必发888手机版本登录:纳米材料真的是危害健康的隐形杀手吗?

发布时间:2022-10-05 09:32:23 来源:必发88手机客户端 作者:必发88电脑客户端

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  大约七八年前,我听了一场有关纳米材料的讲座,演讲者是一位本领域极为知名的学者。在讲完最新的科研成果之后,这位学者分享了一个故事:他有一个研究碳纳米管的同事,不抽烟、爱运动,但莫名其妙得了肺癌,很快就去世了。

  当然,这其实是个地道的没头没尾的网络流言,不过如果我们再查查新闻,2019年11月14日,国际化学秘书处(ChemSec)更新了SIN(需要及时被替代的材料)清单,这份清单中出现了一个名字——碳纳米管(CNTs)。

  那么,纳米材料,这种应用前景潜力无穷的黑科技材料,究竟对人体有没有危害呢?

  碳纳米管(CNTs)是由碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。这是一种“明星”纳米材料,因为具有优异的力学、电学等性质,被广泛用在超强纤维、电子产品、电池等领域。

  SIN,是英文“Substitute It Now”的缩写,直译过来就是“赶紧换掉!”。顾名思义,这个清单列出了各种产品制造中会使用的危险化学品。ChemSec给出的建议是:凡是上了这个清单的,都是对人类和环境有害的,应尽量避免使用。

  2020年1月,国际化学品秘书处(ChemSec)毒理学专家安娜·林可斯特(Anna Lennquist)等人在国际知名期刊《自然-纳米技术》(Nature Nanotechnology)上发表了一篇文章,解释了将碳纳米管加入SIN的原因。

  在致癌性方面,早在2014年,国际癌症研究机构(IARC)就将一种名为“MWCNT-7”的碳纳米管判为“可能对人类致癌”。他们研究发现这种碳纳米管会持久地造成小鼠的肺部炎症,符合致癌标准。2019年,我国学者的研究也证明了碳纳米管在肺部积累会加速肿瘤的转移。

  碳纳米管也符合生殖毒性的条件。研究发现,通过静脉注射碳纳米管到孕期小鼠体内,会造成小鼠胚胎的致死和致畸。雌性小鼠如果暴露在碳纳米管环境中,早期流产和胎儿畸形的比例也较高。

  在持久性方面,碳纳米管在水中半衰期超过60天,在土壤中更是可以保持超过180天。

  三发全中,有了这些研究,ChemSec有足够的底气将CNTs打入SIN清单。按ChemSec该项目负责人的话说:“这些研究已经足够了,证明这些材料(CNTs)不能用。

  首先,瑞典卡罗林斯卡学院的Bengt Fadeel教授认为,不能一竿子打死一船碳纳米管。碳纳米管有很多种类。不同的长度、层数、直径以及表面的化学状态都会对它的生物性质产生影响。照他的话说:“碳纳米管生而不平等 (not all CNTs are created equal)。”

  在SIN给出的碳纳米管损伤肺部研究中,只涉及到了一种较长的碳纳米管。而有证据表明,短的碳纳米管毒性会低很多。所以,不加分别地把所有碳纳米管作为一种材料加入到SIN,是一种不合理(unjustified)的做法。

  这篇发表在《自然-纳米技术》上的反对ChemSec文章,有着罕见的超长作者列表

  紧接着,39名学者联名发表了一篇评论文章,旗帜鲜明地反对将碳纳米管加入SIN。

  这篇有着长长作者列表的文章,进一步论证了ChemSec此举的不合理之处。他们指出,大量研究都显示“CNTs的致癌性证据不足或影响有限”。

  更重要的是,他们指出碳纳米管进SIN这事会严重阻碍技术创新(damaging to innovation)。人身和环境安全确实是重中之重,但是,新技术需要不断探索才能完善,“只有我们对一种材料进行足够深入的了解,才更有可能找到其安全使用的方法”。现如今,碳纳米管同样广泛用在医疗领域,比如用于增强细胞分化,精确传递药物或者进行分子成像等,将所有碳纳米管无差别判入SIN清单,这些领域的研究势必会受到冲击。

  碳纳米管应用前景十分丰富,包括电池,集成电路,新型涂层与粘合剂,制药等等

  碳纳米管只是“纳米材料毒性之战”的第一枪,之后会有一个又一个纳米材料进入到讨论范围。石墨烯、量子点、纳米金、纳米银、硅纳米线,这个名单还可以列得很长。对于这些材料的安全评估一直在做,但目前很多数据还并不充分。可想而知,有关纳米材料与SIN清单的争议还会持续下去。

  纳米材料,泛指三维尺度至少有一维处于纳米量级(1~100纳米)的材料。一根头发的直径大约是6~8万纳米。尺度上的极致减小,赋予了纳米材料很多奇异的性质。因此,很多人认为这些新材料会带来下一轮技术革命。

  随着技术的发展,越来越多的纳米材料进入人类社会。根据2015年的报道,商业化的纳米材料已超过1800种,现如今,这个数字肯定增长了很多。2019年,全球纳米材料市场价值85亿美元,相关机构分析,这一数值在2027年将增加到220亿美元。

  从手机到化妆品、从家具到染料,这些产品中的纳米成分随时可能脱落,进入大气、河流和土壤。此外,人类的生产生活中,制造出很多污染物也是纳米级别的。在评价空气污染的指标中,有一项叫做PM0.1,指的就是环境空气中粒径小于100纳米的颗粒。

  直径在5~10微米的颗粒物可以进入鼻腔和咽喉,对于这些颗粒,人是可以咳出来。但颗粒更小时,比如PM2.5颗粒(粒径小于2.5微米),它们会进入气管、支气管,直接损害到肺泡,对人体健康影响更大。而尺寸更小的纳米颗粒,其危害性可能更大,因为它们小到足以穿透人体内的“生理屏障”。

  所谓的“生理屏障”有很多种,比如血脑屏障、血胎屏障、血睾屏障等等。它们如同一层保护膜,将人体中的重要器官和血液隔开,可以让营养物质通过,将有害物质隔离在器官之外。但是,有研究证明,纳米银能穿透大鼠的血脑屏障,而纳米金颗粒可以通过母鼠的胎盘屏障,进入胎儿体内。

  我们可以捡起塑料瓶、回收废电池,让工厂不排污水、净化废气。这些我们都看得见,摸得着,管理起来也更容易。但到了纳米尺度,很多对于传统污染物的检测和防控手段就不起作用了 。

  2015年,研究者在巴黎地区几十名哮喘病儿童的肺部中检测到了碳纳米管。在这项研究的论文中,实验人员明确地说,他们借助了透射电子显微镜才定位了碳纳米管,而用普通的光学显微镜则无法分辨。因此,他们强烈建议“对此前的相关研究进行重新评估。

  一种用于观察纳米颗粒的典型设备——透射电子显微镜, 价格在几十万到几百万美元不等

  入侵人体能力更强,体积微小防不胜防,这就是纳米材料和纳米级污染物的隐患。

  我们能看到一篇又一篇证明某种纳米材料有毒的报道,但这里面要指出的是,研究者或者媒体天生存在一个倾向,就是缺乏毒性的数据通常不会发布,或者不会大肆宣传。因为“这东西没毒”,这个结果似乎并没那么“引人注目”。所以,呈现在我们面前的往往是“最震撼”的消息。

  虽然应用领域很多,但普通人能接触到的纳米材料种类还是十分有限的,而且所能接触的量也极其微小。有些纳米材料毒性研究,都是把大剂量样品直接注射到动物体内。幸运的是,我们不是小白鼠,不会遇到这种极端危险。

  我们人类身体其实也有很多方法来对付纳米颗粒。比如,吞噬细胞可以把纳米颗粒吞掉并降解;很多纳米材料也可以经消化道或者肾脏代谢,被排泄出体外。

  毕竟纳米材料是新兴技术,对纳米材料的毒理研究肯定也是刚起步没多久,目前所得到的数据大多还是片面的,甚至很多研究报道是相互矛盾的。

  碳纳米管诞生了30年,算是“老一辈”纳米材料了,而且使用范围很广,对于它的研究尚且存在如此大的争议。值得一提的是,我国学者对碳纳米管生物毒性的研究做出过很大贡献。国家纳米中心的陈春英等人曾系统地研究过碳纳米管的形状、结构、长度等特征对它生物性质的影响,并率先建立了一套碳纳米管生物毒性的评价标准。

  当然,一篇讲毒性的科普文,读者最想看到的,无疑是那种确凿的论断:“这个有毒,咱们离远点”或者“那个没毒,可以放心用”。但对于纳米材料的毒性,我们还站在浓浓迷雾之中,远没到斩钉截铁的时候。

  [10] 金属纳米材料的遗传毒性及遗传毒理机制,沈丽萍 王治东 周平坤,中华预防医学杂志 2015, 49, 9, 831-834.

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