纳米技术发展与安全性研究面临的挑战

www.c-mrs.org.cn　2006-11-27　中国材料研究学会

纳米技术发展与安全性研究面临的挑战 来源：科技日报 作者：王俊鸣     从“纳米牙膏”到“纳米护肤霜”，全球目前已有300多种号称使用纳米技术的产品上市了。纳米技术开始走进人们的生活圈。但与此同时，人们对纳米材料可能的、潜在的安全性问题却一直心有余悸。     早在3年前，就有几份报告让人对“纳米”这个极具发展前景的新兴技术感到迷惑。在2003年美国化学学会年会上，有3个研究小组发表了纳米材料具有特殊毒性的报告。美国宇航局的研究小组发现碳纳米管会进入小鼠肺泡，形成肉芽瘤，这是肺结核病的典型特征。杜邦公司的一个研究小组也发现了类似的结果。纽约罗切斯特大学的研究者让老鼠在含有直径为20纳米聚四氟乙烯颗粒的空气中待15分钟，大多数实验鼠在随后4小时内死亡，而另一组大鼠暴露在含直径为120纳米颗粒的空气中，则安然无恙。该研究小组在另一项实验中还发现纳米颗粒能够进入大鼠的嗅球，并迁移到大脑。     不过最新科学研究认为，对一些纳米技术的危害可能过于担心了。当然，有关的负面影响也并不是完全没有根据。有关细胞体内和动物身上的纳米材料毒性研究表明，纳米颗粒大小、比表面积、可溶性和表面化学性能等因素，均可能决定纳米材料是否有潜在危害。这种情形就像人吸入灰尘可能患病那样，纳米材料的潜在毒性还在于其组分及物理特性的影响。     目前，人们关注的纳米技术安全性问题主要集中在：纳米微粒对人类健康的潜在风险和对环境的负面影响。尽管纳米材料毒理的问题现在还说不清楚，但专家都同意需要对纳米科技的潜在风险及其负面影响进行专门研究。    为了全面、系统地搞清楚纳米材料对人类健康和环境的影响，美国伍德·威尔逊国际研究中心组织的专家组日前在《自然》杂志上发表文章呼吁，尽快深入研究纳米技术潜在的健康与环境危害。这14位纳米界专家组成的小组同时表示，对纳米技术的担忧已经严重影响了纳米产业的发展。不彻底研究纳米技术的安全性，不搞清楚纳米负面影响在何种条件下有何种危害等问题，将难以让公众和投资者信服，难以让纳米技术“大展宏图”，难以保证在降低纳米技术风险的同时，让人类真正、充分地享受纳米技术带来的好处。     14位纳米专家认为，科学界需要全面的、有针对性的研究，以使纳米技术风险最小化，技术收益最大化。目前，有关纳米技术安全性的研究没有受到足够重视，而且经费也不足。为了促进相关的研究，需要解决5大方面的挑战性问题，这也许需要15年的时间，其中关键的是要形成有关纳米科技跨学科的、资源共享的、协调与合作的全球机制。     挑战之一：未来3—10年内开发出评估纳米材料暴露在水与空气中的影响的仪器。     由于纳米技术及其材料的多样性，评估其对健康与环境的影响，需要采用能适应不同条件的多种传感器，包括分别或同时监测纳米材料暴露在空气和水中的情况及其可能造成的危害的仪器。 首先，目前整日与纳米材料打交道的人迫切需要廉价的、便携的、可广泛使用的空中样本收集器，以测量工作环境中的纳米材料暴露情况，包括其数量、比表面积和聚集等数据。这样的仪器需要在未来3年内商业化。     第二，纳米产品制造过程中排出的废物，如防晒油等液体消费品中的纳米颗粒，不可避免地会在水中堆积。不追踪这些废物，就不能确定纳米颗粒存在是好事还是坏事。因此，需要在未来5年开发追踪纳米颗粒在水中散落、聚集和转化情况的仪器。     第三，需要在未来10年内开发相关智能传感器，以直接探测和显示出纳米颗粒对人体健康与环境的危害情况。     挑战之二：在未来5—15年内开发出能有效评估纳米材料毒性的方法。     纳米材料的毒性需要从很多方面进行评估，特别是外观检测、动物活体试验以及纤维状纳米材料的毒性分析，更值得认真研究，这样才能保证研究的质量，阻止有毒纳米颗粒的应用。     纳米材料因尺寸、形状、组分和涂层的不同，多样性明显超过常规化学品。又鉴于其产量高、急需筛选出潜在危害物的考虑，科学界首先面临的挑战是在今后2年内，就纳米技术对人体及环境的影响达成国际公约，并使有关测试方法在5年内生效。最主要的问题在于：使用全球统一标准的纳米颗粒测试样品，让政府、企业和科学界进行比较和研究。     动物试验能持续提供有关纳米毒性的最新信息，但也有一定的局限性，还存在经济与伦理方面的问题。目前，已有技术手段用于模拟与预测纳米颗粒在活体内的表现。未来15年需要开发能替代活体试验的测试方法。     纤维状的纳米材料可能存在独特的吸入性危害问题，它们对肺部影响应该受到评估。吸入大量的石棉纤维会导致恶性的肉芽瘤病，这主要与纤维的长度、宽度和化学特性及其在肺部存在状态有关。尽管目前尚不清楚碳和其他纳米纤维会不会像石棉纤维那样，但这方面的担心急需关注。 应该说，如果不能尽早地解决纳米材料是否有类似石棉纤维的问题，将会“纵容”纳米材料对人类健康的危害，会对纳米工业发展产生极大的负面影响。因此，未来5年需要研究纳米管、纳米电线和纳米纤维等材料可能对人体健康的潜在影响。     挑战之三：未来10年内开发出预测纳米材料，特别是新纳米材料对人类健康和环境影响的模型。     为了评估多组分和多功能纳米材料，科学界需要具有预测新纳米材料和产品潜在影响的能力。首先，开发有效预测纳米材料在环境中传播、运输、转化和累积的模型，同时保证该模型具有监测纳米材料在人体内有关剂量、活动、累积、转化等情况，便于预测纳米材料的理化特性，以及易感人群的情况。第二，运用纳米材料预测模型进行安全的设计，包括在制造纳米材料时，强化需要的特性，同时遏制其毒性。     挑战之四：未来15年内开发评估纳米材料终生对人类健康和环境影响的监测系统。 鉴于长久监控纳米材料的风险的考虑，需要开发评估纳米材料从最初制造、使用到最终处理整个环节的影响系统，为科研提供决策参考，以促进纳米工业的良性发展。     挑战之五：在未来1年内建立注重纳米材料安全风险研究的机制。 有关纳米材料安全性的系统研究将为纳米工业界、消费者和政策决策者提供很好的决策意见。对于纳米技术发展，科研结论在做什么以及如何做等方面有最终“发言权”。政府部门需要在此基础上系统研究降低纳米材料风险的发展战略，营造支持纳米技术安全开发的监察环境，并与工业界进行协调。     首先，建立跨部门、跨学科的纳米安全性研究合作机制。在政府与工业界之间，合理利用现有资源，保证跨学科的研究中心和纳米研发网络能增强合作。鼓励政府与企业结成伙伴，在透明和可信的原则下，形成良性的监督关系。     第二，协调科技界外的有关纳米技术好处与风险的协调研究。科技界需要对最新科研信息进行归纳、评估，并最终与决策者及消费者达成共识。     第三，形成有关纳米技术安全信息分享与协调的国际网络。全球对纳米技术风险研究的理解和支持，对希望开发纳米技术的中小企业非常重要。只有信息共享，他们才能对发展纳米经济充满信心。     对于这些挑战性问题，伍德·威尔逊国际研究中心纳米安全性研究专家组的科学顾问安德生·曼雷德日前接受《自然》杂志主编采访时表示，纳米技术充满了原始创新的机遇，许多国家已把它作为前瞻性、战略性的新兴科技来发展，但它也是一把“双刃剑”。不了解才会恐惧，随着人类认识的增加，纳米科学会是一个更加安全的技术。只有全球纳米科研力量积极应对这些挑战，立即行动，安全的纳米技术大发展的时代才会尽早到来。