石堅(河北省唐山市第一中學， 河北 唐山 063000)

納米材料生物安全性研究

石堅(河北省唐山市第一中學， 河北 唐山 063000)

納米材料作為一種新型材料，目前已經(jīng)應用到多個領域，與人們的生產(chǎn)、生活息息相關，納米科學與信息技術、生命科學一同被認為是二十一世紀科學領域的支柱型科技。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注的重點。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；作用機理

目前，納米技術已經(jīng)應用到很多領域，成為了全球關注的前沿科技。納米技術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，納米技術通過與能源、信息、生物、空間領域科技相結(jié)合，形成了新的產(chǎn)業(yè)鏈，并引領21世紀經(jīng)濟發(fā)展再上新臺階。納米技術擁有其特有的理化性質(zhì)，同時不能通過傳統(tǒng)的檢測方法進行檢測，也可能會對人類健康或者生存環(huán)境構(gòu)成威脅，關于納米材料的安全性研究關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、納米尺寸效應、宏觀量子隧道效應以及量子限域效應等,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、機械等多方面。1984年,Gleiter(德國)、Siegel(美國)都公布實驗室成功的研制出來純物質(zhì)的納米細粉，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學術會議，此次會議的召開將納米材料正式命名為科學領域的又一分支，從而全球科學家將針對納米技術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世紀隨著納米技術的發(fā)展，納米材料廣泛應用到工業(yè)生產(chǎn)以及人們的日常生活消費品中，據(jù)相關部門統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，納米材料的品種已經(jīng)高達千余種，而且納米材料越發(fā)嶄新，功能越發(fā)強大。納米材料已經(jīng)應用到包括服裝、護膚品、食品、藥品、生活用品等多個領域。隨著納米材料應用范圍的推廣，人們對納米材料的安全性也越來越關注。經(jīng)研究，因為納米尺寸小，材料本身的量子效應、小尺寸效應 以及巨大比表面積效應使得納米材料本身具有非常明顯的“雙刃劍”，安全風險與特效功能同時存在。美國科學家曾經(jīng)利用小白鼠做過以下實驗：將小白鼠放于20納米特氟隆顆粒的空氣中，歷時45小時，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。這個實驗說明，材料尺寸發(fā)生變化，對于生物的生存環(huán)境也會造成嚴重影響，甚至危及生物的生命。經(jīng)過實驗，美國科學家還得出以下結(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。

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，進而會通過呼吸道進入人的體內(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的安全保障，只有開發(fā)更為精細的過濾設備才能提高水質(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理研究 現(xiàn)階段研究納米材料影響生物體的作用機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，此外還與U V 活化等其他環(huán)境有一定關系。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，進而出現(xiàn)嶄新的生物作用點。而大部分納米材料產(chǎn)生毒性都是因材料的電子活性點與氧分子間相互作用而產(chǎn)生超氧陰離子(O2-)，并通過進一步的歧化反應生成ROS，從而誘發(fā)細胞氧化受損。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、細胞膜破壞 、D N A 損傷、免疫下降和異物肉芽瘤等危害。

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