分類、定義、屬性、危險等級、 Nanoparticles 和納米技術風險和毒素學

包括的事宜

背景

小顆粒為什麼是一個大故事

不定的術語

以分類的分歧

以定義的分歧

四期望的生成

設計的 Nanomaterials 驚奇的物理

範圍事態

形狀事態

危險等級、風險和藝術的其他術語

危險等級

風險

風險

劑量

關於劑量學的問題

Nanoparticles 驚奇的毒素學

範圍事態

形狀事態

純度事態

稍候

背景

此條款由國家納米技術主動性原來地寫 (NNI)作為指南為寫關於納米技術健康與安全風險的申報人和新聞記者。 它關於瞭解承諾和危險提供好背景知識在納米技術方面。

小顆粒為什麼是大故事

數十年,科學家從原理,如果他們可能操作各自的分子,他們可能設計與電子的材料,光學和散裝沒觀察的其他屬性期望 - 和開張在電子、醫學和消費品的新的邊境。 相反,因為細胞使用一些氨基酸裝配與各種各樣的特性和功能的蛋白質,納米技術可能使成為可能設計和設計材料在這個分子級別有特殊的財產。 在 1959年 「有大量空間在底層」是已故的加利福尼亞理工學院物理學家理查 A. Feynman 的一個常被引述的預言諷刺。

半個世紀後,納米技術承諾是成為的事實 - 不僅在實驗室裡,但是已經在範圍從遮光劑的一些商業消費品到自清洗視窗。 更加扣人心弦的是被瞄準的癌症療法的可能性,腫瘤可能被根除,无需做其餘機體病殘。 環境研究員調查使用設計的 nanoscale 材料 (設計的 nanomaterials 簡稱) 淨化或淡化水,改進節能,或者清掃有害廢料。 的確,人們開始談論設計的 nanomaterials 作為材料全新的選件類和納米技術作為是一新行業革命重大對 21 世紀,第一工業革命是對 19 世紀,并且信息技術革命是對第二十。

但是與這樣一種革命新技術來關於職業的問題,消費者和環境安全衛生。 如果設計的 nanomaterials 有物理屬性與他們的批量副本不同,他們也許也形成新的風險在他們的製造、使用和處理的人類健康?

沒人知道。 當前數據基本上建議 「它取決於」。 但是研究員政府和私人工業的是敏銳的發現。

首先,有毒可以是有用的。 的確,它為某些應用高度被尋找,例如癌症療法。 (並且,请記住有毒經常取決於劑量和管理: 甚而食用鹽是含毒物的在大劑量。)

其次,如果有毒知道,處理的和包裝的程序在製造過程中可以構想緩和不期望的風險的風險,使用危險物料,在行業定期地執行。 安全處理設計的 nanomaterials 的程序可能需要與用於更大的測微表尺寸微粒物質特別現在的那些有所不同重要對 nanomanufacturing 的工作者。 問題也提出了關於設計的 nanomaterials 安全性在消費品或在可植入的可移植的醫療設備,或者對植物和動物在這個環境裡在處理以後。

第三,納米技術開發員注意在被察覺的風險的一個課程從一個無關的高科技地帶: 使用基因上被修改的有機體,出現在莊稼和產品簡介的消費者抵抗 (GMOs)。 一部分,該阻力出現了,因為生物科技公司介紹 GMO 產品,不用關於合法問題和關心的開放論述在公眾,與這個結果公共感到它必須接受健康風險和環境,當福利被限制了到增加的利潤大農工聯合企業的時。 這個結果是普遍公共不信任和懷疑。 要避免一種相似的命運 (特別是產生該關心和呼叫請求管理規定用有些季度已經表示), nanotech 開發員繼續處理什麼他們稱 「負責的發展」。 在估計特別地包括鼓勵工作早,直率的新聞報導設計的 nanomaterials 的風險以及福利,以及通過透明進程構想的直接的管理規定。

此條款有三個目的: 速寫設計的 nanomaterials (并且,就此而言,也自然和偶然發生的 nanoparticles) 物理和生物的重要基本要點,顯示重要問題和資源和 - 最重要 - 警告關於邏輯矛盾的發現和缺陷和建議來源的通透的問題。

不定的術語

以分類的分歧

根據國家學院,被區分在納諾縮放比例微粒之間的三種類型 (經常縮寫在文件作為 「NSPs ") : 自然,偶然發生和設計。 自然 nanoparticles 在這個環境 (火山的塵土、月球塵土、 magnetotactic 細菌、礦物綜合等等) 裡發生。 由於人造工業生產方法 (柴油尾氣、採煤燃燒、銲接發煙等等),偶然發生的 nanoparticles,有時也稱浪費或人類微粒,發生。 自然和偶然發生的 nanoparticles 可能有不規則或正常形狀。 設計的 nanoparticles 經常有正常形狀,例如管、範圍、環形等等。

設計的 nanomaterials 可以生產由碾碎或一個大範例的平版印刷的蝕刻對得到的 nanosized 微粒 (自頂向下的途徑的經常稱 「"),或者通過裝配更小的亞單位通過晶體成長或化學製品綜合生長這種期望範圍和配置 (自下向上的途徑的 nanoparticles 經常稱 「")。 因為特定生產技術也許影響人類健康危險,请請求來源指定。

關於有毒的最近問題處理在設計的 nanomaterials。 但是,關於自然和偶然發生的 nanoparticles 的文件是有用的,因為更多知道關於他們 (一部分,由於對煙霧、銲接發煙、煤屑和極其細小的濕劑的研究),并且,因為關於他們的工作情況的信息可以是有用的為瞭解設計的 nanoparticles 工作情況。

並且根據國家學院, nanoscale 設計或自然如此材料是否请似乎歸入四個基本的類別。 組當前與商業 nanomaterials 的大數是金屬氧化物,例如鋅或氧化鈦,用於陶瓷、化工拋光劑、臨時抗性塗層、化妝用品和遮光劑。 第二個重大的組是 nanoclays,加強或硬化材料或使他們阻燃的自然發生的板狀的黏土微粒。 第三個組是 nanotubes,即用於塗層消散或使靜電減到最小 (在燃料管,在處理盤的硬盤,或者在將靜電地被繪的汽車機體)。 最後組是數量小點,用於試探性醫學或在 nanoelectronic 結構自集合。 但是请注意: 沒有每個官方消息來源發現同樣範疇有用。 例如,美國環境保護機構分開設計的 nanoparticles 成基於碳的材料 (nanotubes,球碳),金屬根據材料 (包括金屬氧化物和數量小點), dendrimers (從未指明的化學分支的部件編譯的納諾尺寸聚合物) 和綜合 (包括 nanoclays)。

以定義的分歧

多數和英國 nanotech 專家定義了 NSPs 作為微粒小於 100 毫微米 (nm) - 即, 0.1 測微表或微米 (μm) - 在所有一維數。 因此,稀薄纖維比 100 毫微米將被認為 NSP,即使它是長幾個的測微表。 此定義,然而,不是通用的。 在日本

要解決這樣混淆, ISO、 IEC、 ANSI、 ASTM 和其他國家和國際標準機體現在討論術語、計量學、描述特性和途徑的標準化對安全衛生。 直到被完成的所有,请請求來源澄清強調他們的特定工作的定義和假定。 差異也許是關鍵的對報告的物理和生物。

多麼小的 100 是否是毫微米? 它是大約一一百第一千個是 50 到 100 μm) 的直徑人髮 (。 更加有用地, 1 μm (1,000 毫微米) 是大約細菌的範圍,關於什麼的限額通過多數光學顯微鏡是可視的。 相反, 100 毫微米是大約病毒,第十的範圍細菌的範圍。 NSPs,像病毒,甚而通過最佳的光學顯微鏡是無形的,因為他們小於 (從大約 700 毫微米範圍在紅色到 400 毫微米在這朵紫羅蘭) 的波長光; 他們可以是仅印象的與一些更加高分辨率的儀器例如掃描電子顯微鏡。 1 毫微米是大約一個唯一糖分子的範圍。

四期望的生成

已經,科學家聯繫根據設計的 nanomaterials 的生成。 第一代的是被動 nanostructures,例如各自的微粒、塗層等等 - 設計的 nanomaterials 的類型已經合併到一些消費品裡。 第二代的是執行一個有效的功能,例如晶體管或傳感器,或者起反應用一個可適應的方式的 nanostructures; 許多開發中是。 第三代設計的 nanomaterials 也許是可能自彙編或使用瞄準藥物發運到特定身體部位的三維系統,期望被開發大約 2010年。 第四代故意地期望是分子結構。

一個簡單的想法實驗顯示 nanoparticles 為什麼有這樣現象表面每個單位體積。 材料的一個固定的多維數據集在 a 的 1 cm 邊關於糖的範圍多維數據集有 6 平方厘米表面,對一半的一個端的等於膠棍子。 但是,如果 1 立方厘米的該數量充滿了多維數據集在端的 1 mm,那是 1,000 個毫米尺寸多維數據集 (10 x 10 x 10),每一個有 6 平方毫米表面。 甚而在原始數量內部, notecard 因為一个必須計數所有毫米多維數據集表面 1,000 個多維數據集的總表面積加起來到 60 厘米關於的正方形同一個端的三分之二一樣 3 x 5。 但是,當該唯一立方厘米數量充滿多維數據集在邊是時的 1 毫微米, 1021 他們,其中每一與 6 正方形區毫微米他們的總表面積來到 60 百萬平方厘米或 6,000 平方米。 換句話說,一唯一立方厘米立方體 nanoparticles 大於橄欖球場再有一個總表面積第三!

AZoNano - 在線納米技術 A 到 Z - 表面繪製

圖 1. [來源: Trudy E. Bell; 更加充分 Nicolle Rager 圖像的禮貌]

設計的 Nanomaterials 驚奇的物理

範圍事態

在 nanoscale,根本機械,電子,光學,化工,生物和其他屬性可能與測微表尺寸微粒或粒狀材料屬性極大有所不同。

一個原因是表面。 表面計數,因為介入固體的多數化學反應發生在表面,化學鍵是未完成的。 一種固體物料的一立方厘米的表面是 6 厘米關於的正方形同一半一樣的一個端膠棍子。 但是一立方厘米的表面 1 nm 在一粒極其細小的粉末的微粒大於橄欖球場是 6,000 個正方形儀表字面值每第三。 (參見圖 1,上述。)

因此, NSPs 的收藏與他們的極大表面的可以是格外易反應的 (除非塗層是應用的),因為更多比他們的化學鍵三分之一在他們的表面。 例如,發現使用 nanoscale 銀纖維,銀 nanoparticles 有效的殺菌劑啟發幾家公司設計可再用的水洗淨補白。

在什麼範圍有形資產是否開始更改? 它是否是一個逐漸轉換作為一个從大進行小,或者有沒有下屬性突然更改的閾值在? 兩個可能是真的,實際上。 Quantum 大小作用開始極大修改有形資產 (例如熒光的透明度、顏色,電導率、磁性滲透性和其他特性),每當他們控制熱量作用,許多材料的是大約 100 毫微米。 对電子屬性,數量大小作用相反地增加與越來越少的顆粒大小。 然而,為那些材料,其他明顯的屬性變得顯著在特殊範圍 - 例如,金 nanoparticles 非常地增加了催化作用的屬性在 3 毫微米。 分析在不同的範圍的物質作用是基礎研究高放射性區域。

AZoNano - 在線納米技術 A 到 Z - 金剛石、石墨和 Buckminsterfullerene 結構

圖 2。

碳和一些其他要素 (包括硫磺、錫和氧氣) 被找到以多個結構上的形式,稱同素異形體,有較大不同屬性。 例如,以水晶形式,純碳被找到作為石墨 (非常軟綿綿地),金剛石 (非常艱苦) 和 Buckminsterfullerenes 的多種範圍 (根據碳原子的數量)。

形狀事態

與相同的化學成分的設計的 nanomaterials 可能有各種各樣的形狀 (包括範圍、管、纖維、環形和飛機)。 而且,每一個這些形狀可能有不同的物理屬性,因為分子債券的模式有所不同,即使他們由同樣原子組成。

例如,直到 1985年,相信純碳只進來二種水晶形式: 六角晶格在一架二維飛機在) 立方體晶格在所有三維數延伸) 的石墨 (或金剛石 (。 年,在 1996年 60 個碳原子空心籠子在 soccerball 形狀的在實驗室裡 (並且獨立地被發現了在遙遠的星形和在燃燒副產品) - 很重大碳的一份新的水晶的表單首先做它由在化學的諾貝爾獎識別。 新的表單,相當穩定,以這位建築師理查更加充分的 Buckminster,同一形狀的網格球頂的發明者命名 buckyball 或球碳。 從那以後, 70 個, 74 個和 82 個碳原子穩定的球碳也被綜合了。 (參見圖 2,上述)

同樣,二氧化鈦 (TiO) 在二不同形狀和至少水晶結構 NSPs 被綜合了,其中每一可能有不同的有毒。 雖然二氧化鈦的確通常不透明白,使用做空白油漆 - 作為設計的 nanoparticles,其光學質量更改,允許它變得透明。 它有效仍然阻攔紫外光,屬性的組合有吸引力對化妝用品和遮光劑製造商。

其他屬性問題。 比範圍可能重要的其他有形資產根據綜合方法包括充電、晶體結構、表面塗層、各自的 nanoparticles 剩餘汙染和傾向對綜合到更大的叢。

危險等級、風險和藝術的其他術語

如果 NSPs 物理屬性是很與粒狀材料不同,什麼也許是毒素學和人力風險的風險的涵義? 首先,一些重要定義:

·         危險等級

·         風險

·         風險

·         劑量

幾個每天字有特定含義在風險分析領域、毒素學或者職業性安全與衛生。

危險等級

「危險等級」是潛在導致害處; 它是材料的一個固有特性。 硫酸,例如,是一種危險物料由於其化學。 什么都不可能更改那,短修改其化學成為其他。

風險

「風險」是可能性害處發生; 它是危險等級的組合與風險的概率和劑量大小和頻率。 風險,不同於危險等級,可以管理和減到最小: 一種危險物料擺在低風險,如果風險和這個大小的也許通過該風險被接受劑量的機會和頻率是低的。 因為風險的機會和這種潛在的劑量大,留下一個未貼標籤的紙杯集中的硫酸在廚臺擺在高危險; 但是同一酸,如果適當地標記和鎖定在只培訓的化學實驗室人事部得以進入,形成最小的風險。

風險

「風險」是一種物質的濃度的組合在聯絡的期限乘的媒體的。 例如,飛濺和迅速被洗滌的稀釋硫酸是可能只變紅皮膚的低風險劑量; 允許的集中的硫酸坐皮膚是可能將導致嚴重的燒傷的高風險劑量。

劑量

「劑量」是輸入一個生物系統,并且可以被評定作為系統劑量,這個生物系統佔去的總計大小,或者作為在一個特定機構的相當數量物質 (皮膚、肺、肝臟等等) 的金額。 并且此中位於更加未回答的問題。

關於劑量學的問題

到現在,對的暴露塵土和含毒物劑量被評定了根據質量每個單位體積,通常毫克每立方米。 然而,非常 NSPs 的甚而低濃度 - 是否自然,偶然發生或者設計 - 在天空中请表示微粒的一個現象編號,像從極其細小的汙染物的評定著名的。 顯示實驗室匯率在 100 nm 二氧化鈦微粒喚起了相同數量肺炎症像 10 次更大的 (1-2.5-μm) 微粒更加巨大的質量。 實際上,在至少有些案件,相當數量炎症比與他們的質量。似乎更好與被管理的 NSPs 微粒表面 因此,有些毒素學家現在想知道表面是否比質量是劑量一個更好的評定 NSPs 的。 直到研究員知道最哪些計數,許多調查員在他們的文件開始指定兩個。

Nanoparticles 驚奇的毒素學

範圍事態

範圍可能有另一種關鍵的生物結果: 那裡 nanoparticles 在這個機體結果。

實際系數複雜例如空氣動力學、重力和質量原因存款的最大的可吸入的微塵主要在鼻子和喉頭。 所有毒副作用在該站點 (例如,鼻癌症發生由於木塵土)。 更小的顆粒在上面的空中航線存款和由這個 「mucosociliary 自動扶梯逐出; 」指狀的纖毛和氣管和支氣管的黏液襯裡,一起搬入微粒喉頭和鼻子,他們是咳嗽,打噴嚏,盛開或者吞下。 所有毒副作用通常起因於吸收通過食道 (例如鉛中毒)。

下個小顆粒擊穿更深到這個齒齦音區域 (其中氧氣和二氧化碳被交換進出這滴血液) 和通常被清除,當齒齦音巨噬細胞 (在肺的特殊 monocytic 淨化劑細胞) 時吞噬微粒并且搬走他們。 但是,如果 NSPs 的高濃度被吸入,微粒的純粹數量 -,特別是如果他們不成塊 - 能淹沒那些結算結構和他們能擊穿到這條呼吸道的不同的部分。 毒副作用通常歸結於殺害巨噬細胞,導致慢性炎症損壞肺組織 (石棉沉著病和矽肺是示例)。

在範圍少於 100 毫微米,被吸入的微粒任何地方在這條呼吸道開始更正常運行,如氣體分子,并且可以存款由擴散。 像氣體,自然,偶然發生或者設計簡單由於他們的 「nanoscopic」範圍, NSPs 是否能穿過肺到血液和由細胞佔去,在到達可能地敏感站點例如骨髓、肝臟、腎臟、脾臟和重點的幾小時內。

當微粒成為小與細胞比較的範圍,他們可以開始與這個細胞的分子機械配合。 中央神經系統的溴覺電燈泡 (其中檢測芳香分子) 似乎能吸收的 NSPs 小於 10 毫微米從可能沿克服腦血液阻擋的軸突和枝狀突起然後移動的鼻腔 -。

吸入不是唯一的途徑到這個機體。 當咽下, NSPs 在肝臟、這個脾臟和腎臟可能結果。 當涉及, NSPs 在 50 毫微米範圍內和更小比淋巴系統 (雖然其他方面例如微粒的充電和表面塗層也是重要的),有時,佔去的更大的微粒傾向於更加容易地擊穿皮膚和局限化在淋巴結。 (參見圖 3,下面。)

同樣的,這個 mucosociliary 自動扶梯也不是這個機體的唯一的出口。 有建議的證據 nanoparticles 可能通過尿排泄。 然而, nanoparticles 的 (尿、排匯物,汗水) 排泄途徑可能根據風險途徑變化,估量,充電,出現塗層、化學成分和許多其他系數。

对偶然發生的風險, NSPs 所有此增加到內臟裡能是重要的事物。 但是為治療風險,它是扣人心弦的,因為它建議設計的 nanomaterials 可以用於瞄準療法到特定機構,相當難甚而的一个通常到達 (例如腦子)。

到目前為止,從不同的調查員的結果比明確暗示。 更多研究需要完成在管理方法,增加平均值和在機體的結算結構。 並且,當毫微米尺寸微粒在燃燒進程中時被生成,多數與其他微粒碰撞,由嚴格的表面張力和塊集岩相連到更大的微粒。 顆粒大小的配電器將取決於密度毫微米微粒在生成。 其中一納米技術健康研究的早期的優先級是獲取可能與設計的 nanoparticles 的生產相關對微粒大小的更好的瞭解。

但是,範圍不是該唯一的事情潛在的有毒的事態。

AZoNano - 在線納米技術 A 到 Z - nanoscale 微粒 Biokinetics

圖 3。

Nanoscale 微粒可能結果用不同的身體部位項根據範圍和其他特性以及途徑。 雖然許多增加和遷移途徑被展示了,其他仍然是假定和需要調查。 遷移費率是主要未知的,像累計和留成在重要目標站點和他們的基礎結構。 這些,以及潛在負面作用,主要取決於 NSPs 的表面和核心的物理化學的特性。 在 NSP biokinetics 上的定性和定量變化在一個害病或減弱的有機體也需要考慮。

形狀事態

雖然 NSPs 形狀也產生他們唯一屬性,在毒品控制法案 (TCSA) 設計的 nanoparticles 下不可以被查看作為新的化合物,除非他們有唯一構成。 例如, TiO nanoparticles 處理同一個方式關於管理規定像批量 TiO,即使二份表單有不同的屬性。

有些研究向顯示而且有的材料同一構成,但是不同的形狀以及範圍有不同的有毒 -,不與一個線性關係,有人可能預計。 例如,一個研究顯示 nanoparticles 50 到 130 毫微米石英水晶硅土 (已知的物質是含毒物的) 比 1.6-μm 微粒 -,但是 10 nm 微粒較不含毒物的實際上是更加含毒物的。 但是項途徑到這個機體裡以及劑量也影響有毒。

純度事態

因為它不是毒的對或拒绝由這個身體,在宏觀要素的批量碳是醫療有用的。 然而,有些研究員從實驗觀察了碳 nanotubes (單一特別是被圍住的或多被圍住的碳 nanotubes) 比碳的其他表單似乎含毒物。 因為使用的 nanotubes 有鐵或溶劑,跟蹤雜質其他辯論了該索賠。 的確,有些研究建議 nanoscale 碳的其他表單例如 C60 球碳也許由是防止有毒抗氧劑。

可能在賭注這裡,或者在關於其他設計的 nanomaterials 的相似的辯論中,願是設計的 nanomaterials 的純度。 在此階段,人們沒有绝對在製造過程的可重複的控制; nanotech 生產大致現在是銦磷砷化鎵 (InGaAsP) 的地方半導體激光的生產在早期對 20 世紀 80 年代中期 - 相對地低產量可靠的生產。 因此,從一個供應商的 buckyball 產品與那些不一定是相同的從別的,因此有毒可能有所不同。 詢問來源仔細問題微粒的範圍,他們的製造,實驗法,他們是否分析了材料,當他們執行這個實驗或相信這個供應商的時候發表的語句和他們的與其他研究的結果比較。

稍候

進行中更多的研究,有更多和新刊物報告關於 nanotoxicology。 直到更多肯定,職業性安全與衛生 (NIOSH) 國家學院宣佈研究需要和臨時指南保護的工作者的 nanotech 行業的在其報表處理對安全的納米技術。

主要作者: Trudy E. Bell

來源: 國家納米技術主動性 (NNI)

關於此來源的更多信息请請參觀國家納米技術主動性 (NNI)

Date Added: Aug 16, 2006 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 13. June 2013 09:16

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