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納米材料的生物安全性

作者:admin 更新時間:2019年06月03日 09:57:54

  摘要:隨著納米科技的迅猛發展,納米材料得到廣泛應用。本文通過對其生物安全性問題的提出及現今我國面臨的問題的分析,希望納米科技可以得到更好的發展以及納米材料能更好地應用于生活的各個領域。


  作者:劉天齊


  關鍵詞:納米材料;生物安全;應用


  中圖分類號:G301文獻標志碼:A文章編號:1674-9324(2012)09-0082-02


  一、什么是納米材料


  納米材料是處于納米尺度范圍或者由該尺度范圍的物質為基本結構單元所構成的超精細顆粒材料的總稱,根據物理形態劃分,納米材料大致可分為納米粉末(納米顆粒)、納米纖維、納米膜、納米塊體和納米相分離液體等五類。由于納米尺寸的物質具有與宏觀物質所迥異的表面效應、小尺寸效應、宏觀量子隧道效應和量子限域效應等,因而納米材料具有異于普通材料的光、電、磁、熱、力學、機械等性能。1984年,德國薩爾蘭大學的Gleiter以及美國阿貢試驗室的Siegel相繼成功地制得了純物質的納米細粉。1990年7月在美國召開的第一屆國際納米科學技術會議上,正式宣布納米材料科學為材料科學的一個新分支。


  二、納米材料生物安全性問題的提出


  進入21世紀以來,納米科技發展迅猛,大規模生產的各種人造納米材料已經在生活消費品和工業產品中廣泛使用。據統計,納米材料已經應用在近千種消費類產品中,來提高原有的功能或獲得嶄新的新功能,包括化妝品、食品、服裝、生活日用品、醫藥產品等領域。然而,近年來的研究發現,由于小尺寸效應、量子效應和巨大比表面積等,納米材料具有很強的“雙刃劍”特性,即在提高原有材料功能同時也存在巨大的安全風險。例如,美國科學家讓一組小鼠生活在含20納米特氟隆顆粒的空氣里,結果小鼠在4小時內全部死亡;而另一組生活在含120納米特氟隆顆粒的空氣里的小鼠,卻安然無恙。僅僅尺寸改變,竟導致如此巨大的生物毒性變化。美國科學家還發現納米顆粒可通過胎盤屏障由母體進入到胎兒體;碳納米顆粒可經嗅覺神經直接進入動物腦部;一些人造納米顆粒在很小劑量下也容易引起器官炎癥,或導致大腦損傷,使機體產生氧化應急,隨納米尺寸減小生物毒性有增大的趨勢。研究還發現,納米顆粒非常容易進入細胞,它們對細胞的結構和功能產生什么影響?一些人工納米結構具有自組裝能力,它們在生物體內的不同微環境里,會自組裝成不同的可蔓延生長的特殊結構,這些結構對生物大分子的結構和功能將產生什么影響?它們是否會干擾生命過程的正常進行?


  三、納米材料的生物安全性成為科學前沿問題


  2005年12月,美國政府以世界“經濟合作發展組織(OECD)”的名義,召集世界各國政府,在美國首都華盛頓召開了“人造納米材料的安全性問題”圓桌會議,討論如何采取措施,保障“人造納米材料的安全性問題”。納米安全性問題之所以引起各國政府和科學界的如此重視,是因為納米材料的應用事關人體健康和安全,而“健康和安全”永遠是國家的重大需求。納米科技事關國家前沿科技的發展,美國國務院代表在華盛頓的“納米安全會議”上說“保障納米科技的健康可持續發展,是保持我們科技領先地位的國家戰略”。納米科技居于21世紀公認的前沿科技之首。因此,為納米科技保駕護航,是國家層面的重要戰略目標之一。同時,率先開展納米材料的生物安全性研究,就有可能搶占先機,抓住在科學上取得重大突破的機遇:人造納米結構或納米顆粒與生命體相互作用過程是一個未知領域,存在許多新現象、新問題、新規律,無論對納米科技的發展或者對理解生命過程本身都孕育著新的挑戰和機遇。搶占先機,就意味著擁有取得重大突破的機會。


  四、目前急需解決的難題


  近年來,歐洲等地不斷出現反對納米技術和納米材料應用的大規模游行,其實是因為人們不清楚納米材料毒理學效應和納米材料的安全性所導致的誤解。因此,建立科學客觀評價納米材料生物安全性的方法,是扭轉目前一提到納米材料就認為不安全的誤區的唯一辦法。目前,國際學術界、政府和企業界已經達成共識:當務之急要研究人造納米材料的生物安全性問題,從結構明確、成分明確、劑量明確的人造納米顆粒入手,在此基礎上建立各種模型,分析預測納米顆粒在生物體內的行為以及它們的協同效應對生命過程所產生的影響。但是,目前國內外還沒有建立出合適的納米材料生物效應的評價方法,這也是目前發展納米技術的最大瓶頸之一。尤其是生物微環境中納米顆粒的檢測方法,細胞環境中納米顆粒的檢測方法,體內納米顆粒的檢測方法等。已有的納米毒理學研究結果存在三個突出的問題,發現了一系列復雜的毒理學現象,但是機制不清;研究在大劑量,急性暴露下引起的毒性反應,雖然可用于“突發事故”的安全性評估,但對納米材料含量低的納米產品并不適用;缺乏實際工作現場的研究,導致無法對生產場所的安全評價做出正確的結論。綜合考慮目前國內外納米材料的生產和應用中出現的生物安全性問題,我們首先要開展的工作是圍繞與工作場所和納米產品相關,已經規模化生產或使用的重要納米材料的生物效應與安全性展開研究,在科學上重點揭示生產場所納米顆粒的釋放與團聚行為;揭示在食品中大量應用的納米顆粒進入胃腸道后的行為和命運;在細胞、分子水平上研究這些納米材料與呼吸系統、心血管系統、胃腸道以及皮膚相互作用機理;力爭闡明影響工作場所和消費品中納米顆粒生物安全性的關鍵因素和共性規律,以及納米顆粒與產品添加劑的復合——協同效應關系。同時,在應用上,篩選出能夠用于評價納米材料安全性的生物學或毒理學的指標,提出我國自主知識產權的與工作場所和消費產品相關的納米材料生物安全性評價方法和評估程序,向國家提出相關納米材料的職業接觸限值,為國家建立相應的安全評價體系提供科學依據。


  納米科技的發展和納米材料的應用,為人類生活和生產帶來革命性影響,但是,任何新生事物都有兩面性,由于納米材料的特殊性質,它們對人類健康有可能帶來嚴重損害。因此,如何駕馭納米科技,使之造福而不傷害人類,既是科學界面臨的挑戰,也是各國政府前沿科技發展戰略與健康安全的國家需求。

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