中科院高能所赵宇亮研究员谈纳米毒理学研究进展

        当这一领域尚处于早期阶段，并且人类受纳米材料的影响比较有限时，一定要对纳米材料的生物毒性给予关注。我们必须现在，而不是在纳米技术被广泛应用之后，才来面对这个问题。——美国纳米化学家Vicki  Colvin

        性能优良、好看好用的纳米材料，也很可能对人体带来潜在的毒害作用。最早从科学界传出的这条信息，最近引起政府、公众越来越多的关注。那么，纳米材料制成的产品，尤其是与人体直接接触或直接进入人体的人造纳米材料，是否会导致特殊的生物效应？如有毒害其效应到底多大？抱持这些问题，记者采访了中国科学院高能物理研究所纳米材料生物效应实验室赵宇亮研究员。

        赵宇亮2001年底向高能所提议建立“纳米生物效应实验室”，利用高能所大科学平台的优势，结合核分析重点实验室长期开展的稀土和重金属生物效应、有机卤素毒理及环境毒理学研究的丰富经验，开展纳米材料的生物效应包括毒性的研究。实验室建成后从个体、器官组织、细胞、分子等层面出发，全面展开纳米尺度物质的生物效应研究，已在美欧专业杂志发表一系列研究成果。为帮助公众和有关科研人员客观认识纳米材料的毒性问题，记者请他全面介绍纳米材料毒理学的研究现状、已经建立的实验方法，并结合自己的研究对该领域进行综合评价。

        “当物质细分到纳米尺度时，其性质发生很大变化，导致它们在生物体内的生理行为，也可能与常规物质有很大不同。因此，对宏观物质的安全性评价，包括对人体健康及生态环境的影响，也许并不适用于纳米尺度物质。”赵宇亮综合目前多项纳米材料生物效应研究结果指出，纳米颗粒在生物体内导致的一些特殊生理现象，仅利用现有的知识尚无法解释，但科学家也总结出一些规律：例如相同剂量下的同一纳米物质，呈现“尺寸减小，毒性增大”的趋势；又如纳米颗粒容易进入细胞，这正好成为纳米药物高效利用的基础，等等。

        赵宇亮说：“目前对纳米材料毒理学的研究尚处于起步阶段。纳米物质与生命过程相互作用，产生的生物效应可能正面的，也有可能是负面的。其中，正面效应是纳米生物医药的基础；负面效应除应研究克服外，也需通过反向应用研究，同样应用到纳米医学诊断和治疗技术上——就像我们现在正在做的那样。”他介绍，到目前为止，科学家已对纳米二氧化钛（TiO2）、纳米二氧化硅、碳纳米管、富勒烯、金属富勒烯、纳米铁粉、纳米铜粉、纳米锌粉等几种纳米物质的生物效应进行了初步研究。

        其中，纳米TiO2在涂料、抗老化、污水净化、化妆品、抗静电等方面存在广泛应用，因而产量较高，对其毒性研究也较多。赵宇亮总结，体内、体外实验研究结果指出，纳米尺度的TiO2颗粒与微米尺度的TiO2颗粒相比，对肺部的损伤稍大，这与纳米颗粒小的粒径和大的比表面积有直接关系。但纳米TiO2颗粒会发生聚集，形成较大的颗粒。用20  纳米的超细颗粒处理原代大鼠胚胎成纤维细胞，可能引起细胞凋亡。但这些体外实验结果无法推论到体内。目前将TiO2颗粒导入动物体内的实验方法，主要有支气管吸入法和支气管注入法两种。与注入法相比，吸入法更接近人类真实暴露情况，只是操作起来还有许多困难。

        碳纳米管具有优越的力学、电子学和化学等性能，在很多领域应用前景广泛。便宜的大批量生产单壁碳纳米管的方法出现后，它们是否对人类健康产生影响，成为人们非常关心的问题。赵宇亮介绍，美国宇航局太空中心的一个研究小组将0.1毫克碳纳米管悬浮液，通过支气管注入大鼠和小鼠肺部。7天和90天后，组织病理学检验结果表明，所有的颗粒都会以一定的方式进入肺泡，甚至在长达90天的时间里都停留在肺部。单壁碳纳米管导致小鼠肺部的轻微炎症，很低浓度下也能引起肺部肉芽肿的形成（见图）。令人担心的是，由碳纳米管导致的肉芽肿，并不伴随通常情况下由石棉和无机粉尘引起的肉芽肿所特有的炎性症状。当然，这些研究还很初步。为解决碳纳米管的体内检测问题，北京大学刘元方院士等以125I（碘）原子为标记物，结合射线探测技术灵敏度高的优点，解决了动物体内碳纳米管相对定量的检测难题。

        铁在环境中广泛存在，并是大气颗粒物主要成分，研究由大气污染而带来的健康损伤，铁在其中扮演着重要角色。有关学者研究大鼠吸入浓度为57微克/米3和90微克/米3的纳米铁粉颗粒物（72纳米，3天）对健康的影响，发现57微克/米3的纳米铁粉颗粒没有引起大鼠明显的生物学效应，而90微克/米3的铁粉颗粒引起了肺泡灌洗液内蛋白质总量明显升高等轻微的呼吸道反应。另有报道表明，呼吸道上皮细胞暴露于含铁的大气颗粒物后，细胞中铁蛋白的表达量升高。可见随着暴露剂量的升高，纳米铁粉已经表现出了轻微的毒副作用。

        “要保证所观察的现象及由其得出的结论，全都来自物质纳米尺度特性对生物体的影响，单纯的生物学、医学和纳米技术均无法满足要求，纳米材料生物效应研究在研究方法学首先面临很大的挑战。”赵宇亮说，“严格地说，目前纳米材料的生物环境效应、毒性、安全性的研究刚刚起步，研究数据很有限，研究结果也很初步，甚至实验方法学都存在很大困难。正是因为这样，很容易使人们误认为所有纳米材料都有很大毒性。”

        他最后强调，目前评价纳米颗粒物对人体的生物效应仍是一个难题，尽管这在纳米技术相关政策、法规和防护标准的制订中非常重要。和纳米科技本身一样，纳米尺度物质的生物效应研究，也将是一个长久的、持续的过程；要消除目前“凡纳米皆有毒”的误解，得到准确、客观、负责的科学结论，人们还需耐心等待几年或更长时间。 (责任编辑：泉水)

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