纳米材料生物安全性研究

石坚(河北省唐山市第一中学， 河北 唐山 063000)

纳米材料生物安全性研究

石坚(河北省唐山市第一中学， 河北 唐山 063000)

纳米材料作为一种新型材料，目前已经应用到多个领域，与人们的生产、生活息息相关，纳米科学与信息技术、生命科学一同被认为是二十一世纪科学领域的支柱型科技。然而由于纳米材料的特殊尺寸和结构，对于生命体以及环境的影响也将成为人们研究和关注的重点。本文将针对纳米材料生物安全性展开研究。

纳米材料；安全性；作用机理

目前，纳米技术已经应用到很多领域，成为了全球关注的前沿科技。纳米技术将人们的制造材料上升到了原子、分子水平上。随着科技的发展，纳米技术通过与能源、信息、生物、空间领域科技相结合，形成了新的产业链，并引领21世纪经济发展再上新台阶。纳米技术拥有其特有的理化性质，同时不能通过传统的检测方法进行检测，也可能会对人类健康或者生存环境构成威胁，关于纳米材料的安全性研究关系到我们赖以生存的自然环境及社会稳定，所以在近年来，人们越发重视。本文将针对纳米材料生物安全性展开研究。

1 什么是纳米材料

纳米材料指的是材料或颗粒尺寸符合纳米材料尺寸范围，或者其构成单元颗粒的尺寸范围在纳米尺度范围内所有的超精细颗粒类材料。我们从物理形态角度将纳米材料可分为以下五类：纳米粉末助米颗穆、纳米膜、纳米块体、纳米纤维、和纳米相分离液体。符合纳米尺寸的颗粒材料其有着不同于宏观物质的特有表面效应、纳米尺寸效应、宏观量子隧道效应以及量子限域效应等,所以纳米材料的很多性能都不同于一般的材料，表现在光、热、电、磁、力学、机械等多方面。1984年,Gleiter(德国)、Siegel(美国)都公布实验室成功的研制出来纯物质的纳米细粉，掀开了纳米材料研发的新篇章。在1990年7月美国组织开展了一次国际性的纳米科学学术会议，此次会议的召开将纳米材料正式命名为科学领域的又一分支，从而全球科学家将针对纳米技术开始了革命性研究与开发。

2 纳米材料生物安全性问题的提出

21世纪随着纳米技术的发展，纳米材料广泛应用到工业生产以及人们的日常生活消费品中，据相关部门统计数据显示，纳米材料的品种已经高达千余种，而且纳米材料越发崭新，功能越发强大。纳米材料已经应用到包括服装、护肤品、食品、药品、生活用品等多个领域。随着纳米材料应用范围的推广，人们对纳米材料的安全性也越来越关注。经研究，因为纳米尺寸小，材料本身的量子效应、小尺寸效应 以及巨大比表面积效应使得纳米材料本身具有非常明显的“双刃剑”，安全风险与特效功能同时存在。美国科学家曾经利用小白鼠做过以下实验：将小白鼠放于20纳米特氟隆颗粒的空气中，历时45小时，小白鼠都不幸死掉。另对照组小白鼠则放于含120纳米特氟隆颗粒的空气中，没有任何反应。这个实验说明，材料尺寸发生变化，对于生物的生存环境也会造成严重影响，甚至危及生物的生命。经过实验，美国科学家还得出以下结论：纳米颗粒能够透过胎盘由母体影响到胎儿；而碳纳米颗粒也可以通过动物的嗅觉神经影响到其大脑组织。有的人工纳米颗粒自身具有极强的组装能力，能够在不同生命体的微环境中成长为特殊结构，这些特殊的结构究竟会对生命体造成什么样的影响？是否危及生命本身？将成为人们研究的重点。

3 纳米材料生物安全性研究

(1)纳米材料在环境中的传播 无论是什么材料想要对生物体造成危害，必须有一必要前提，那就是可以通过某种载体或某一途径与生物发生直接或间接接触。所以我们研究纳米材料对生物体的危害，首先要研究其与生物体接触的途径。途径不同，纳米材料作用的生物体组织也将不同。与纳米材料接触最早的要数生产和加工这些材料的工作人员，生产、加工过程中工人的皮肤最有可能会接触到纳米材料。此外，如果纳米材料的存在形式为固体或气溶胶，那么则会因材料本身重量小而漂浮于空气中，进而会通过呼吸道进入人的体内。比如，煤矿工人、硅酸盐工人的工作环境中就有很多石英颗粒、灰尘颗粒和石棉纤维，工人如果防尘设备配备不好，就很有可能会吸入这些有害物质，从而影响到呼吸器官。此外，纳米材料还有可能通过其他间接方式危害生物体。例如通过渗透到空气、地下水、土壤等环境中。现在人们发现，通过对水中纳米材料的迁移研究，可以很好的考察纳米材料对人类生存环境的影响。虽然有的纳米材料会在融入水中后得到稀释降解，但也有绝大部分纳米材料是不溶于水的，可以通过流动的水传播，一旦有毒纳米材料透过地表渗入地下水中，那么治理工作将会更加困难。饮水安全是人们最基础的安全保障，只有开发更为精细的过滤设备才能提高水质的安全，而这成本也势必大大提高。此外纳米材料应用于医药行业，通过静脉注射等也是纳米材料危害人体的一种途径。

(2)纳米材料与生物体相互作用机理研究 现阶段研究纳米材料影响生物体的作用机理一般是通过分子层次研究来完成的。该原理是由Nel等科学家提出的，指出纳米材料可通过与生物组织作用，之所以能够相互作用是与纳米材料的电子结构、表面键合物质、表面覆盖(活性或惰性)和溶解性等性质有关，此外还与U V 活化等其他环境有一定关系。具体举例如下：如果纳米材料尺寸减小则会出现不连续的表面，从结构层面上产生缺陷，进而出现崭新的生物作用点。而大部分纳米材料产生毒性都是因材料的电子活性点与氧分子间相互作用而产生超氧阴离子(O2-)，并通过进一步的歧化反应生成ROS，从而诱发细胞氧化受损。此外，纳米材料的毒性也会造成生物体出现蛋白质变性、细胞膜破坏 、D N A 损伤、免疫下降和异物肉芽瘤等危害。

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