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纳米技术是一把 “双刃剑”

2013-11-15

      “纳米”一词我们已不陌生。但是,我们对“纳米”真正了解多少?“纳米”有哪些潜在的危险?纳米时代的来临,我们已经做好了知识上和心理上的准备了吗?

        纳米(nanometer, nm)又称毫微米,如同厘米、分米和米一样,是长度计量单位,具体地说,一纳米即10-9米,等于十亿分之一米的长度,相当于4倍原子大小,为蚕丝的一万两千分之一,万分之一头发粗细;形象地讲,一纳米的物体放到乒乓球上,就像一个乒乓球放在地球上一般。0.1~100nm之间的几何尺度均可称为纳米尺度(nanoscale)。至少有一维在纳米尺度内,通过操纵原子、分子的运动规律和特性,并利用这些特性制造具有纳米粒径独特性质和功能的新设备或新系统的技术,被称为纳米技术(nanotechnology)。纳米材料(nanomaterials)就是运用纳米技术制造出来的在纳米尺度内的具有特殊物理、化学性质的物质;通常人们将三维都在纳米尺度内的纳米材料称为纳米颗粒(nanoparticles),也被称为超微颗粒(ultrafine particles, UEPs)。

        由于纳米材料特有的物化性质,纳米材料被广泛应用于材料、化工、机械、微电子、环保、化妆品、食品及生物医学等诸多领域。给社会和生活带来的都是有益的一面。但近年来,大量的的研究表明,纳米材料可能会对生物体产生负面效应。据《Nature》杂志介绍,美国纽约罗切斯特大学研究人员在实验鼠身上完成的实验显示,直径为35 nm的碳纳米粒子被老鼠吸进身体后,能够迅速出现在大脑中处理嗅觉的区域内,并不断堆积起来。他们认为碳纳米粒子是同“捕捉”香味的大脑细胞一道进入大脑的。美国化学学会在一份研究报告中指出,碳60会对鱼的大脑产生大范围的破坏,这是研究人员首次找到纳米微粒可能给水生物种造成毒副作用的证据。这些都说明,纳米材料对人类健康和环境都存在危害。

        纳米材料可通过呼吸系统、皮肤接触进入人体;还可通过食用、医用注射等方式被人体吸收。纳米材料污染物通过上述途径进入人体,与体内细胞起反应,会引起氧化应激、发炎等生物效应;纳米材料污染物在人体组织内停留也可能引起病变,如停留在肺部的石棉纤维会导致肺部纤维化。

        纳米材料比其他外源性污染物对人体的影响更大。这是因为纳米材料体积非常小,同样质量下纳米颗粒将比微米颗粒的数量多得多,可以几乎不受阻碍地进入细胞,并能滞留在细胞器中,与细胞发生反应的机会更大,更易引起病变。目前,还不知道如何将纳米材料从人体中清除,因此,进入人体中的纳米材料如何降解,如何被清除正日益受到研究人员的关注。

        现在纳米材料的工业化生产,主要集中在纳米氧化物颗粒上,包括二氧化硅、二氧化钛、氧化锌、氧化铁之类,另外还有一些较老的工业产品,如碳黑、催化剂等。这些材料主要在如下产品中应用,首先是化妆品和防晒剂。防晒霜之类的产品一般含有二氧化钛或氧化锌的纳米颗粒;化妆品如口红中含有纳米氧化铁颗粒。化妆品中的纳米颗粒直接和人的皮肤接触,我们需要特别谨慎。现在欧洲和美国的卫生部门已经把二氧化钛当成无毒物质,允许其在防晒品中运用。同时,欧洲规定,口红产品中的氧化铁直径必须>100 nm。现在已经有报告声明,化妆品中的纳米材料对人体基本没有危害。其次是复合材料和涂层材料。比如汽车车胎加入了可被看作纳米材料的碳黑、用纳米材料表面处理过的防水抗污布料等。这些材料是否对人体有害,要看其中的纳米材料是否容易逃逸出来。如果纳米材料被固定得很好,还是比较安全的。重要的是,一种新的纳米材料在大规模生产之前,必须进行充分的毒性和环境方面的分析。

        目前研究表明,现有的纳米技术大多数是安全的,但是,也需要建立完善的安全监管体系以保证纳米技术能够健康安全地发展。纳米技术的生物安全性评估是一个全球性的问题。现在,各国已逐步重视纳米材料潜在危险的研究。纳米材料覆盖的范围如此之广,每一种材料是否有害都需要具体分析,这显然是一个漫长的探索过程。