纳米技术和纳米安全性研究必须同步

日前，英国《自然—纳米技术》杂志发表的一份报告称，科学家们虽然认同纳米研究将给医学、环保等领域带来突破，但却对纳米技术可能给环境和人类健康带来的风险表示担忧。我国从事纳米研究的科学家们是如何看待纳米安全性问题的呢？为此，《科学时报》记者走访了国家纳米科学中心的有关专家。

纳米技术具有两面性

    有关纳米技术安全性担忧的根源，恰恰就是赋予它无穷潜力的尺寸。一纳米仅为十亿分之一米，常规物质一旦小到这个尺寸就会变得异常活跃。

    “人们之所以对纳米技术感兴趣，是因为纳米颗粒、纳米结构具有新的功能，而新的功能来源于新的物理、化学、生物学性质。于是，科学家们开始考虑纳米颗粒进入生物体后是否有新的反应，是否产生新的效应，即纳米安全性研究。”中国科学院纳米安全性实验室主任、国家纳米科学中心主任助理、高能物理研究所研究员赵宇亮在接受采访时说：“我们从2001年底开始建设实验室，国际上从2004年开始广泛关注纳米材料可能产生的毒副作用，并不断有各种研究报告问世。到目前为止，生活中还没有纳米材料所产生的不安全的个例。纳米安全性是前瞻性的研究，吸取人类科学技术发展史上的诸多教训，旨在尽量减少发展前沿科技的代价，使新兴科学技术为人类带来更大益处。”

    科学家们对纳米安全性的担忧并非没有道理。在人类历史上有过很多这样的例子，例如塑料和塑料薄膜曾经被认为是能够改善人类生活的新材料，塑料制品对于环境的影响则是在大规模生产并普及应用多年后才被充分认识的，而现在已经很难评估治理白色污染所需付出的代价了。

    赵宇亮指出，当前对纳米技术的认知必须有一个转变，纳米技术的正面效应和负面效应是相互依赖、相互制约的两个方面，在研究中处于同等重要的地位，纳米安全性研究是纳米科学内涵不可或缺的重要方面。

    国家纳米科学中心从事纳米医药研究的梁兴杰研究员也有着相同的观点：“纳米技术具有两面性，关键看你怎么开发和利用。”梁兴杰解释说，环境中存在大量天然的和工业生产所带来的纳米颗粒，如柴油车尾气、工厂烟囱排出的废气、沙尘暴等。一方面，纳米颗粒可能比常规颗粒存在时间更长，清除更困难；但另一方面，可以利用纳米技术治理环境污染，比如采用某些纳米材料制造先进的过滤器用以治理水污染。

    “如何在利用纳米技术的同时，避免其不利因素是关键。”梁兴杰认为：“经过特殊设计的纳米材料，比如具有生物兼容性的或生物可降解的材料，应该可以避免对人体的危害，如多糖就可以被人体吸收。”

需要更多的数据积累

    科学界内部已有很多关于纳米安全性的讨论。赵宇亮领导的团队通过3个层次的动物实验，即分子水平、体外细胞培养实验、体内动物实验来研究纳米颗粒穿越生物屏障（如皮肤屏障、脑屏障、呼吸屏障），到达体内各个器官及其产生的影响的研究。

    赵宇亮首先介绍，到目前为止，活体实验研究发现，当一些纳米颗粒小于10纳米的时候，就容易穿越表皮到达真皮。如二氧化钛颗粒大于50纳米，就不容易进入皮肤，而且对皮肤蛋白的影响也较小。通过短期实验发现，纳米颗粒进入皮肤的能力有限。另有研究发现，加入维生素E作为抗氧化剂，可以大大降低二氧化钛纳米颗粒对皮肤的损害。但赵宇亮同时指出，长期使用的情况还不能下定论，不能确定是否会有累积效应，毕竟做实验的时间还比较短。

    赵宇亮还介绍说，他们研究过的纳米颗粒，如纳米碳管、二氧化钛、氧化锌等，穿越血脑屏障进入大脑的几率很小。以前有人认为，纳米颗粒可以直接穿过人体的保护系统进入人体，现在看来并非完全如此。

    关于细胞膜屏障。赵宇亮说，他们研究了纳米颗粒穿越细胞膜进入细胞的能力，发现一些纳米颗粒比较容易进入细胞，如富勒烯衍生物纳米颗粒、部分金属氧化物纳米颗粒，基本上还是通过已知的途径，如通过细胞内吞作用以及蛋白介导过程等进入细胞。至于纳米颗粒是否可以直接穿越细胞膜进入细胞的可能性尚无定论，还在进一步研究中。纳米颗粒进入细胞后，会发生很多复杂的反应，但到底产生什么影响也还不是很清楚。

    另据赵宇亮介绍，他们还花了很大精力研究消除纳米颗粒负面效应的方法。目前发现两种有效的方法：一是纳米颗粒表面化学修饰，即在纳米颗粒的表面连接一些分子，让纳米颗粒与生物体有更好的相溶性；二是改变尺寸，在尽量保持纳米颗粒功能性质的同时，消除其生物毒性。

    纳米安全性领域已经有了初步的知识积累，由赵宇亮主编、撰写的纳米安全性领域的world**本英文专著Nanotoxicology于2007年5月在美国出版，全球发行。赵宇亮说：“这还很初步，要明确理解和预测纳米安全性，还需要更多更系统的知识积累，需要长期持续地与纳米科学技术发展同步的科学研究。当实验数据积累到一定的量就会慢慢发现规律，发现了规律就可以进行风险预测。”

    就纳米医药，梁兴杰告诉记者：“目前更多的是研制新型的纳米药物，但真正意义上的纳米药物还很少，离临床和实际应用还很远。安全性大部分都是细胞实验和动物实验，临床和动物实验有较大的区别，如计量的累积、时间的累积效应、遗传的风险等不是短时间可以得出结果的。纳米药物的安全性尚未搞清楚，还有很长的路要走。”

制定标准，保护国家利益

    统计显示，美国市场上销售的成品中明确标明应用纳米技术的已超过700种。据估计，到2014年，全球纳米产品市场规模将增至2.6万亿美元。与此同时，快速发展的纳米产品市场急需纳米标准来规范。

    “纳米安全性研究，除了阐明新的基础科学问题以外，从国家需求来说，ZUI终目的是建立纳米安全评估体系、规范和标准。”赵宇亮说：“我国对这方面相当重视，在国际竞争中，中国在标准方面吃的亏太大了。标准是一个门槛，别人给你设，或是你给别人设，掌握这个主导权直接关系巨大的国家利益。”

    目前和纳米技术及产业有关的国际标准还处于起始阶段，world各国都在抓紧部署纳米技术的标准化工作。

    据梁兴杰介绍，美国国立卫生研究院（NIH）组建了一个由8个纳米医学发展中心构成的、跨学科的国家级研究网络，旨在发展纳米技术，以用于疾病预防、诊断检测和治疗等。隶属NIH的美国国家肿瘤研究所有一个纳米技术计划，在进行基础研究的同时，还负责纳米产品的物理性质监测、生物活性测定（如免疫、血液、代谢）等多项工作。在美国有固定的检测标准，所有生产纳米产品的公司在申报之前都要经过尺寸、稳定性、pH值、表面修饰、形貌等特征的检测以及动物、细胞水平的毒性检测。

    我国科技部和国家标准化管理委员会于2001年启动了纳米材料标准的研究工作专项，现已发布7项纳米材料方面的国家标准，是world上首次以国家标准形式颁布的纳米材料标准。赵宇亮说：“如果我国能抓住机会，将在纳米技术标准化工作方面保持与国际同步的水平。一旦落后于欧美国家，就可能导致我国生产的很多纳米产品因不符合‘国际标准’而遭遇出口壁垒。”

    赵宇亮指出，安全标准的制定相对比较复杂，因为需要认可一个安全评估流程，流程中的每一步都需要设定标准，这是一个很大的工程，需要国家多个部门的统筹协调，需要很多数据才能明确限定。但赵宇亮强调说：“如果等到纳米安全性都搞清楚后再发展纳米技术，那就为时已晚。纳米技术和纳米安全性研究必须同步，科学家的责任在于弄清事实真相，而非因噎废食，以保障纳米技术造福人类。”