碳纳米管生物毒理作用的研究进展

现象．该实验揭示了碳纳米管对激光能量具有强烈 生 吸 收 效 应 ． 这 个 发 现 有 望 为 治 疗 癌 症 、心 血 管 疾 病 物 等提供全新途径 ， 即 癌 细 胞 、血 栓 能 借“ 碳 纳 米 管 ” 学
本文试图 介 绍 碳 纳 米 管 的 背 景 知 识 ， 碳 纳 米 管 的 毒 爆破（ 来 自 慧 聪 网“ 透 析 上 海 光 机 所 碳 纳 米 管 激 光 研
粪 便 ， 测 其 放 射 性 计 数 ， 发 现 仍 有 大 约 ３０％的 羟 基 周 围 有 吞 噬 体 和 线 粒 体．而 暴 露 于 ５μｇ／ ｍＬ 单 壁 碳
（ ２．Ａｓｓｏｃｉａｔｅ ｐｒｏｆｅｓｓｏｒ， Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｌｉｆｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ， Ｃｅｎｔｒａｌ Ｃｈｉｎａ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，
Ｗｕｈａｎ， Ｈｕｂｅｉ ４３００７９）
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｅｘｔｅｎｓｉｖｅ ｕｓｅ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ ｉｎ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ， ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ａｎｄ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｍｅｄｉｃｉｎｅ， ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ ｈａｖｅ ｉｎｆｉｌｔｒａｔｅｄ ｉｎｔｏ ｏｕｒ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ａｎｄ ｏｕｒ ｂｏｄｙ ｉｎ ｖａｒｉｏｕｓ ｍｅａｎｓ； ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ， ｗｅ ｍｕｓｔ ｂｅ ｆｕｌｌｙ ａｗａｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｏｕｒ ｈｅａｌｔｈ ａｎｄ ｏｆ ｉｔｓ ｓａｆｅｔｙ ｔｈａｔ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ ｉｓ ｌｉｋｅｌｙ ｔｏ ｂｒｉｎｇ ｔｏ ｕｓ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｔｏ ｉｔｓ ｇｅｎｅｒａｌ ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ， ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｓ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｔｈｅ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｎｏｘｉｏｕｓ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ ｓｏ ａｓ ｔｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ｐｅｏｐｌｅ ｗｉｔｈ ｒｅｌｅｖａｎｔ ｅｖｉｄｅｎｃｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅｉｒ ｆｕｒｔｈｅｒ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ．
Ｃｏｎｓｕｌｔａｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｓｔｒａｔｅｇｙ ｆｏｒ 命． 科 学 家 们 还 预 测 碳 纳 米 管 将 成 为 ２１ 世 纪 最 有
Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， 把 研 究 纳 米 生 物 环 境 健 康 效 应 问 前途的纳米材料．
题的重要性， 列在欧洲纳米发展战略的第三位．同
理作用及其碳纳米管的染毒方法， 供读者参考．
治疗癌症技术”） ．
究
１ 碳纳米管的背景知识
１．１ 碳纳米管的概念 碳 纳 米 管 是“ 纳 米 世 界 ” 中 的 重 要 一 员 ， 是 “ 纳 米 技 术 ”中 的 重 要 材 料（ 物 质 ） 之 一．它 是 １９９１ 年 日 本 科 学 家 饭 岛 （Ｉｉｊｉｍａ）发 现 的 由 石 墨 碳 原 子 层 卷曲而成的碳管， 管直径一般为几个纳米到几十个 纳米， 管壁厚度仅为几个纳米， 像铁丝网卷成的一 个 空 心 圆 柱 状“ 笼 形 管 ”． 它 非 常 微 小 ， ５ 万 个 并 排 起来才有人的一根头发丝宽， 实际上是长度和直径 之比很高的纤维． 碳纳米管可依据石墨片层的多少 分 为 单 壁 碳 纳 米 管 （ ＳＷＣＮＴ ） 和 多 壁 碳 纳 米 管 （ ＭＷＣＮＴ ） 两 种 类 型 ， ＭＷＣＮＴ 比 ＳＷＣＮＴ 具 有 更大的表面积和更高的结晶度．碳纳米材料一直是 近年来国际科学的前沿领域之一． ２．１ 碳纳米管的应用前景 碳 纳 米 管 作 为 石 墨 、金 刚 石 等 碳 晶 体 家 族 的 新 成员， 其韧性很高， 导电性极强， 场发射性能优良， 兼 具 金 属 性 和 半 导 体 性 ， 强 度 比 钢 高 １００ 倍 ， 比 重
报 道．我 国 则 排 在 美 、日 之 后 居 世 界 前 列 ， ２００４ 年 建 （ Ｐｈ．Ｄ． ｏｆ ｔｈｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｆｌｏｒｉｄａ） 说 碳 纳 米 管 在
立 了“ 赵 宇 亮 实 验 室 ”， 即 由 赵 宇 亮 研 究 员 负 责 的 未 来 十 年 将 对 医 学 产 生 巨 大 的 影 响 ． 最 近 ， 纯 化 的
其次再从生物医学的角度上来看， 碳纳米管对
时 ， 欧 洲 宣 布 启 动“ Ｎａｎｏｓａｆｅｔｙ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｎｇ Ｐｒｏｊｅｃｔｓ” 疾病的 诊 断 和 治 疗 的 应 用 前 景 无 量 ： 一 些 科 学 家 已
计 划 ［１］． 相 继 有 不 少 关 于 碳 纳 米 管 毒 理 作 用 的 研 究 经 开 始 研 究 它 在 医 学 治 疗 方 面 的 作 用 ．Ｋｉｒｋ Ｚｉｅｇｌｅｒ
２ 碳纳米管的毒理作用
综合国内外对碳纳米管进行的多种体内和体 外毒理实验的研究报道发现， 碳纳米管材料和一般 的纳米 颗 粒 一 样 能 使 生 物 机 体 器 官 和 组 织 、细 胞 产 生损伤， 使生物体出现疾病， 甚至死亡等各种生物 毒理效应．
２．１ 碳纳米管的整体生物效应及其毒理学 科学家猜测纳米材料可能会比较容易地通过 血脑屏障，进而对中枢神经系统产生不良影响，也可 通过血睾屏障对精子生成过程和精子形态以及精 子活力产生不良影响，同样还可能通过胎盘屏障对 胚胎早期的组织分化和发育产生不良影响，导致胎 儿畸形．而这些屏障对于其它材料是难以穿过的． 对 碳 纳 米 管 导 致 动 物 毒 理 作 用 的 研 究 ， Ｗａｎｇ 等［７］对 如 何 检 测 在 动 物 体 内 的 碳 纳 米 这 个 难 题 采 用 了射线探测技术的高度灵敏度的优点进行了部分 解 决 ．Ｗａｎｇ 等 的 研 究 结 果 表 明 ： 水 溶 性（ 羟 基 化 ） 单 壁 碳 纳 米 管 主 要 分 布 在 胃 、肾 脏 和 骨 骼 中 ， 在 其
１１７ 玉 林 师 范 学 院 学 报
ＹＵ ＬＩＮ ＳＨＩ ＦＡＮ ＸＵＥ ＹＵＡＮ ＸＵＥ ＢＡＯ
２００６ 年
玉林师范学院学报
第５期
他 的 脏 器 中 也 有 分 布 ． 此 外 ， 在 １１ｄ 后 收 集 尿 液 和 起 细 胞 结 构 的 改 变．结 构 完 整 的 巨 噬 细 胞， 呈 圆 形，
物
Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ
学
研
ＧＡＮ Ｙａｏ－ ｋｕｎ１， ＬＩ－ Ｙａｎ２， ＹＡＮＧ－ Ｘｕ２
究
（ １．Ａｓｓｏｃｉａｔｅ ｐｒｏｆｅｓｓｏｒ， Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｂｉｏｌｏｇｙ， Ｙｕｌｉｎ Ｎｏｒｍａｌ
Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｇａｎｇｘｉ， Ｙｕｌｉｎ， Ｇｕａｎｇｘｉ ５３７０００）
第 ２７ 卷 第 ５ 期
玉林师范学院学报（ 自然科学）
Ｖｏｌ．２７ Ｎｏ．５
２００６ 年
百度文库
ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＹＵＬＩＮ ＴＥＡＣＨＥＲＳ ＣＯＬＬＥＧＥ （Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ）
碳纳米管生物毒理作用的研究进展
甘耀坤 １， 李 岩 ２， 杨 旭 ３
（ １．玉林师范学院 化学与生物系 副教授， 广西 玉林 ５３７０００） （ ２．华中师范大学 生命科学学院 研究生， 湖北 武汉 ４３００７９） （ ３．华中师范大学 生命科学学院 教授， 湖北 武汉 ４３００７９）
共 体 在 布 鲁 塞 尔 公 布 了 Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｓｔｒａｔｅｇｙ ｆｏｒ 能， 并 在 将 来 可 能 替 代 硅 芯 片 的 纳 米 芯 片 和 纳 米 电
Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ （《 欧 洲 纳 米 战 略 》） 和 Ｏｐｅｎ 子学中 扮 演 极 重 要 的 角 色 ， 从 而 引 发 计 算 机 行 业 革
【关键词】碳 纳 米 管 ； 毒 理 作 用 ； 研 究 进 展 【 中 图 分 类 号 】Ｑ１８９【 文 献 标 识 码 】Ａ【 文 章 编 号 】１００４－４６７１（ ２００６） ０５－０１１６－０６
生
Ｔｈｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｎｏｘｉｏｕｓ
处的环境和我们的身体， 因此对碳纳米管可能给人 开展了有关碳纳米管生物毒理作用的研究．国外如
们带来的 健 康 与 安 全 性 影 响 我 们 要 有 足 够 的 认 识 ， 美 国 、日 本 等 发 达 国 家 起 步 相 对 比 较 早 ， 而 且 进 展
１１６ 玉林师范学院学报 ＹＵ ＬＩＮ ＳＨＩ ＦＡＮ ＸＵＥ ＹＵＡＮ ＸＵＥ ＢＡＯ
性 毒 性 实 验 ．２００５ 年 成 立 了“ 贾 光 课 题 组 ”即 由 贾 ２００５ 年 １１ 月， 上海光 机 所 量 子 光 学 重 点 实 验 室 的
光 副 教 授 承 担“ 碳 纳 米 材 料 整 体 生 物 毒 性 及 体 外 科 学 家 们 在 观 察 一 条 梨 形 四 膜 虫 吞 下 了 由 碳 纳 米
生 物 学 效 应 研 究 ”项 目 的 研 究 ［３］， 目 前 已 进 行 了 具 管 携 带 的 药 物 时 ， 看 到 了 四 膜 虫 瞬 间 被 炸 得 粉 碎 的
有一定开创性的研究工作； 另外还有一些科研单位 如 哈 尔 滨 医 科 大 学 公 共 卫 生 学 院 卫 生 毒 理 教 研 室［４］ 也报道了单壁碳纳米管引起大鼠肺脏毒理的研究．
【摘 要】随 着 碳 纳 米 管 在 工 业 制 造 、纳 米 技 术 和 生 物 医 学 等 各 个 领 域 的 广 泛 应 用 ， 碳 纳 米 管 已
经以各种不同的方式进入我们的环境和身体， 因此我们对碳纳米管可能给人们带来的健康与安全性 能必需要有足够的认识． 本文就碳纳米管的背景知识及近年来国内外对碳纳米管的毒理作用和染毒 方法的研究进行综述， 为人们进一步认识和更好地应用碳纳米管提供相关依据．
中 国 科 学 高 能 物 理 研 究 所 纳 米 生 物 效 应 实 验 室 ［２］， 碳 纳 米 管 由 于 其 特 性 已 被 作 为 探 针 并 作 用 与 生 物
该 实 验 室 已 经 对 国 内 生 产 的 １６ 种 纳 米 粉 体 做 了 急 系 统 ， 从 而 进 行 体 外 实 验 ， 起 到 临 床 治 疗 的 目 的 ． ［５．６］
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ； ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｎｏｘｉｏｕｓ ｅｆｆｅｃｔ； ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ
随
着 碳 纳 米 管 在 工 业 制 造 ,、 纳 米 技 术 和 生 而在三 年 之 前 ， 人 们 对 碳 纳 米 管 引 起 的 生 物 毒 理 作 物 医 学 等 各 个 领 域 的 广 泛 应 用 "， 碳 纳 米 用 还 知 之 甚 少． 自 ２００３ 年 以 来 ， 由 于 国 家 政 府 机 构 管已经以各种不同的方式进入我们和所 （ 特别是一些发达国家） 的高度重视， 迅速组织和
宇航局太 空 中 心 的 研 究 小 组 、杜 邦 公 司 研 究 小 组 和
首先从商业方面的应用价值上来说： 碳纳米管
纽 约 罗 切 斯 特 大 学 的 研 究 者 等 三 个 研 究 小 组 发 表 可制成 极 好 的 微 细 探 针 和 导 线 、性 能 颇 佳 的 加 强 材
了 纳 米 材 料 具 有 特 殊 毒 性 的 报 告．２００４ 年 １２ 月 ， 欧 料 、理 想 的 储 氢 材 料 ． 它 使 壁 挂 电 视 进 一 步 成 为 可
甘耀坤， 李 岩， 杨 旭
碳纳米管生物毒理作用的研究进展
很 快 ． 不 到 两 年 时 间 ， 国 际 上 已 形 成 了 一 个 新 的 前 只 有 钢 的 １／ ６．由 于 其 性 能 奇 特 ， 被 科 学 家 称 为 未 来
沿 领 域．在 ２００３ 年 美 国 化 学 学 会 年 会 上 ， 就 有 美 国 的“ 超级纤维”．因此， 碳纳米管潜在用途十分诱人．