Humans are exposed daily to metallic nanoparticles (Me NPs) from multiple sources which can have both natural and anthropogenic origins. Such exposures take place via different routes including inhalation and skin contact and may result in adverse health effects. The objectives of this thesis were to investigate surface interactions taking place on metallic nanoparticles upon simplified inhalation and how such interactions influence their toxic potency. 

Except for the particle and surface characteristics, the interface to the cell environment, the extent, speciation of the released metal fraction, and the ability of the particles to form reactive oxygen species (ROS) were investigated as these parameters are known to largely govern the cell toxicity. ROS naturally form in the cells as an essential part of our immune system, but can in excess, result in cell membrane damage and harmful effects. This has been studied using a multianalytical and interdisciplinary approach combining surface and material chemistry with toxicological investigations with the main focus on ROS formation. The study has for example elucidated which reactive oxygen species that are formed due to the presence of metallic NPs, and the underlying mechanisms. 

The reliability of using different ROS assays, and the possible artifacts induced by metallic NPs, have been investigated. Methods to assess ROS which previously have not been used in the field of nanotoxicology were introduced showing that copper NPs via corrosion reactions produce ROS and Haber Weiss or Fenton-reactions can decompose hydrogen peroxide into the reactive hydroxyl radical. A way to group NPs based on their surface reactions forming ROS was proposed. Other particle- and surface characteristics of metallic NPs of importance for the toxic potency and ability to induce oxidative stress, e.g. adsorption of biomolecules, particle agglomeration, surface composition, and release of metal ions including their speciation.

Människor utsätts dagligen för metalliska nanopartiklar från olika källor vilka kan ha både naturligt och antropogent ursprung. Sådan exponering sker via olika exponeringsvägar, till exempel genom inandning och hudkontakt, vilket kan leda till negativa hälsoeffekter. Syftet med denna avhandling var att undersöka vad som sker på ytan av metalliska nanopartiklar vid simulerad inandning och hur detta påverkar deras potentiellt toxiska egenskaper.

Partikelytans egenskaper undersöktes då denna yta är i direkt kontakt med den omgivande miljön. Egenskaperna av intresse var främst graden av metallfrisättning, dess kemiska form, samt partiklarnas förmåga att bilda syreradikaler och väteperoxid (ROS). ROS bildas naturligt i cellerna som en viktig del av vårt immunsystem, men kan i överskott resultera i negativa effekter. Studier genomfördes genom att tillämpa ett multianalytiskt och tvärvetenskapligt tillvägagångssätt där yt- och materialkemiska studier kombinerades med toxikologiska undersökningar, med huvudfokus på ROS-bildning. Studierna har bland annat belyst vilka typer av ROS som kan bildas på grund av metalliska NP samt de underliggande mekanismerna. 

Tillförlitligheten av att använda olika tekniker för ROS-analyser och deras möjliga artefakter inducerade av metalliska NP undersöktes. Metoder för att bedöma ROS som tidigare inte har använts inom nanotoxikologi introducerades vilka möjliggör detektion av specifika syreradikaler. Resultat för Cu NP visade på att både korrosionsreaktioner producerar ROS samt att Haber Weiss- eller Fenton(lika) reaktioner kan sönderdela väteperoxid och bilda den reaktiva hydroxylradikalen. Ett förslag för gruppering av metalliska NP baserat på deras ROS mekanismer föreslås. Studier av andra partikel- och ytegenskaper hos metalliska NP av betydelse för deras möjliga toxicitet omfattar även adsorption av ligander och biomolekyler, grad av partikelagglomeration, yt-sammansättning, metallfrisättning och deras speciering i lösning.