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納米技術的潛在風險,你知道多少? |
來源:中國粉體技術網 更新時間:2014-07-28 11:15:17 瀏覽次數: |
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研究人員已經花費了大量時間和金錢用于研究納米技術新的應用上,但是關于納米顆粒對人類的健康和環境影響的研究卻相對要少一些。化學元素在極小的尺寸的形態下會有特殊的性質,因而它們可能會以意想不到的方式影響環境。納米顆粒也許能夠以之前不能的方式入侵身體,影響大腦或其他組織器官。日常生活中一般形態下的化學元素不能打破血管、腦屏障,也沒有人真正知道當它們以納米顆粒等形式進入人體后會有什么影響。納米顆粒的形態可能完全不同于常見的元素形態,這可能導致生命系統完全不知道如何應對它們,甚至直接對它們產生不良反應。
什么是納米技術
納米技術是研究和操作的顆粒尺寸在1~100納米的范圍內的科學及工程領域。1納米相當于十億分之一米,大約是頭發絲的粗細的五萬分之一。在這個尺寸范圍的顆粒通常有不尋常的性能,所以人們期望這些性能可以在科學、工程、醫學和計算機等領域帶來巨大效益。
納米顆粒的特性
據專家介紹,在納米尺寸下的元素與通常被發現的較大尺寸的元素表現迥異。例如,石墨的性質是眾所周知的,即在任何正常情況下石墨是不會被認為是危險的或活性的材料,它在毒理學指標中具有特殊的地位。Rice大學的諾貝爾獲獎物理學家Richard Smalley發現的碳納米管和富勒烯(碳的納米顆粒),由于其碳原子的排列方式被歸類為石墨的一種形式。然而,這些顆粒表現得很不同于石墨,它們可能對生命體產生危害,既具有毒性。
科學家們知道物質會隨著它們的顆粒減小而變得更活潑,這是因為其表面積與體積比變得更大,即給定量物質的化學反應發生提供了一個更大的表面。一個很簡單的例子是鐵元素——鐵釘當然不會燃燒,但等量的鐵元素在極細的粉末形式下一旦暴露在空氣即可自燃。同樣,那些通常來說相當惰性的物質,當以納米顆粒形式在人體內或在環境中可能發生意外的化學反應。
碳納米管的毒性:無碳納米管(上)和有碳納米管(下)情況下的大腸桿菌對比照片
納米粒子是如何影響生命系統的
對納米技術危險性的任何評估都是十分復雜的,因為納米粒子的大小和形狀可能會影響其生物活性和毒性。相比于傳統形式,納米顆粒狀態的物質與生命體的聯系能力增強,因為它們往往可以穿透皮膚,通過肺進入血液,并穿過血管、腦屏障。一旦進入機體,可能發生進一步的生化反應,例如生成自由基損害細胞和DNA。另一個問題是,雖然生命體已有了對自然顆粒的防御(例如人體中抗體等),但納米技術使得物質“面目全非”,生命體恐怕完全無法識別或對付它們了。
有時,相對于化學性質,光是顆粒的物理性質就可以以意想不到的方式造成危害。石棉就是一個例子。因為它在化學上是相當惰性的,最初被認為是無害的并且被廣泛使用。但是,那時的人們萬萬沒想到,當石棉被切斷或破碎時產生微小的、漂浮在在空氣中可以被吸入的纖維會堆積在肺部,由于其尺寸和形狀及它們與肺細胞之間相互機械作用方式,最終導致癌癥。
一個科學研究發現,一些種類的碳納米管和石棉在維度上和形狀上十分相似,且在動物身上的實驗顯示,動物暴露在含納米管顆粒的環境中,身上會發炎和發生組織損傷。即使導致癌癥的現象并沒有被發現,但以石棉纖維導致癌癥為例,這種關系可能需要幾十年以后才會顯現出來。在今天,每年有三千人死于由于長期處于含石棉纖維的環境中而導致的癌癥??茖W家現在提出這些有關于納米技術的潛在危險的擔憂就是希望能夠避免未來發生相類似或者更加糟糕的境況。特別是考慮到現在市場對納米顆粒的需求越來越大,比如說汽車的噴漆,網球拍,化妝品中都會有需要納米顆粒作為原料。
對納米顆粒毒理的研究
2004年3月,德州南衛理公會大學的環境毒理學家Eva Oberdörster的一個實驗發現,暴露在百萬分之0.5這種中等劑量(相比于同樣環境中其他污染物的劑量)的富勒烯環境中48小時,魚類就會產生嚴重的腦部傷害。在這些魚類身上也發現了基因變異的跡象,這意味著魚類整個生理系統都被影響了。在一個最近的實驗中發現,富勒烯同樣也會殺害海洋食物鏈中重要的一環——水蚤。
Eva Oberdörste說我們并不能就此下結論說富勒烯也會對人類腦部造成傷害,這還需要進行深一步的實驗來證明。我們必須警惕環境中富勒烯的長期積累很可能成為一個潛在的危害,特別是如果進入了食物鏈的話。早些,在2002年的時候,由生物環境納米科技中心(CBEN)實施的一些實驗表明納米顆粒會積累在實驗動物的體內,還有一些其他的實驗發現富勒烯能夠穿透土壤被蚯蚓吸收,即有可能通過關系到人類的食物鏈到達并且積累在人類體中,對人類的身體健康產生危害。
此外,其他一些納米顆粒對生命體也顯示出負面影響。在2002年,加利福尼亞圣地亞哥分校的科學家研究發現叫做量子點的硒化鎘納米顆粒會造成人類的鎘中毒。鎘是以任何形式進入人體都會對人體造成重大傷害的金屬元素,這種小尺寸的顆粒大大增加了鎘金屬意外進入人體的幾率。2004年,英國科學家首次發現金納米顆??梢酝ㄟ^懷孕母親的胎盤進入胎兒體內。還有早在1997年科學家,牛津大學的科學家就發現防曬霜中的納米顆粒產生的自由基會損害DNA。
未來展望
毫無疑問納米顆粒具有非常有趣和有用的性質,能為我們帶來巨大的好處,但是對于它們可能帶來的危害的研究還在進行階段,而人類已經暴露于含有它們的環境里。制造含有納米顆粒的產品的工廠的工人首當其沖。美國職業安全與衛生研究所(NIOSH)報告說,多于兩百萬的美國人已經暴露于含高含量的納米顆粒的生產環境中。他們相信這個數字在不遠的將來會繼續攀升到四百萬。不少群體呼吁,在對納米顆粒的危害進行詳盡研究之前應該暫停生產含有納米顆粒的產品。許多人擔憂,巨大的經濟效益誘惑和經濟競爭壓力導致市場上企業不顧工人身體健康生產的行為已經先于有關納米顆粒對公眾潛在危害研究之前。的確,納米熱了這么多年,為了對公眾的健康負責、出于嚴謹的科學態度,我們是不是真的需要停下來先好好想一想?
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