纳米材料的环境应用与毒性效应
作者：郭良宏 江桂斌
纳米材料的尺寸接近单个原子或分子的大小，因而具有许多常规材料所不具备的物理化学特性，如极高的化学反应活性、优良的导电性能、独特的光学性质、极强的机械韧度等，在材料、生命、信息、环境、能源和国家安全等方面均具有广阔的应用前景。
使用化妆品、体育用品：普通人群对纳米材料的暴露途径
纳米材料所具有的独特的物理化学性质，在产生优越的材料性能的同时，其潜在的负面效应也不容忽视。在考虑纳米材料的风险时，既要对它们的毒性有科学的判断，也需要对纳米材料的暴露途径有一个清晰的了解。这是因为，只有在毒性和暴露共存时，才会有风险发生。纳米材料首先在原材料生产场地被制备生产。在这里，从事生产的工人长时间地暴露在高浓度的纳米材料氛围中，暴露的途径主要是呼吸和皮肤接触。而在生产过程中产生的废弃材料可能被排放进入环境。同样地，在对原材料进行加工从而生产工业品和生活用品的过程中，工人们也会通过呼吸和皮肤接触等方式暴露于较高浓度的纳米材料。生产过程也涉及废弃材料的排放。作为终端使用者，普通人群对于纳米材料的暴露途径，主要是通过使用化妆品和体育用品等皮肤暴露。这些日常生活用品，最终也成为废弃物而进入环境。
进入空气、土壤、水体：纳米材料可发生环境转化
纳米材料进入空气、土壤、水体等环境后，不可避免地会发生一些变化，这称为环境过程。由于纳米材料比常规大气颗粒物的体积小、质量轻，它们在大气中的沉降速度较慢，可在大气中悬浮几天至几个星期，因而扩散距离较远。基于同样的原因，纳米材料可以穿透土壤颗粒之间的间隙，因而比常规颗粒物具有更大的迁移范围。由于纳米材料具有极高的比表面积(单位重量的表面积)，它们显示出强烈的吸附能力。在扩散、迁移过程中，能吸附大气、土壤中存在的一些常见化学污染物，如多环芳烃、农药、重金属离子等。
另外，在光照或高温等条件下，纳米材料自身可能发生形貌、成分的变化，还可能在其界面催化化学反应，将表面吸附的化合物转化成其他物质。在土壤和水体中，都存在大量的植物、动物和微生物。纳米材料被这些生物体吸收后，有可能在体内富集浓缩，使体内的浓度远远高于环境暴露的浓度。纳米材料也可能经过生物体内代谢酶的催化，转变成一种新的物质。由此可见，经过一系列环境过程后，原始的纳米材料可能自身发生变化，也可能会导致与之接触的其他物质发生变化。这些变化都是风险评估中需要考虑的。
粒径越小越难清除：认清纳米材料的毒性
除了暴露途径和环境转化之外，还需要认清纳米材料的毒性。科研人员往往从职业病、动物模型、细胞试验和生物靶分子等层面研究纳米材料的毒性。职业暴露人群的流行病学研究表明，空气中的超细颗粒物(包括人工合成的和自然界存在的纳米颗粒物)与人体的呼吸系统疾病、心血管病和死亡率存在显著的相关性。
有研究直接证明，吸入的超细颗粒物比同一成分的微米级颗粒毒性更大。粒径在7—10纳米范围内的超细颗粒物在动物呼吸系统内有很高的沉积率，粒径越小越难以被清除。以富勒烯(纳米碳)为代表的一些纳米材料，吸入后会引起肺部的炎症反应，而且容易向肺组织以外的器官转移，甚至可以穿过血脑屏障进入大脑。在毒性机制研究中还发现，碳纳米材料具有一定的遗传毒性和免疫毒性。另外，在许多水生动物中，也观察到了富勒烯和纳米银的毒性效应，表明纳米材料对水生态系统有潜在的风险。
总的来说，有关纳米材料的生态环境效应研究及其风险评估，在国内外都刚刚开始，是一个新诞生的交叉学科领域。纳米材料的安全性评估涉及它们的环境过程、暴露途径、体内分布、毒性机制、剂量关系等因素，许多问题都还没有明确的答案，有待进一步研究。
(出处：中国社会科学报 作者：郭良宏 江桂斌)
No comments:
Post a Comment