納米材料生物安全性研究

石堅(jiān)(河北省唐山市第一中學(xué)， 河北 唐山 063000)

納米材料生物安全性研究

石堅(jiān)(河北省唐山市第一中學(xué)， 河北 唐山 063000)

納米材料作為一種新型材料，目前已經(jīng)應(yīng)用到多個(gè)領(lǐng)域，與人們的生產(chǎn)、生活息息相關(guān)，納米科學(xué)與信息技術(shù)、生命科學(xué)一同被認(rèn)為是二十一世紀(jì)科學(xué)領(lǐng)域的支柱型科技。然而由于納米材料的特殊尺寸和結(jié)構(gòu)，對于生命體以及環(huán)境的影響也將成為人們研究和關(guān)注的重點(diǎn)。本文將針對納米材料生物安全性展開研究。

納米材料；安全性；作用機(jī)理

目前，納米技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到很多領(lǐng)域，成為了全球關(guān)注的前沿科技。納米技術(shù)將人們的制造材料上升到了原子、分子水平上。隨著科技的發(fā)展，納米技術(shù)通過與能源、信息、生物、空間領(lǐng)域科技相結(jié)合，形成了新的產(chǎn)業(yè)鏈，并引領(lǐng)21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展再上新臺階。納米技術(shù)擁有其特有的理化性質(zhì)，同時(shí)不能通過傳統(tǒng)的檢測方法進(jìn)行檢測，也可能會對人類健康或者生存環(huán)境構(gòu)成威脅，關(guān)于納米材料的安全性研究關(guān)系到我們賴以生存的自然環(huán)境及社會穩(wěn)定，所以在近年來，人們越發(fā)重視。本文將針對納米材料生物安全性展開研究。

1 什么是納米材料

納米材料指的是材料或顆粒尺寸符合納米材料尺寸范圍，或者其構(gòu)成單元顆粒的尺寸范圍在納米尺度范圍內(nèi)所有的超精細(xì)顆粒類材料。我們從物理形態(tài)角度將納米材料可分為以下五類：納米粉末助米顆穆、納米膜、納米塊體、納米纖維、和納米相分離液體。符合納米尺寸的顆粒材料其有著不同于宏觀物質(zhì)的特有表面效應(yīng)、納米尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)以及量子限域效應(yīng)等,所以納米材料的很多性能都不同于一般的材料，表現(xiàn)在光、熱、電、磁、力學(xué)、機(jī)械等多方面。1984年,Gleiter(德國)、Siegel(美國)都公布實(shí)驗(yàn)室成功的研制出來純物質(zhì)的納米細(xì)粉，掀開了納米材料研發(fā)的新篇章。在1990年7月美國組織開展了一次國際性的納米科學(xué)學(xué)術(shù)會議，此次會議的召開將納米材料正式命名為科學(xué)領(lǐng)域的又一分支，從而全球科學(xué)家將針對納米技術(shù)開始了革命性研究與開發(fā)。

2 納米材料生物安全性問題的提出

21世紀(jì)隨著納米技術(shù)的發(fā)展，納米材料廣泛應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)以及人們的日常生活消費(fèi)品中，據(jù)相關(guān)部門統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，納米材料的品種已經(jīng)高達(dá)千余種，而且納米材料越發(fā)嶄新，功能越發(fā)強(qiáng)大。納米材料已經(jīng)應(yīng)用到包括服裝、護(hù)膚品、食品、藥品、生活用品等多個(gè)領(lǐng)域。隨著納米材料應(yīng)用范圍的推廣，人們對納米材料的安全性也越來越關(guān)注。經(jīng)研究，因?yàn)榧{米尺寸小，材料本身的量子效應(yīng)、小尺寸效應(yīng) 以及巨大比表面積效應(yīng)使得納米材料本身具有非常明顯的“雙刃劍”，安全風(fēng)險(xiǎn)與特效功能同時(shí)存在。美國科學(xué)家曾經(jīng)利用小白鼠做過以下實(shí)驗(yàn)：將小白鼠放于20納米特氟隆顆粒的空氣中，歷時(shí)45小時(shí)，小白鼠都不幸死掉。另對照組小白鼠則放于含120納米特氟隆顆粒的空氣中，沒有任何反應(yīng)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)說明，材料尺寸發(fā)生變化，對于生物的生存環(huán)境也會造成嚴(yán)重影響，甚至危及生物的生命。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，美國科學(xué)家還得出以下結(jié)論：納米顆粒能夠透過胎盤由母體影響到胎兒；而碳納米顆粒也可以通過動物的嗅覺神經(jīng)影響到其大腦組織。有的人工納米顆粒自身具有極強(qiáng)的組裝能力，能夠在不同生命體的微環(huán)境中成長為特殊結(jié)構(gòu)，這些特殊的結(jié)構(gòu)究竟會對生命體造成什么樣的影響？是否危及生命本身？將成為人們研究的重點(diǎn)。

3 納米材料生物安全性研究

(1)納米材料在環(huán)境中的傳播 無論是什么材料想要對生物體造成危害，必須有一必要前提，那就是可以通過某種載體或某一途徑與生物發(fā)生直接或間接接觸。所以我們研究納米材料對生物體的危害，首先要研究其與生物體接觸的途徑。途徑不同，納米材料作用的生物體組織也將不同。與納米材料接觸最早的要數(shù)生產(chǎn)和加工這些材料的工作人員，生產(chǎn)、加工過程中工人的皮膚最有可能會接觸到納米材料。此外，如果納米材料的存在形式為固體或氣溶膠，那么則會因材料本身重量小而漂浮于空氣中，進(jìn)而會通過呼吸道進(jìn)入人的體內(nèi)。比如，煤礦工人、硅酸鹽工人的工作環(huán)境中就有很多石英顆粒、灰塵顆粒和石棉纖維，工人如果防塵設(shè)備配備不好，就很有可能會吸入這些有害物質(zhì)，從而影響到呼吸器官。此外，納米材料還有可能通過其他間接方式危害生物體。例如通過滲透到空氣、地下水、土壤等環(huán)境中。現(xiàn)在人們發(fā)現(xiàn)，通過對水中納米材料的遷移研究，可以很好的考察納米材料對人類生存環(huán)境的影響。雖然有的納米材料會在融入水中后得到稀釋降解，但也有絕大部分納米材料是不溶于水的，可以通過流動的水傳播，一旦有毒納米材料透過地表滲入地下水中，那么治理工作將會更加困難。飲水安全是人們最基礎(chǔ)的安全保障，只有開發(fā)更為精細(xì)的過濾設(shè)備才能提高水質(zhì)的安全，而這成本也勢必大大提高。此外納米材料應(yīng)用于醫(yī)藥行業(yè)，通過靜脈注射等也是納米材料危害人體的一種途徑。

(2)納米材料與生物體相互作用機(jī)理研究 現(xiàn)階段研究納米材料影響生物體的作用機(jī)理一般是通過分子層次研究來完成的。該原理是由Nel等科學(xué)家提出的，指出納米材料可通過與生物組織作用，之所以能夠相互作用是與納米材料的電子結(jié)構(gòu)、表面鍵合物質(zhì)、表面覆蓋(活性或惰性)和溶解性等性質(zhì)有關(guān)，此外還與U V 活化等其他環(huán)境有一定關(guān)系。具體舉例如下：如果納米材料尺寸減小則會出現(xiàn)不連續(xù)的表面，從結(jié)構(gòu)層面上產(chǎn)生缺陷，進(jìn)而出現(xiàn)嶄新的生物作用點(diǎn)。而大部分納米材料產(chǎn)生毒性都是因材料的電子活性點(diǎn)與氧分子間相互作用而產(chǎn)生超氧陰離子(O2-)，并通過進(jìn)一步的歧化反應(yīng)生成ROS，從而誘發(fā)細(xì)胞氧化受損。此外，納米材料的毒性也會造成生物體出現(xiàn)蛋白質(zhì)變性、細(xì)胞膜破壞 、D N A 損傷、免疫下降和異物肉芽瘤等危害。

[1]楊敏,馬永全,于新.納米技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用與研究進(jìn)展[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010,(04).

[2]陳海群,汪冰,王凱全.納米材料對生物體的毒性研究[J].中國安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2010,(01).

[3]王江偉,江軍,萬娟,楊旭.碳納米管對機(jī)體氧化損傷作用的研究進(jìn)展[J].高等函授學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2008,(03).