纳米材料的安全性

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1、纳米材料的安全性摘要近年来，随着现代纳米技术在环境领域中的广泛应用,各种不同形式的纳米尺度物质对人类环境可能带来的潜在影响,逐渐引起相关领域研究工作者广泛关注。本文分析了纳米材料的暴露途径和对生物体及环境的潜在威胁，以及纳米材料的几种毒性；并探讨了纳米材料产生毒性效应的几种可能机制；介绍了国内外几种典型的纳米材料毒性研究情况；并提出了一些建议。关键词纳米材料毒性安全性引言：广义地说，纳米材料是指在三维空间中至少有一维处在纳米尺度范围（1～100nm）或由它们作为基本单元构成的材料。具体的说主要有以下特性[1]：(1)表面与

2、界面效应：这是指纳米晶体表面原子数与总原子数之比随粒径变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。(2)小尺寸效应：当纳米微粒尺寸与光波波长，传导电子的德布罗意波长及超导态的相干长度、透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，它的周期性边界被破坏，从而使其声、光、电、磁、热力学等性能呈现出“新奇”的现象。利用这些特性，可以高效率地将太阳能转变为热能、电能，此外又有可能应用于红外敏感元件、红外隐身技术等等。(3)量子尺寸效应：当粒子的尺寸达到纳米量级时，费米能级附近的电子能级由连续态分裂成分立能级。当能级间距大于热能、磁能、静电能、静磁

3、能、光子能或超导态的凝聚能时，会出现纳米材料的量子效应，从而使其磁、光、声、热、电、超导电性能变化。(4)宏观量子隧道效应：微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。纳米粒子的磁化强度等也有隧道效应，它们可以穿过宏观系统的势垒而产生变化，这种被称为纳米粒子的宏观量子隧道效应。近年来，随着纳米科技的迅猛发展，各种人造纳米材料已经在医药、化妆品和电子等产品中广泛使用[2]。纳米材料既可以造福人类，也可能给环境和人体健康带来影响。然而，纳米材料的生物安全性现在还是未知数，关于它对健康的影响也还没有成熟的分析方法。据美国纽约罗切斯特

4、大学研究人员的实验显示[3]，实验白鼠吸入纳米材料可能对多个脏器和中枢神经系统产生不良影响。虽然现在人们还不知道纳米粒子进入大脑并堆积起来会产生何种影响，但是纳米物质应用的安全性早就被那些对纳米研究持谨慎态度的学者所重视。有些科学家[3]甚至提出，为保证人类健康和环境安全，应暂停纳米材料研究。美国、英国和日本等国多年前就已致力于富勒烯、单壁和多壁碳纳米管以及氧化铈纳米材料的安全性评估。进入21世纪，我国开始高度关注纳米生物效应与安全性的研究。目前，中国科学院高能物理所以大科学平台为中心，结合核分析重点实验室长期开展的稀土和

5、重金属生物效应、有机卤素毒理及环境毒理学研究的丰富经验，已从生物整体水平、细胞水平、分子水平和环境等几个层面开展纳米生物效应的研究工作。预计在未来的研究中会有更多的人员加入这一行列，这预示着纳米技术研究和材料应用即将进人一个新时代。1、纳米材料的暴露途径及其潜在威胁纳米材料主要通过呼吸系统、皮肤接触、食用和注射及在生产、使用、处置过程中向环境释放等途径向生物体和环境暴露而产生威胁。首先，纳米颗粒通过呼吸系统被生物体吸收。如研究人员和工厂的工人容易暴露在纳米颗粒浓度高的空气中，主要以被动扩散方式通过细胞膜吸收，由于其粒径非常

6、小(1～100nm)，所以其布朗运动速度很快，主要附着于肺泡和较大的支气管内。附着在肺泡表面的难溶颗粒，有的被滞留，以致引起病变；有的可到达淋巴腺或随淋巴液到达血液，可能具有较高毒性。近来多项研究[4]发现，纳米材料可以在动物的呼吸道各段和肺泡内沉积，并且可以致明显的肺泡巨噬细胞(AM)损伤。其次，皮肤是人类阻挡外源污染物质的重要屏障系统，污染物主要通过表皮脂质屏障经皮肤吸收。如皮肤吸收通常发生于使用含二氧化钛或氧化锌纳米颗粒的化妆品。再次，食用和注射难溶性药物的消化道吸收率和药效与药物的粒径呈负相关关系也人所共知。然而，

7、科学家们发现药物制剂的粒径变小而其毒副作用却得到不同程度的增大。常规药物被纳米颗粒物装载后，急性毒性、骨髓毒性、细胞毒性、心脏毒性和肾毒性明显增强。最后，针对在生产、使用、处置过程中向环境释放，有研究者提出，纳米颗粒难溶于水，故不必担心其会污染地下水环境。但有研究[4]发现，由于纳米碳管具有相当大的表面积，所以其他种类的分子能够吸附在碳管上，并通过地下水作用将污染物大面积传播，导致环境恶化。也有研究[5]表明。一种亲水的纳米材料，可以在没有任何表面处理的情况下于水中形成胶体样物质，其溶解度是多环芳烃(PAHs)在水中溶解度

8、的100余倍，而水中很低浓度的PAHs也会对环境产生影响，因此推测C50可能具有相似的属性，因此有必要评价水环境中可能存在的纳米颗粒的理化特性 。除了暴露途径，暴露剂量是另一个重要的问题。纳米尺寸是决定纳米颗粒毒性的一个因素，但是纳米颗粒的总表面积(由尺寸和总剂量决定)也非常重要。表面反应活性低的纳米颗