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納米材料的潛在風(fēng)險(xiǎn)

盡管目前已有多種納米材料被證明是有毒的，但具體的毒理學(xué)機(jī)制尚不明確（見圖3）。有文獻(xiàn)指出納米顆粒能夠被真核細(xì)胞和原核細(xì)胞吸收并在細(xì)胞內(nèi)積累。另有研究指出納米顆粒可以進(jìn)入植物細(xì)胞，而此前也有研究認(rèn)為植物細(xì)胞壁可以阻擋納米顆粒的侵入。Lin等［16，17］的研究顯示，含有鋅和鋁的外源性納米顆粒會(huì)影響農(nóng)作物的發(fā)芽以及幼苗根部的發(fā)育，吸附于根表面的ZnO能夠進(jìn)入根部細(xì)胞的質(zhì)外體和原生質(zhì)體，使幼苗的生物質(zhì)明顯減少，根尖萎縮，根部細(xì)胞高度空泡或瓦解。Warheit等［18］研究了單壁碳納米管（Single－wallcarbonnanotubes，SWCNT）的肺部毒性。實(shí)驗(yàn)通過向大鼠氣管內(nèi)按1mg／kg和5mg／kg分別灌輸單壁碳納米管、石英顆粒、羥基鐵顆粒，并以灌輸磷酸鹽緩沖溶液和土溫80（乳化劑）的大鼠作為對(duì)照進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。結(jié)果顯示，暴露于高濃度SWC－NT下的大鼠24h后的死亡率約為15％，源于肺部支氣管的機(jī)械性堵塞；同時(shí)，SWCNT和石英顆粒一樣會(huì)引起肺部炎癥和細(xì)胞損傷。而且SWCNT還會(huì)引發(fā)特殊的多灶性單核肉芽腫，它以SWCNT顆粒為核心，外側(cè)包裹巨噬細(xì)胞樣大型細(xì)胞。這種病變無法用傳統(tǒng)的支氣管肺泡灌洗和細(xì)胞培養(yǎng)法診斷。李俊剛等［19］研究了納米TiO2對(duì)小鼠腦部的毒性，方法與D．B．Warheit等的類似，通過向小鼠氣管按0．4mg／kg、4．0mg／kg、40．0mg／kg3種劑量灌輸納米TiO2，3d后用電感耦合等離子質(zhì)譜儀（ICP－MS）測定每組小鼠大腦和血漿中的TiO2濃度。結(jié)果顯示，隨劑量的增加，大腦和血液中TiO2的濃度增加，腦漿中H2O2的濃度也增加，同時(shí)對(duì)大腦產(chǎn)生濃度依賴性損傷，表現(xiàn)為血腦屏障破壞、組織內(nèi)溢血、組織壞死。IngridBeck－Speier等在《自由基生物學(xué)和醫(yī)學(xué)》上指出，納米碳顆粒的尺寸下降到5～10nm時(shí)，會(huì)刺激人體免疫系統(tǒng)中巨噬細(xì)胞的磷酰化酶，導(dǎo)致前列腺素等合成量增加，引發(fā)炎癥和免疫系統(tǒng)紊亂。D．M．Brown等研究了納米氧化鈦、納米聚苯乙烯和碳納米管的負(fù)面效應(yīng)，結(jié)果顯示尺寸在幾到幾十納米區(qū)間內(nèi)的顆粒對(duì)人體甲硫氨酸中的硫鍵有極強(qiáng)的氧化性，氧化生成亞砜，同樣對(duì)半胱氨酸也有類似的破壞作用［5］。Zhu等［20］比較了微米級(jí)TiO2和納米TiO2對(duì)胃液中胃蛋白酶結(jié)合能力和酶活性的抑制作用，發(fā)現(xiàn)微米級(jí)TiO2僅與胃蛋白酶發(fā)生物理吸附，對(duì)蛋白質(zhì)一級(jí)和二級(jí)結(jié)構(gòu)均無影響；而納米TiO2除存在物理吸附外，還與之發(fā)生協(xié)同作用，使蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)展開，從而破壞酶的保護(hù)機(jī)制，顯著降低酶活性。另外，納米材料也存在傳統(tǒng)意義上的毒性。某些納米材料中包含了金屬元素，與金屬鹽不同，這些金屬元素通常是非離子態(tài)的，包括零價(jià)的重金屬，而另一些納米材料表面則連接有一些可能脫落的基團(tuán)［21］，若重金屬粒子和有毒的不穩(wěn)定基團(tuán)從納米材料表面脫離或從內(nèi)部游離出來，則會(huì)具有相應(yīng)有毒物質(zhì)在傳統(tǒng)形態(tài)下的毒性。

存在的問題和思考

納米材料的性質(zhì)及生物活性是由包括其化學(xué)成分在內(nèi)的顆粒尺寸、形狀、聚集態(tài)等多方面特征共同決定的。這使納米材料在生物體這一復(fù)雜體系中的行為更加撲朔迷離，如果沒有對(duì)上述復(fù)雜性狀進(jìn)行準(zhǔn)確的描述和限定，就沒有辦法準(zhǔn)確地標(biāo)定劑量。我國亟待從可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的基點(diǎn)出發(fā)，制定出一套切實(shí)可行且符合我國納米產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀的納米材料安全性規(guī)劃。在處理納米廢棄物時(shí)，亦應(yīng)遵循固體廢棄物管理的3R原則———減量、回用、循環(huán)（Reduce，Reuse，Recycle），盡可能減少向環(huán)境的排放，在納米材料的環(huán)境影響明確之前，最大限度地降低潛在風(fēng)險(xiǎn)。

本文作者：沈哲代朝猛張亞雷作者單位：同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院