纳米材料毒理效应研究进展
摘要:纳米科学与信息科学和生命科学并列, 已经成为21 世纪的三大支柱科学领域。
随着纳米技术的迅速发展,人们对纳米材料安全性及其生物效应信息的需求不断增加。
纳米毒理学,作为一门“关于纳米设备和纳米结构的相关生物效应及其问题的科学”已逐渐引起了人们的关注。
纳米微粒的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应使其与宏观材料相比具有特殊的理化性质、生物活性和生物动力学过程,从而对人体产生各种潜在危害，同时对环境、动植物存在危害。
本文就目前纳米毒理的研究进展作以下综述。
关键词: 纳米颗粒纳米毒理安全性
纳米技术是通过操纵原子、分子、原子团或分子团使其重新排列组合成新物质的技术，其研究范围在1～100 nm之间的物质组成。
应用纳米技术研制出来的物质称纳米材料。
直径小于100 nm的颗粒物质称为纳米颗粒。
人类的发展过程始终暴露于空气中的纳米颗粒之中。
现代的手机涂层中有纳米颗粒，防晒霜中有纳米二氧化钛颗粒，口红中有氧化铁纳米颗粒；纳米材料也广泛应用于工业催化、工程材料、生物和医学等方面。
但就在科学家肯定纳米材料对社会做出贡献的同时，这些新型的、高科技的纳米产品对我们的生存环境、人体健康会带来负面影响。
2003年在美国召开的第25届全美化学年会上，科学家们就提出了金属、陶瓷和有机纳米薄片很可能具有毒性。
纳米毒理学,作为一门“关于纳米设备和纳米结构相关生物效应及其问题的科学”已逐渐引起了人们的关注。
它的发展不仅为纳米材料和设备的安全性评价提供了理论依据,还将通过对其毒副作用的研究提供相应的预防措施,进一步扩展纳米技术的应用领域。
近年来，许多国家都对纳米材料的毒理效应进行了研究，研究范围主要集中在纳米二氧化钛、二氧化硅、碳纳米管、富勒烯和纳米铁粉等少数几种物质对人体、动物、植物、微生物的的影响，并取得了一些初步成果，某些负面影响已被证实。
纳米材料具有改变生命机体内分子性质的能力,在一定条件下纳米颗粒可以穿透皮肤、血液或脑的屏障,对皮肤、呼吸系统、循环系统以及脑等产生负面作用并在这些部位聚集积累。
纳米材料具有对生物和环境安全的危害。
从毒理学角度讲，纳米材料的生物安全性与其粒径有关，当粒径减小到一定程度原本无毒或毒性较小的材料也显示出毒性或者毒性增强。
同时发现其毒性与剂量的大小也有重要联系，剂量较大时会显示出较大的毒性。
纳米材料可以穿越血脑屏障，血睾屏障，胎盘屏障等其他材料难以穿越的屏障，并可以与特定的器官产生特殊的毒性。
虽然可能由此引起对中枢神经系统，精子形成，及胎儿早期发育等造成不良影响，但是正因为纳米材料的穿透性，可以作为药物载体，为药物的靶向治疗提供了一个思路。
虽然有事实证明纳米材料存在对人体的隐患，但是更多的试验显示纳米材料是低毒性或无毒，甚至其优异性能带来的特殊效应使得纳米材料应用前景非常广泛。
研究表明纳米TiO2 等纳米颗粒的浓度和大小对生物的死亡有很大的影响。
将水蚤暴露于四氢吠喃过滤和超声两种方法制备的各浓度纳米材料水溶液中,结果发现经四氢吠喃过滤处理的TiO2 导致大型蚤死亡,并呈剂量反应关系。
经过四氢吠喃处理的比水搅拌处理的纳米C60毒性更大。
尽管细胞启动自我保护机制诱导了抗氧化酶的生成,却未能消除TiO2 纳米颗粒产生的毒副作用。
进一步的研究观察到了纳米TiO2 颗粒引起的一系列生物效应。
Rahman等在比较了20 nm的超细TiO2颗粒和200 nm的TiO2 颗粒对大鼠胚胎成纤维细胞的影响时发现,经20 nm的
超细颗粒处理后的细胞,其微核数目显著升高,并引起了细胞凋亡; 而200nm的细颗粒却没有引起细胞内微核数目的变化。
聚四氟乙烯和固体脂质纳米颗粒与聚醋纳米颗粒的毒理性研究也分别表明纳米材料的毒性与颗粒大小和浓度有关。
Yang等研究铝纳米颗粒的植物毒性时，发现未包被的铝纳米颗粒可以抑制玉米,黄瓜、甘蓝等植物根的延长,而包被有菲的铝纳米颗粒可以显著减小这种抑制,原因是菲的包被破坏了纳米颗粒表面本身具有的羟自由基,从而改变了纳米表面特性。
研究结果表明表面特性对于颗粒毒性的大小非常重要。
铁在环境中广泛存在,并且是大气颗粒物中主要成分,对健康的损伤也是不可忽视的。
它会沉积在肺部,并且沉积在肺部末端的纳米铁粉颗粒很容易迁移到细胞表面,从而通过细胞膜被细胞吸收成为生物活性的铁,造成伤害。
美国加州大学San Diego分校的Austin M Der2fus等发现,硒化镐纳米颗粒(CdSe)为核心的半导体在某些情况下有很强毒性,当合成半导体量子点的时候改变参数,暴露在紫外线下和表面修饰后,量子点的细胞毒性会有所变化。
研究揭示硒化锅纳米颗粒(量子点)可在人体中分解,细胞毒性与自由Cd2 +释放有关当经过适当修饰以CdSe为核心的半导体可变得无毒。
研究还表明多种纳米材料具有抗菌作用,纳米材料的这种特性已经得到广泛应用, 如磁性纳米颗粒己经被用于水体除菌。
研究证明纳米颗粒可以聚集在大肠杆菌的膜上使细胞壁凹陷,从而导致细胞膜渗透性改变,最终导致大肠杆菌死亡。
笔者认为纳米材料导致的安全性问题皆因其特殊效应而起，其超微性，表面能的提高和隧道效应使其穿越宏观物质所不能的屏障，对人体产生影响。
因此纳米材料对人体的危害不容忽视，以保障人们，特别是科研工作者的健康。
通过以上的研究结果表明，纳米材料的毒理性的作用与其大小、浓度、表面特性、存在环境等有很大关系。
因此，只要不要越过它的毒性范围，就不会对人类及其他生物产生很大影响。
但它对人体、对环境等所产生的影响现在也还处于一个争议的阶段，更谈不上定量评估。
甚至于现在还存在一种思维，认为“只要和纳米有关的，都是好的”。
因此，开发新的分析技术，专门针对纳米材料的毒性分析来辨明这种新材料在应用方面的一些潜在的危害，对其正确使用和推广是一项首先要完成的任务。
为此各国对纳米材料安全性问题的研究相继展开。
近来美国国立科学基金会和美国环保局共同主办的一个研讨会上对于纳米材料安全性评价提出了建议：①对纳米材料的暴露评价。
②人造纳米颗粒的毒理学。
③利用己知的颗粒物和纤维的毒理学数据外推纳米材料的毒性。
④人造纳米颗粒或纳米材料的环境和生物学传送、持续和转化。
⑤纳米材料的回收再利用。
同时，积极探索合理的纳米材料评价方法就显得更为重要。
虽然，纳米材料的毒理性确实存在且对人类及其他生物的影响很大，但我相信只要我们合理利用，寻找更加合理的利用方法，纳米材料的毒理性不再成为它为人类服务的绊脚石，它终将为人类带来前所未有的发展。
附加图片：
单壁碳纳米管和二氧化硅对巨噬细胞毒性的比较
不同的暴露途径对羟基化单壁碳纳米管在小鼠体内分布的影响
暴露于不同剂量单壁碳纳米管和多壁碳纳米管下, 巨噬细胞结构的变化(a)对照组；(b) 对照组; (c) 5 μg/mL 的单壁碳纳米管组；(d) 20 μg/mL 的单壁碳
纳米管组；(e) 5 μg/mL 的多壁碳纳米管组；(f) 20 μg/mL 的单壁碳纳米管组
灌注0.5 mg 的小鼠, 7 d 后肺部组织病理切片
(a) 血清对照组; (b) 碳黑组; (c) 石英组; (d) 碳纳米管(含镍)组; (e) 未经纯化的碳纳米管(含铁)组; (f) 纯化的碳纳米管组
灌注0.5 mg 单壁碳纳米管颗粒的小鼠, 90 d 后肺部组织病理学观察结果(a) 血清对照组; (b) 碳黑; (c) 碳纳米管(含镍)组; (d) 纯化的碳纳米管组;
(e) 未经纯化的碳纳米管(含铁)组; (f) 未经纯化的碳纳米管(含铁)组的背面图
参考文献：
1 /view/1215657.htm
2 《纳米材料生物效应及其独立研究进展》，作者：汪冰、丰伟锐、赵宇亮、邢更妹、柴之芳、王海芳、贾光，中国科学 B 辑化学 2005
3 《纳米材料有毒吗》，作者：王琳薛卫东廖义中等，2007年第1O期化学教育
4 《纳米材料的环境毒理学研究进展》，作者：何涛，环境科学与管理第34卷第11期 2009年11月
5 《纳米毒理研究进展》，作者：王莉娟,丁文军，中国药理学与毒理学杂志 2007年2月。