炎性反應

進入生物體的奈米二氧化矽可引起炎症反應,炎症可使部分細胞變性、壞死,從而引起生物機體機能發生改變奈米二氧化矽可使生物體炎症反應發生的危險性增加,炎症反應是其引發生物毒性的機制之一。

3.線粒體損傷

4.DNA損傷

作為細胞遺傳資訊的攜帶者,DNA損傷必然會引起細胞功能障礙,從而呈現相應的表型。奈米二氧化矽透過使細胞骨架紊亂,可直接破壞DNA雙鏈結構,使組蛋白磷酸化,從而使DNA無法正常發揮功能。奈米二氧化矽可直接使細胞核結構破壞,從而使細胞發生凋亡。

5.其他機制

奈米二氧化矽可使多種細胞發生內質網應激,從而使細胞發生凋亡。低劑量奈米二氧化矽能使肝出現肉芽腫,並逐漸出現纖維化,並在多個器官(肝、心臟、肺)均出現肥大細胞聚集。總之,奈米二氧化矽的毒性作用機制呈現多樣化形式,這在評價奈米二氧化矽的毒性作用時需特別注意,以免遺漏有關作用,造成判斷失誤。

雖然氣相二氧化矽屬於奈米二氧化矽的範疇，但是由於氣相二氧化矽在平常處於附聚體狀態，粒徑分佈在10-50um級，即使在液相或固相體系中充分分散，氣相二氧化矽也是以聚集體狀態存在，粒徑分佈100-300奈米。將氣相二氧化矽分散到原生粒徑極其困難。

研究（Zhou F, Liao F, Chen L,et al. The size-dependent genotoxicity and oxidative stress of silica nanoparticles on endothelial cells [J]. Environ Sci Pollut Res Int,2019, 26(2)：1911-1920.）表明：將奈米二氧化矽透過鼠尾靜脈注射入小鼠體內發現,粒徑(10、30、50、70、100、300、1000nm)大小與血小板減少、肝損傷和致死毒性之間呈負相關。即粒徑越大，奈米二氧化矽在生物體內的毒性越小。此外粒徑越大，奈米材料進入生物體內的難度越高。綜上，雖然包括氣相二氧化矽在內的奈米二氧化矽具有一定的生物毒性，但是由於氣相二氧化矽的粒徑相對較大，其生物毒性處於相對較低的水平。