纳米材料的生物安全性

纳米材料的生物安全性

随着纳米技术的飞速发展，各种纳米材料大量涌现，其优良特性及新奇功能使其具有广泛的应用前景，人们接触纳米材料的机会也随之迅速增多。然而，现有的环境与职业卫生接触标准及安全性评价标准及方法能否直接适用于纳米材料还未能确定，纳米材料生物安全性评价体系的建立还处在探索阶段。

由于纳米材料种类繁多，理化性质各不相同，即使同一种纳米材料不同粒径也会出现不同的生物效应。因此，对每年不断涌现的新型纳米材料进行生物安全性评价就显得尤为紧迫和必要，对合适的研究模型和高通量筛选的方法以及系统的人群流行病学调查将成为纳米材料生物安全性评价体系建立的下一步研究重点。

纳米技术已迅速成为全世界关注的热点前沿科技领域,它能使人们能够在原子、分子水平上制造材料和器件。纳米技术与信息、环境、能源、生物、空间等高新技术相结合将形成以纳米技术为主旋律的纳米产业及产业链,成为21世纪新的经济增长点。但由于其独特的理化性质,且不能用常规的方法和手段进行检测,可能会对人体及生态环境造成污染,从而危及人类健康。同时,纳米材料的生物安全性研究还牵涉到环境保护、社会安全、伦理道德等许多方面。因此,科学家们逐渐认识和重视纳米材料可能带来的生物安全性方面的影响以及相关研究。纳米材料生物安全性研究产生背景纳米级颗粒本身和由它构成的纳米固体主要具有4个方面的效应,即小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应,当人们将物体细分成超微颗粒( 纳米级) 后, 它将显示出许多奇异的特性，即它的光学、热学、磁学、力学以及化学方面的性质与大块固体时相比将会有显著的不同。

一、纳米材料的应用现状

1.在工业生产方面的应用

纳米材料的应用在工业生产中显示了独特的魅力。一些纳米材料如纳米二氧化硅用作橡胶、塑料、有机玻璃等材料的填充剂，可以改善材料的强度、韧性等

许多性质。在电子计算机和电子工业方面!存储容量为目前芯片上千倍的纳米材料存储器芯片已投入生产。在机械工业，采用纳米材料技术对机械关键零部件进行金属表面纳米粉涂层处理!可以提高机械设备的耐磨性、硬度和寿命。在润滑油中添加纳米材料制成性能优异的润滑剂。

2.在医药方面的应用

利用纳米科技可制得纳米药物，作为靶向药物制剂，直接导入病体部位的器官组织甚至细胞，达到提高药物疗效、降低毒性的作用，或者将纳米材料作为药物载体，提高治疗效率。另外，纳米材料在疾病的诊断和监测上也有广泛的用途。如纳米珍珠粉

3.在生活中的应用

将天然花粉超细粉碎后，营养物质得以释放，作为添加剂可以制成高价值保健品，在防晒护肤品中添加纳米级氧化锌，二氧化钛有很好的护肤美容作用，其防紫外线效果优于有机防晒剂。目前日本已开发出了化妆品用紫外线屏蔽剂，用Ag等纳米粒子制成的抗菌、除臭复合剂粉，具有光谱杀菌、除臭功能!并可长时间使用。

4、在电子信息方面的应用

纳米技术应用广乏。可从硬盘上读取信息的纳米级磁读卡机以及存储容量为目前芯片上千倍的纳米级存储器都已投入生产。纳米电子学使量子元件代替微电子器件，“深蓝”、“银河”等巨型计算机就能装入口袋。在商品包装方面，科技人员把我国原材料比较丰富的陶土制成纳米尺度添加到聚合物中，制成了神奇的纳米塑料，这种塑料耐高温、耐磨，像金属、塑料、陶瓷共同的优点，用它制成的啤酒瓶烤不坏，摔不碎而且比玻璃瓶轻一半以上，可以预见，未来以纳米技术为核心的计算机处理信息的速度将更快，效率更高。用纳米材料做商品的包装已成为现实。

纳米材料作为新一代半导体材料，能提高传感器的灵敏度，改善音像质量。纳米粉质材料可以取代溴化银，实现无银照相，不仅能降低成本，而且还大大提高成像成质量。

5、在环境保护方面的应用

近年来! 很多稀土钙钛矿型复合氧化物已经投放市场应用于汽车尾气的治理! 纳米二氧化钛不但具有纳米材料的特性，还具有优良的光催化性能，可以分解有机废水中的污染物质。在紫外光的照射下，纳米氧化锌具有催化剂和光催化剂的作用，能分解有机物质，可以制成抗菌、除臭和消毒产品，保护和净化环境。

6、在交通方面的应用

纳米材料可以提高和改进交通工具的性能指标。纳米陶瓷有望成为汽车、轮船、飞机发动机部件的理想材料，大大提高发动机效率、工作寿命和可靠性。纳米卫星可以随时间向驾驶员提供交通信息，帮助其安全驾驶。而且，由于纳米技术将使现代人不可想象的星际旅行变为现实。

二、纳米材料的难回收

1.纳米材料的尺度小造成其难回收性

纳米颗粒广泛用于材料生产中的填充剂,纳米颗粒在所填充的材料中往往分布均匀且分散度较高,因此不仅纳米颗粒难以回收,而且影响了所填充材料的回收,纳米材料尺度小其用量往往也小,许多人会因其材料用量小回收的成本高,认为不具备回收价值。

2.纳米材料容易流失到环境中

许多纳米材料可能在完全丧失其功能前就已经流失到环境中,如用作材料表面涂层的纳米颗粒在长期的外界作用下往往易于脱落,在材料废弃之前涂层中纳米颗粒可能已经大部分流失到环境中,纳米颗粒重量极小,不仅容易漂浮于空气中成为粉尘,而且容易分散到水等许多溶剂中。

3.纳米器件难以回收

目前已实现将多种纳米材料和其他非纳米材料组装成具有特定功能的纳米器件,由于纳米电子器件体积极小,单位体积内材料种类多,材料尺寸小和材料用量小，造成了纳米电子器件难以回收利用，如同覆水难收。如纳米材料存储器芯片一旦废弃后其回收将是个难题，在纳电子电路和系统的设计中，注意到各类纳电子器

件的优缺点既有可能使用单一类型的纳电路，更有可能构成各自发挥优势的混合纳电路。

三、纳米材料对环境的影响

1.对地球环境造成严重

污染纳米材料的生命周期包括生产阶段、使用阶段和废弃阶段，然而，仅仅重视纳米材料使用阶段的生物安全性还是不够的纳米材料的难回收性也是值得重视的，因为在废弃阶段，纳米材料不仅将威胁人类健康，而且将破坏整个地球环境。但是当某一种纳米材料得到广泛应用后，材料用量将不容忽视，纳米材料的废弃将造成环境污染。[1]例如化学工业中广泛使用的负载型贵金属纳米颗粒催化剂，虽然贵金属具有高分散度，单位质量载体的负载量已较小，但是贵金属催化剂在化工行业中用量极大，该类催化剂生产所需的原料消耗量极大，且其废弃将造成严重的重金属污染，包含纳米材料的废弃物未经处理或经一定处理后排入环境，由于纳米材料难以回收，在一定条件下，纳米材料会发生物理的、化学的、生物的转化，将对环境和人类健康构成严重的威胁。纳米材料难回收造成的负面影响，不仅仅指纳米材料本身，同时包括纳米材料的聚集体等。根据纳米材料的尺度，表面化学性质或其它特定的作用，纳米材料所产生的负面影响也不尽相同[1]。若包括废弃的纳米材料在内的固体废弃物侵占了大量的土地，固体废弃物排放量越大，其堆放量和占用的土地面积也越大。废弃的纳米材料尺度小，容易分散到水中，通常长期露天堆放，经过雨水和地表径流的侵蚀，将渗入并污染了土壤。废弃的纳米材料对水资源也会产生污染，废弃的纳米材料随降水和地表径流流入河流、湖泊和大海中。废弃纳米材料的细小碎片随风飘入水体中。废弃纳米材料随渗沥水浸出，并渗入土壤污染地下水。另外，空气极易携带纳米颗粒，使之成为空气中的粉尘。

四、问题与展望

任何事物都具有两面性，纳米技术也不例外。纳米技术将给人类带来许多过去难以实现的高端技术，但是由于纳米材料本身的特性，纳米材料不仅存在着不同程度的生物效应，而且存在着循环利用难的问题。废弃后的纳米材料将污染环境威胁人类健康，若不考虑纳米材料的回收与循环利用，也势必违背现代循环经