生物纳米技术论文(2)
生物纳米技术论文篇二
纳米材料的生物安全性
摘要：随着纳米科技的迅猛发展，纳米材料得到广泛应用。本文通过对其生物安全性问题的提出及现今我国面临的问题的分析，希望纳米科技可以得到更好的发展以及纳米材料能更好地应用于生活的各个领域。
关键词：纳米材料;生物安全;应用
中图分类号：G301 文献标志码：A 文章编号：1674-9324(2012)09-0082-02
一、什么是纳米材料
纳米材料是处于纳米尺度范围或者由该尺度范围的物质为基本结构单元所构成的超精细颗粒材料的总称，根据物理形态划分，纳米材料大致可分为纳米粉末(纳米颗粒)、纳米纤维、纳米膜、纳米块体和纳米相分离液体等五类。由于纳米尺寸的物质具有与宏观物质所迥异的表面效应、小尺寸效应、宏观量子隧道效应和量子限域效应等，因而纳米材料具有异于普通材料的光、电、磁、热、力学、机械等性能。1984年，德国萨尔兰大学的Gleiter以及美国阿贡试验室的Siegel相继成功地制得了纯物质的纳米细粉。1990年7月在美国召开的第一届国际纳米科学技术会议上，正式宣布纳米材料科学为材料科学的一个新分支。
二、纳米材料生物安全性问题的提出
进入21世纪以来，纳米科技发展迅猛，大规模生产的各种人造纳米材料已经在生活消费品和工业产品中广泛使用。据统计，纳米材料已经应用在近千种消费类产品中，来提高原有的功能或获得崭新的新功能，包括化妆品、食品、服装、生活日用品、医药产品等领域。然而，近年来的研究发现，由于小尺寸效应、量子效应和巨大比表面积等，纳米材料具有很强的“双刃剑”特性，即在提高原有材料功能同时也存在巨大的安全风险。例如，美国科学家让一组小鼠生活在含20纳米特氟隆颗粒的空气里，结果小鼠在4小时内全部死亡;而另一组生活在含120纳米特氟隆颗粒的空气里的小鼠，却安然无恙。仅仅尺寸改变，竟导致如此巨大的生物毒性变化。美国科学家还发现纳米颗粒可通过胎盘屏障由母体进入到胎儿体;碳纳米颗粒可经嗅觉神经直接进入动物脑部;一些人造纳米颗粒在很小剂量下也容易引起器官炎症，或导致大脑损伤，使机体产生氧化应急，随纳米尺寸减小生物毒性有增大的趋势。研究还发现，纳米颗粒非常容易进入细胞，它们对细胞的结构和功能产生什么影响?一些人工纳米结构具有自组装能力，它们在生物体内的不同微环境里，会自组装成不同的可蔓延生长的特殊结构，这些结构对生物大分子的结构和功能将产生什么影响?它们是否会干扰生命过程的正常进行?
三、纳米材料的生物安全性成为科学前沿问题
2005年12月，美国政府以世界“经济合作发展组织(OECD)”的名义，召集世界各国政府，在美国首都华盛顿召开了“人造纳米材料的安全性问题”圆桌会议，讨论如何采取措施，保障“人造纳米材料的安全性问题”。纳米安全性问题之所以引起各国政府和科学界的如此重视，是因为纳米材料的应用事关人体健康和安全，而“健康和安全”永远是国家的重大需求。纳米科技事关国家前沿科技的发展，美国国务院代表在华盛顿的“纳米安全会议”上说“保障纳米科技的健康可持续发展，是保持我们科技领先地位的国家战略”。纳米科技居于21世纪公认的前沿科技之首。因此，为纳米科技保驾护航，是国家层面的重要战略目标之一。同时，率先开展纳米材料的生物安全性研究，就有可能抢占先机，抓住在科学上取得重大突破的机遇：人造纳米结构或纳米颗粒与生命体相互作用过程是一个未知领域，存在许多新现象、新问题、新规律，无论对纳米科技的发展或者对理解生命过程本身都孕育着新的挑战和机遇。抢占先机，就意味着拥有取得重大突破的机会。
四、目前急需解决的难题
近年来，欧洲等地不断出现反对纳米技术和纳米材料应用的大规模游行，其实是因为人们不清楚纳米材料毒理学效应和纳米材料的安全性所导致的误解。因此，建立科学客观评价纳米材料生物安全性的方法，是扭转目前一提到纳米材料就认为不安全的误区的唯一办法。目前，国际学术界、政府和企业界已经达成共识：当务之急要研究人造纳米材料的生物安全性问题，从结构明确、成分明确、剂量明确的人造纳米颗粒入手，在此基础上建立各种模型，分析预测纳米颗粒在生物体内的行为以及它们的协同效应对生命过程所产生的影响。但是，目前国内外还没有建立出合适的纳米材料生物效应的评价方法，这也是目前发展纳米技术的最大瓶颈之一。尤其是生物微环境中纳米颗粒的检测方法，细胞环境中纳米颗粒的检测方法，体内纳米颗粒的检测方法等。已有的纳米毒理学研究结果存在三个突出的问题，发现了一系列复杂的毒理学现象，但是机制不清;研究在大剂量，急性暴露下引起的毒性反应，虽然可用于“突发事故”的安全性评估，但对纳米材料含量低的纳米产品并不适用;缺乏实际工作现场的研究，导致无法对生产场所的安全评价做出正确的结论。综合考虑目前国内外纳米材料的生产和应用中出现的生物安全性问题，我们首先要开展的工作是围绕与工作场所和纳米产品相关，已经规模化生产或使用的重要纳米材料的生物效应与安全性展开研究，在科学上重点揭示生产场所纳米颗粒的释放与团聚行为;揭示在食品中大量应用的纳米颗粒进入胃肠道后的行为和命运;在细胞、分子水平上研究这些纳米材料与呼吸系统、心血管系统、胃肠道以及皮肤相互作用机理;力争阐明影响工作场所和消费品中纳米颗粒生物安全性的关键因素和共性规律，以及纳米颗粒与产品添加剂的复合——协同效应关系。同时，在应用上，筛选出能够用于评价纳米材料安全性的生物学或毒理学的指标，提出我国自主知识产权的与工作场所和消费产品相关的纳米材料生物安全性评价方法和评估程序，向国家提出相关纳米材料的职业接触限值，为国家建立相应的安全评价体系提供科学依据。
纳米科技的发展和纳米材料的应用，为人类生活和生产带来革命性影响，但是，任何新生事物都有两面性，由于纳米材料的特殊性质，它们对人类健康有可能带来严重损害。因此，如何驾驭纳米科技，使之造福而不伤害人类，既是科学界面临的挑战，也是各国政府前沿科技发展战略与健康安全的国家需求。
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