納米材料生物毒性

1、納米材料生物毒性第1頁，共19頁，2022年，5月20日，10點4分，星期二目錄什么是納米材料？納米材料對環(huán)境有什么危害？納米材料生物毒性實驗研究新進展納米材料毒性如何解？12342第2頁，共19頁，2022年，5月20日，10點4分，星期二納米材料的定義 納米級結(jié)構(gòu)材料簡稱為納米材料，廣義上是指三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍超精細顆粒材料的總稱。根據(jù)2011年10月18日歐盟委員會通過的定義，納米材料是一種由基本顆粒組成的粉狀或團塊狀天然或人工材料，這一本顆粒的一個或多個三維尺寸在1納米至100納米之間，并且這一基本顆粒的總數(shù)量在整個材料的所有顆?？倲?shù)中占50以上。3第3頁，共19頁，

2、2022年，5月20日，10點4分，星期二納米材料分類納米材料納米膜材料:顆粒膜材料是指將顆粒嵌于薄膜中所生成的復(fù)合薄膜納米顆粒型材料：應(yīng)用時直接使用納米顆粒的形態(tài)稱為納米顆粒型材料。納米磁性液體材料磁性液體是由超細微粒包覆一層長鍵的有機表面活性劑，高度彌散于一定基液中，而構(gòu)成穩(wěn)定的具有磁性的液體。納米固體材料納米固體材料通常指由尺寸小于15納米的超微顆粒在高壓力下壓制成型，或再經(jīng)一定熱處理工序后所生成的致密型固體材料。4第4頁，共19頁，2022年，5月20日，10點4分，星期二納米材料的制備與合成 制備納米顆粒的方法包括物理氣相沉積（PVD）、化學(xué)氣相沉積（CVD）、微波等離子體、低壓火焰

3、燃燒、電化學(xué)沉積、溶膠一凝膠過程、溶液的熱分解和沉淀等，其中，PVD法以“惰性氣體冷凝法”最具代表性。5第5頁，共19頁，2022年，5月20日，10點4分，星期二納米材料的特殊性質(zhì)金屬超微顆粒對光的反射率很低，通常可低于l，大約幾微米的厚度就能完全消光。紅外敏感元件、紅外隱身技術(shù)超細微化后卻發(fā)現(xiàn)其熔點將顯著降低粉末冶金工業(yè)特殊的光學(xué)性質(zhì)特殊的熱學(xué)性質(zhì)磁性超微顆粒具有高矯頑力高儲存密度的磁記錄磁粉超順磁性磁性液體呈納米晶粒的金屬要比傳統(tǒng)的粗晶粒金屬硬35倍特殊的磁學(xué)性質(zhì) 特殊的力學(xué)性質(zhì)納米材料特性6第6頁，共19頁，2022年，5月20日，10點4分，星期二納米材料的應(yīng)用 納米科技是21世紀的

4、主流技術(shù)之一，目前人造納米材料已經(jīng)廣泛應(yīng)用到醫(yī)藥工業(yè)、染料、涂料、食品、化妝品、環(huán)境污染治理等傳統(tǒng)或新興產(chǎn)業(yè)中，人們在研究、生產(chǎn)、生活中接觸到納米材料的機會越來越多；同時，環(huán)境中也存在大量天然的和工業(yè)生產(chǎn)所帶來的納米尺度物質(zhì)，如柴油車尾氣、工廠煙囪排出的廢氣，垃圾焚燒、沙塵暴等也含有大量的納米顆粒。7第7頁，共19頁，2022年，5月20日，10點4分，星期二納米材料進入環(huán)境的途徑人 工合 成 的納 米 材料 進 入環(huán) 境 主要 有 以下 幾種情 況 ： 1 ) 納 米材 料 的大 規(guī) 模 工 業(yè) 生產(chǎn) 、 運 輸 和 處理過 程 中產(chǎn) 生 納 米 顆 粒 物進 入 環(huán) 境 ； 2 ) 個 人

5、 用 品 ，如 化 妝 品 、 防 曬 品 、 紡 織 品等 摻 雜納 米 尺 度 物 質(zhì) ，在洗 脫 過 程 中進 入 環(huán) 境 ； 3 )廣 泛 應(yīng) 用 于 微 電子 機械 、 輪胎 、 燃 料 、 纖 維 、 化 工 染 料 和 涂料 等 許 多 產(chǎn) 品中 的納 米 尺度 物 質(zhì) ， 可 能 隨產(chǎn) 品 的使 用 、 分 解 而 釋放 或 流 入 、滲 入 到 大 氣 、水 體 和 土 壤 中 研 究 表明 ，納 米 材料 可 以 通過 土壤 以極 快 的速 度 轉(zhuǎn) 移 至水 相 中( L e c o a n e t e t a 1 ， 2 0 0 4 ) ， 一 旦 進 入 水 體 ， 由

6、于食 物 鏈 的 原 因 ， 納 米 顆 粒 物會 對水 體 生 態(tài) 環(huán) 境 、動 植 物 造 成 很 大 的 影 響 8第8頁，共19頁，2022年，5月20日，10點4分，星期二納米材料的環(huán)境行為圖中黑圓點代表納米材料, 數(shù)字代表其各種環(huán)境過程. 1, 大氣與地表間的交換; 2, 大氣輸送; 3, 土壤中遷移擴散/滲透; 4, 土壤中轉(zhuǎn)化; 5, 陸生生物吸收富集; 6, 地下水中遷移/轉(zhuǎn)化; 7, 地表徑流; 8, 水體與土壤間交換; 9, 水中分散與懸浮; 10, 水中團聚與沉淀; 11, 水體中轉(zhuǎn)化; 12, 水生生物吸收富集; 13, 人體暴露9第9頁，共19頁，2022年，5月2

7、0日，10點4分，星期二納米材料生物毒性研究納米材料可通過三種途徑進入人體 人們接觸納米材料污染一般通過下面途徑：一、通過呼吸系統(tǒng)；二、通過皮膚接觸；三、其他方式，如食用、注射之類。納米材料污染物通過上述途徑進入人體，與體內(nèi)細胞起反應(yīng)，會引起發(fā)炎、病變等；污染物在人體組織內(nèi)停留也可能引起病變，如停留在肺部的石棉纖維會導(dǎo)致肺部纖維化。 10第10頁，共19頁，2022年，5月20日，10點4分，星期二納米材料對人體的危害 納米材料為何會對人體造成影響呢？當一種物質(zhì)縮小到納米尺度后，它的性質(zhì)就會發(fā)生顯著變化。實驗表明，2毫克二氧化硅溶液注入小白鼠后不會致其死亡，但若換成0.5毫克納米二氧化硅，小白

8、鼠就會立即斃命。而且，納米材料不易降解，穿透性強，人一旦吸入納米顆粒，其健康就會受到潛在的威脅。11第11頁，共19頁，2022年，5月20日，10點4分，星期二國家納米科學(xué)中心在納米材料生物效應(yīng)研究方面取得新進展圖片說明：量子點在秀麗線蟲消化道內(nèi)的降解過程。通過比較量子點熒光的光學(xué)圖像（optical Fluorescence）和量子點組成元素的X射線熒光圖像（-XRF）發(fā)現(xiàn)，位于消化道末端的量子點組成元素Se大量積累，而光學(xué)熒光淬滅，通過對不同部位的化學(xué)價態(tài)進行分析（X射線吸收譜，-XANES），發(fā)現(xiàn)量子點伴隨消化過程，結(jié)構(gòu)不斷破壞，內(nèi)核元素發(fā)生氧化，導(dǎo)致熒光淬滅，同時釋放有毒離子，導(dǎo)致毒

9、性。 近日，國家納米科學(xué)中心中國科學(xué)院納米生物效應(yīng)與安全性重點實驗室陳春英研究組與納米材料研究室唐智勇研究組合作，在以秀麗線蟲為模型研究納米材料生物效應(yīng)方面取得重要進展，研究結(jié)果發(fā)表在美國化學(xué)會的Nano Letters 雜志上（2011, 11: 3174-3183）。納米材料與生命體系相互作用及其健康效應(yīng)問題，是納米科技領(lǐng)域的重要前沿科學(xué)問題。12第12頁，共19頁，2022年，5月20日，10點4分，星期二圖片說明：量子點從消化系統(tǒng)向生殖系統(tǒng)遷移積累并導(dǎo)致生殖障礙和子代毒性。短期暴露量子點從消化道向生殖系統(tǒng)遷移但不進入卵內(nèi)；長期暴露后量子點大量積累于生殖系統(tǒng)并產(chǎn)生壞卵、死卵。模式圖顯示了

10、量子點材料從消化系統(tǒng)向生殖系統(tǒng)遷移的過程。13第13頁，共19頁，2022年，5月20日，10點4分，星期二納米材料的生物毒性 2012年4月13-16日在四川大學(xué)舉辦的中國化學(xué)會第二十八屆學(xué)術(shù)年會環(huán)境化學(xué)分會上，北京航空航天大學(xué)副教授范文宏，江蘇大學(xué)杜道林、薛永來，以及中科院生態(tài)環(huán)境研究中心的專家，都報告了有關(guān)納米材料的毒性研究成果。 北京航空航天大學(xué)副教授范文宏做了關(guān)于“不同表面改性二氧化鈦與銅在大型水蚤體內(nèi)的生物積累和生物毒性”的研究。前日，范文宏接受成都商報記者采訪時表示，她的研究顯示，即使本身毒性不顯著的納米材料，也可以使重金屬在生物體內(nèi)的毒性大大增強。 在范文宏的實驗中，她把銅對大

11、型水蚤的生物毒性，以及納米二氧化鈦和銅同時存在時對大型水蚤的生物毒性分別做了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，納米二氧化鈦和銅同時存在時，對大型水蚤的毒性有明顯增強，納米二氧化鈦確實增加了大型水蚤對銅的毒性效應(yīng)。 范文宏表示，納米材料雖然現(xiàn)在已大量使用，但是還沒有產(chǎn)生明顯環(huán)境污染，估計短期也看不到其污染危害。目前對其環(huán)境影響的研究，“是前瞻性的研究，算是未雨綢繆?！?4第14頁，共19頁，2022年，5月20日，10點4分，星期二 江蘇大學(xué)杜道林、薛永來做了關(guān)于“納米二氧化鈦通過ROS誘導(dǎo)的氧化損傷途徑抑制水稻生長”的研究。薛永來前日在現(xiàn)場報告中表示，他們的研究表明，納米二氧化鈦除了對動物細胞有損傷外，對植物細

12、胞也同樣存在損害。 中科院生態(tài)環(huán)境研究中心有關(guān)專家在有關(guān)“納米材料的潛在環(huán)境與健康風(fēng)險”研究中也發(fā)現(xiàn)，納米材料對生物細胞具有一定的危害作用，對細胞的凋亡、功能損傷甚至死亡都存在威脅。15第15頁，共19頁，2022年，5月20日，10點4分，星期二納米材料生物毒性實驗16第16頁，共19頁，2022年，5月20日，10點4分，星期二納米材料生產(chǎn)防治 防止廢料產(chǎn)生 :在藥品釋放方面要求降低藥品用量 ,盡量少地成為人體中的廢物 。 在生產(chǎn)過程中也要減少廢物的產(chǎn)生 。 原子經(jīng)濟 :自下而上的納米技術(shù)本身的原子經(jīng)濟效益高 ,因為其產(chǎn)品是在自我裝配過程中按原子或分子形成 ,不會產(chǎn)生廢物 。 低危害的化學(xué)

13、合成 。 設(shè)計用安全材料 : 例如藥品的釋放既提高了安全性又減少了副反應(yīng) 。 安全的溶劑和助劑 : 已經(jīng)出現(xiàn)了多種綠色合成納米粒子的方法 。 進行能源效率設(shè)計 : 如自組裝法加工納米粒子就是在作用力較小的狀態(tài)下進行的 。 應(yīng)用可再生原料 。 催化 :催化劑納米粒子可以加強反應(yīng)的選擇性 ,從而降低了反應(yīng)所需要的能量 ,反應(yīng)可在較低的溫度下進行 。 降解設(shè)計 :藥品釋放中應(yīng)用的納米粒子可以在人體內(nèi)破碎 。 納米粒子釋放入環(huán)境造成的污染要分解成無害物 。 污染防治的實時監(jiān)測分析 。 本身安全的化學(xué) :涉及納米材料及其應(yīng)用的全過程 。17第17頁，共19頁，2022年，5月20日，10點4分，星期二納米材料污染防治 第一，預(yù)防納米材料環(huán)境風(fēng)險應(yīng)把好源頭關(guān)，在生產(chǎn)應(yīng)用納米材料的各個工業(yè)環(huán)節(jié)防止納米材料的泄漏，發(fā)展監(jiān)控納米材料泄漏的技術(shù)和裝置，制定標準，確定安全風(fēng)險的最低含量，制定安全操作條例和產(chǎn)品保存及運輸?shù)姆绞剑?第二，發(fā)展納米材料回收、再利用和再處理技術(shù)，對不能回收的納米材料，必須發(fā)展環(huán)境友好的綠色處理技術(shù)，努力做到不給環(huán)境安全帶來二次污染； 第三，在應(yīng)用納米材料對環(huán)境進行修復(fù)治理時，在發(fā)展增強納米效應(yīng)技術(shù)