纳米材料的潜在风险

尽管目前已有多种纳米材料被证明是有毒的，但具体的毒理学机制尚不明确（见图3）。有文献指出纳米颗粒能够被真核细胞和原核细胞吸收并在细胞内积累。另有研究指出纳米颗粒可以进入植物细胞，而此前也有研究认为植物细胞壁可以阻挡纳米颗粒的侵入。Lin等［16，17］的研究显示，含有锌和铝的外源性纳米颗粒会影响农作物的发芽以及幼苗根部的发育，吸附于根表面的ZnO能够进入根部细胞的质外体和原生质体，使幼苗的生物质明显减少，根尖萎缩，根部细胞高度空泡或瓦解。Warheit等［18］研究了单壁碳纳米管（Single－wallcarbonnanotubes，SWCNT）的肺部毒性。实验通过向大鼠气管内按1mg／kg和5mg／kg分别灌输单壁碳纳米管、石英颗粒、羟基铁颗粒，并以灌输磷酸盐缓冲溶液和土温80（乳化剂）的大鼠作为对照进行对比实验。结果显示，暴露于高浓度SWC－NT下的大鼠24h后的死亡率约为15％，源于肺部支气管的机械性堵塞；同时，SWCNT和石英颗粒一样会引起肺部炎症和细胞损伤。而且SWCNT还会引发特殊的多灶性单核肉芽肿，它以SWCNT颗粒为核心，外侧包裹巨噬细胞样大型细胞。这种病变无法用传统的支气管肺泡灌洗和细胞培养法诊断。李俊刚等［19］研究了纳米TiO2对小鼠脑部的毒性，方法与D．B．Warheit等的类似，通过向小鼠气管按0．4mg／kg、4．0mg／kg、40．0mg／kg3种剂量灌输纳米TiO2，3d后用电感耦合等离子质谱仪（ICP－MS）测定每组小鼠大脑和血浆中的TiO2浓度。结果显示，随剂量的增加，大脑和血液中TiO2的浓度增加，脑浆中H2O2的浓度也增加，同时对大脑产生浓度依赖性损伤，表现为血脑屏障破坏、组织内溢血、组织坏死。IngridBeck－Speier等在《自由基生物学和医学》上指出，纳米碳颗粒的尺寸下降到5～10nm时，会刺激人体免疫系统中巨噬细胞的磷酰化酶，导致前列腺素等合成量增加，引发炎症和免疫系统紊乱。D．M．Brown等研究了纳米氧化钛、纳米聚苯乙烯和碳纳米管的负面效应，结果显示尺寸在几到几十纳米区间内的颗粒对人体甲硫氨酸中的硫键有极强的氧化性，氧化生成亚砜，同样对半胱氨酸也有类似的破坏作用［5］。Zhu等［20］比较了微米级TiO2和纳米TiO2对胃液中胃蛋白酶结合能力和酶活性的抑制作用，发现微米级TiO2仅与胃蛋白酶发生物理吸附，对蛋白质一级和二级结构均无影响；而纳米TiO2除存在物理吸附外，还与之发生协同作用，使蛋白质的二级结构展开，从而破坏酶的保护机制，显著降低酶活性。另外，纳米材料也存在传统意义上的毒性。某些纳米材料中包含了金属元素，与金属盐不同，这些金属元素通常是非离子态的，包括零价的重金属，而另一些纳米材料表面则连接有一些可能脱落的基团［21］，若重金属粒子和有毒的不稳定基团从纳米材料表面脱离或从内部游离出来，则会具有相应有毒物质在传统形态下的毒性。

存在的问题和思考

纳米材料的性质及生物活性是由包括其化学成分在内的颗粒尺寸、形状、聚集态等多方面特征共同决定的。这使纳米材料在生物体这一复杂体系中的行为更加扑朔迷离，如果没有对上述复杂性状进行准确的描述和限定，就没有办法准确地标定剂量。我国亟待从可持续发展战略的基点出发，制定出一套切实可行且符合我国纳米产业现状的纳米材料安全性规划。在处理纳米废弃物时，亦应遵循固体废弃物管理的3R原则———减量、回用、循环（Reduce，Reuse，Recycle），尽可能减少向环境的排放，在纳米材料的环境影响明确之前，最大限度地降低潜在风险。

本文作者：沈哲代朝猛张亚雷作者单位：同济大学环境科学与工程学院