這篇文章最初被寫了由國家納米技術計劃（NNI），作為一個記者和記者，有關納米技術的健康和安全風險的書面的指導。 它提供了良好的背景知識對於理解在納米技術領域的承諾和危險 。 為什麼小顆粒是一個大的故事 幾十年來，科學家們預計，從理論，如果他們可以操縱單個分子，他們可能與觀察到的電子，光學，和其他財產不散裝工程師材料-和開放的新領域，電子，醫藥，和消費電子產品。 而作為細胞使用的組裝與廣泛的特點和功能的蛋白質的氨基酸，納米技術可能有特定的屬性，它可能在分子水平上的設計和工程材料。 “有足夠的空間，在底部”是在1959年一個經常引用已故的加州理工學院的物理學家理查德A.費曼預言的一句俏皮話。 半個世紀以後，納米技術的承諾變為現實-不僅在實驗室，而是已經在一些商業性的消費類產品從防曬霜到自我清潔窗戶。 更令人振奮的是有針對性的癌症療法，根除腫瘤的可能是沒有身體的其他部位有病的可能性。 環境研究人員正在調查，以淨化或淡化海水，提高能源利用效率，清理危險廢物的工程納米材料的使用（簡稱納米材料 ）。 事實上，人們開始談論作為一個完全新的材料類，納米材料和納米技術作為一個新的工業革命顯著的二十一世紀第一次工業革命是19世紀，信息技術革命是二十。 但是，這樣一個革命性的新技術有關的職業，消費和環境的安全和健康的問題 。 如果納米材料有不同的物理性質，化學性質，從他們的大部分，他們也可能會帶來新的風險對人類健康，在其製造，使用，和處置？ 到目前為止，沒有人知道。 “這取決於目前的數據基本上建議。”但無論是在政府和私營行業的研究人員敏銳地發現了。 首先，毒性本身是有用的。事實上，這是對某些應用，如癌症療法，備受追捧。 （另外，請記住，往往毒性取決於劑量和管理：高劑量的有毒甚至食鹽。） 其次，如果是已知的毒性，處理和包裝程序可以設計，以減輕在生產過程中不想要的曝光中的風險，是常規行業中使用有害物質的。 納米材料的安全處理程序，可能需要從現在使用的不同，較大的微米大小的微粒，納米工人尤其重要。 消費類產品中的納米材料的安全性或植入式醫療設備，或在處置後的環境對植物和動物的問題也被提出。 第三，納米技術開發聽取感知風險從一個不相關的高科技領域的一個教訓：引 進作物和轉基因生物（GMOs）的產品使用中出現的消費者的抵制。 的一部分，產生的阻力，因為生物技術公司引進轉基因產品沒有太多合法的問題，並在廣大市民關注的公開討論，公眾認為它不得不接受健康和環境的風險，而好處是有限的利潤增加的結果， 大型農業綜合企業。其結果是公眾普遍不信任和猜疑。希望避免類似的命運（特別是給予關注，並呼籲監管已經在某些方面已經表示），納米技術的開發人員正在尋求他們所謂的“負責任的發展。”具體包括鼓勵在評估風險的早期，豪爽的工作的新聞報導納米材料，以及通過透明的程序設計的簡單的法規以及好處 。 本文的目的有三：素描必不可少的基礎知識（，對於這個問題，也自然和偶然的納米顆粒），納米材料的物理和生物學，突出重點問題和資源，以及-最重要的-關於矛盾的研究結果，並警告邏輯陷阱和建議的來源有見地的問題。 100納米是多麼小？它的大約一百人類頭髮直徑的千分之一（即50至100微米）。更有益的是，1微米（000納米），大約是一個細菌的大小，對什麼是通過最光學顯微鏡可見的限制。 相比之下，100納米大小的病毒，第十個細菌的大小 。 的NSP，像病毒一樣，是無形的，即使通過光鏡，因為它們是小於光的波長（從大約700納米紅色至400納米的紫範圍內），它們可以與一些更高分辨率成像只掃描電子顯微鏡等儀器。 1納米的單糖分子的大小 。 四預計世代 目前，科學家們說幾代納米材料。第一代是被動的納米結構，如單個粒子，塗料等-已經納入到一些消費產品製造的納米材料的類型 。 第二代是納米結構，執行積極的功能，如晶體管或傳感器，，或在一個自適應的方式作出反應，許多正在開發中。 第三代納米材料可能是立體的系統，可以自我組裝或用於藥物輸送到身體的特定部位，預計到2010年左右開發的目標。 預計第四代是由分子結構設計。 為什麼一個簡單的思想實驗顯示納米粒子具有這樣的單位體積驚人的表面積。 一個堅實的多維數據集的一個側面糖大小的材料1厘米的立方體有6平方厘米的表面面積，約等於一半的口香糖的一面。 但是，如果多維數據集1毫米，1立方厘米的體積與邊填充，這將是1000毫米大小的立方體（10 × 10 × 10），其中每一個有一個6平方毫米的表面積。 1000多維數據集的總表面積增加達60平方厘米-約三分之二的一面3 × 5 notecard因為必須數毫米的所有多維數據集，即使在內部表面積原始卷。但6立方厘米的體積，單是填寫與多維數據集上的一個副作用是，1021其中，每個面積1納米的平方納米，其總表面積60萬平方厘米或6000平方米 。 換句話說，單一立方厘米立方納米顆粒的總表面積的三分之一，再次比一個足球場大！  面積圖 圖1。
[來源：特魯迪E.貝爾;圖形尼科爾狂怒富勒提供] 令人驚訝的工程納米材料物理 與尺寸 在納米級的，基本的機械，電子，光學，化學，生物，和其他特性可能會有所不同顯著微米大小的顆粒或散裝物料的屬性 。 原因之一是表面積。表面面積計算，因為大多數的化學反應，涉及固體發生在表面，化學鍵是不完整的的。 立方厘米了堅實的物質表面的面積是6平方厘米約一半的口香糖一邊 。 但立方厘米的超細粉末1納米顆粒的表面積為6000平方米，名副其實的第三個比一個足球場那麼大 。 （參見圖1。） 因此，其巨大的表面積的NSP集合，可異常反應（除非塗層的應用），因為其化學鍵的三分之一以上，在其表面。 例如，銀納米粒子被認為是一種有效的殺菌劑，鼓舞人心的的幾家公司，以設計可重複使用的水淨化過濾器 ，使用納米銀纖維。 在什麼尺寸材料的屬性開始改變？它是作為一個從大收益小的逐步轉變，或者是有一個門檻，低於該物業突然改變？ 都可能是真實的，其實。量子尺寸效應開始顯著地改變材料的性質（如透明度，顏色的熒光，導電，導磁率，和其他特徵），每當他們主宰的熱效應，其中許多材料是約100 nm 。 對於電子特性，量子尺寸效應粒徑減小而增加成反比。然而，對於一些材料，其他不同性質凸現在特定尺寸-例如，黃金納米粒子都大大增加了3納米的催化性能。表徵材料的影響大小不同的是基礎研究的熱點領域。  金剛石，石墨和富勒烯的 結構圖2 。 碳和一些其他元素（包括硫，錫，和氧氣）被發現在多種結構形式，所謂的同素異形體，其中有顯著不同的特性。例如，純碳結晶形態，發現石墨（很軟），鑽石（很難），Buckminsterfullerenes（碳原子數而定）的各種尺寸。 形狀事項 納米材料具有相同的化學成分，可以有各種形狀（包括球，管，纖維，戒指，和飛機 ）。 此外，這些形狀中的每一個可能有不同的物理性質，化學性質，因為即使他們是相同的原子組成的分子鍵的模式不同。 例如，直到1985年，它被認為只有兩個結晶形式：純碳石墨（六角形晶格在於在一個二維的平面上）或金剛石（立方晶格，在所有三個方面延伸）。 這一年，60個碳原子在soccerball形狀的空心籠先在實驗室（也獨立地發現在遙遠的恆星和燃燒過程中的副產品） -碳如此重要，它是由諾貝爾化學獎公認的一個新的結晶形式在1996年。新的形式，相當穩定，被命名為布基球或富勒烯後的建築師理查德巴克明斯特富勒，網格球頂形狀相同的發明者 。 從那時起，70，74和82個碳原子的穩定富勒烯也被合成。 （見上面的圖2， ） 同樣，鈦白粉（ 二 氧化鈦）合成了至少兩個不同的形狀和晶體結構，每一個可能有不同的毒性的NSP 。 雖然二氧化鈦通常是不透明的白色-事實上，是用於製造白色油漆-工程納米顆粒，其光學質量的變化，讓它變得透明。然而，它仍然有效地阻擋紫外線，化妝品和防曬霜製造商的吸引力屬性的組合。 其他性質的問題。可能更重要的不僅僅是大小的其他材料的性能，包括充電，晶體結構，表面塗層，根據合成方法的殘留污染，個別納米粒子聚合成較大的團塊的傾向。 危險，風險和其他條款的藝術 的NSP的物理性質，化學性質，如果是散裝物料的不同，可能是什麼毒理學和人體暴露風險的影響是什麼？ 首先，一些基本的定義： · 危險 · 風險 · 曝光 · 劑量 一些日常用語中的風險分析，毒理學，或職業安全和健康等領域的具體含義。 危險 “危險”是造成危害的可能性;，它是一種物質的內在屬性。 例如，硫酸是憑藉其化學有害物質。沒有任何東西可以改變這種狀況，改變其化學成為別的東西。 風險 “風險”是危害發生的可能性，它是一種危害與暴露劑量的幅度和頻率的概率的組合。 風險，不像危害，可管理和最小化：一個有害物質對低風險的，如果曝光的幅度和頻率可能通過暴露收到劑量可能性很小 。 離開廚房櫃檯上一個未標記的紙杯濃硫酸對高風險的，因為暴露和潛在劑量的機會高，但同樣的酸，如果適當的標記和鎖定在化學實驗室，只有經過培訓的人員有機會獲得的， 對風險最小。 曝光 “曝光”是一個組合乘以接觸時間的媒介的一種物質的濃度。 例如，稀硫酸，飛濺，並迅速洗掉低曝光劑量，可能只變紅的皮膚，濃硫酸皮膚上坐的是一個高的照射劑量，可能會造成嚴重灼傷 。 劑量 “劑量”是一種物質，進入生物系統的數量和，可作為全身劑量測量，採取的生物系統的總金額，或在一個特定的器官（皮膚，肺，肝等） 。本謊言更多的懸而未決的問題 。 疑問劑量學 截至目前，接觸灰塵和有毒劑量測量每單位體積，通常毫克每立方米的質量方面。然而，即使是非常低濃度的NSP -無論是自然的，偶然的的，或工程-空氣中的代表一個驚人的顆粒數目，是超細污染物測量 。 100納米二氧化鈦粒子實驗室的老鼠暴露，引起了相同金額10倍的質量較大的粒子（1 - 2.5微米）的肺部炎症 。 事實上，至少在某些情況 下，炎症的金額似乎得到更好的相關性，而不是它們的質量管理的NSP的粒子表面積。 因此，一些毒理學現在想知道是否表面積將更好地為比質量的NSP措施的劑量。 直到研究人員知道哪個最有價值的，許多研究者開始在其論文中指定 。 令人驚奇的納米粒子的毒理學 與尺寸 大小可能有另一個重要的生物學後果：其中，納米粒子在體內 。 一個物理因素，如空氣動力學，重力和質量的原因複雜，最大的可吸入粉塵顆粒的存款，主要是在鼻子和咽喉。 在該網站上（例如，由於木屑的鼻腔癌）發生任何毒副作用 。 更小的粒子沉積在上呼吸道和被開除“mucosociliary自動扶梯;”指狀纖毛的氣管和支氣管粘膜，一起搬進顆粒的喉嚨和鼻子，他們咳嗽，打噴嚏，吹出，或吞食。任何毒副作用，通常會導致從腸道的吸收（例如，導致中毒）。 下一個最小的粒子滲透到肺泡區（氧氣和二氧化碳的交換和血液）更深，通常清除肺泡巨噬細胞（特別在肺部的單核清道夫細胞）吞噬的顆粒，並進行他們離開。 但是，如果吸入高濃度的NSPS，粒子的絕對數量-特別是如果他們不結塊-可以壓倒那些清除機制，它們可以穿透呼吸道的不同部位。 毒性作用通常是由於殺死巨噬細胞，從而導致慢性炎症，損害肺組織（石棉沉滯症和矽肺病的例子 ）。 吸入顆粒尺寸小於100納米，開始表現更像是氣體分子，可沉積在呼吸道擴散的任何地方。 像氣體的NSP，無論是自然的，偶然的的，或設計，僅僅是因為他們的“納米級”的大小，可以通過肺部進入血液，並應採取由細胞組成，在幾個小時內達到潛在的敏感地點 ，如骨髓，肝，腎臟，脾和心臟。 由於顆粒變小到一個細胞的大小，就可以開始互動與細胞的分子機制。 中樞神經系統的嗅球（芳香分子檢測）似乎能夠吸收小於10納米的NSP從鼻腔-然後可以沿著軸突和樹突旅遊跨血腦屏障。 吸入並不是唯一途徑進入人體。當攝入的NSP可以結束在肝臟，脾臟和腎臟。當觸摸時，在50納米和更小範圍的NSP往往穿透皮膚比大顆粒更容易（雖然其他方面，如粒子的電荷和表面塗層也很重要），有時，正在採取通過淋巴系統和本地化的淋巴結。 （見下面的圖3） 。 同樣的道理，mucosociliary自動扶梯也沒有身體的唯一途徑 。 有證據表明，納米粒子可以通過尿液排出體外 。 然而，納米粒子（尿液，糞便，汗液）的排泄路線可能有所不同暴露途徑而異，大小，電荷，表面塗層，化學成分，以及許多其他因素。 偶然的接觸，這一切到內臟器官的NSP攝取可能關注的問題。但對於治療曝光，它是令人興奮的，因為它表明，納米材料可用於特定的器官，甚至是那些通常很困難（如大腦）達到目標的治療方法。 到目前為止，從不同的調查結果有較明確的暗示。需要更多的研究，在管理方法上做，手段的吸收，對人體的清除機制。 此外，當納米粒子在燃燒過程中產生的，最碰撞與其他粒子，是由強大的表面張力共同舉行，和成較大的顆粒結塊。 顆粒尺寸分佈將取決於納米粒子的生成點的密度 。 用於納米技術的健康研究初期的優先事項之一，是為了獲得一個粒子的大小，可能與工程納米顆粒的生產更好的理解。 儘管如此，大小不是唯一的潛在毒性事項。  圖3 納米粒子。Biokinetics 納米粒子可以在身體的不同部分，根據大小和其他特性以及入境的路線。 雖然很多的攝取和轉運路線已被證明，其他人仍然是假設，需要進行調查 。 易位率在很大程度上是未知的，因為積累和保留關鍵的目標網站和其內在機制。 這些，以及潛在的不利影響，在很大程度上取決於表面和核心的NSP的理化特性 。 在患病或受損的生物體在新型乾法biokinetics定性和定量兩種的變化也需要考慮。 形狀事項 雖然形狀的NSP也使他們的獨特性能，根據有毒物質控制法（TCSA）設計的納米粒子可能不會被視為新的化合物，除非他們有一個獨特的構圖。 例如，納米 二 氧化鈦是大宗 二 氧化鈦的監管同樣的方式處理，即使這兩種形式有不同的特性 。 一些研究表明，材料的成分相同，但不同形狀以及大小不同的毒性-此外的線性關係，而不是作為一個可能期望。 例如，一項研究表明，跨石英晶體矽（一種有毒的物質）50到130納米的納米粒子毒性小於1.6微米的顆粒-但10納米粒子毒性更大。 但進入途徑進入人體，以及劑量，也影響毒性 。 純度事項 在宏觀組件散裝碳是醫學上有用，因為它不是人體有毒或拒絕。然而，一些研究人員已經從實驗中觀察到碳納米管（特別是單壁多壁碳納米管）似乎更比其他形式的碳毒性。 其他辯論，聲稱因為使用碳納米管有微量雜質的鐵或溶劑。事實上，一些研究表明，如C60的富勒烯納米碳的其他形式，可能防止被抗氧化劑的毒性。 可能在股權這裡，或在其他納米材料，類似的辯論，可能是納米材料的純度。 在這個階段，人們沒有絕對的重複製造工藝控制;納米技術生產，現在大約砷化銦鎵磷化物（的InGaAsP）半導體激光器的生產在20世紀80年代初期至中期-相對較低的，可靠的生產產量。 因此，從另一個布基球從一個供應商的產品不一定是相同的，所以毒性，可能會有所不同。 詢問來源小心大小的顆粒，其製造，實驗方法的問題，無論是他們的特點在當時的材料本身，當他們進行的實驗或簡單地認為供應商所作的發言，並與其他研究結果的比較。 敬請關注 隨著越來越多的研究正在進行中，有更多和新的出版物在納米毒理學報告 。 直到更多的是肯定的，美國國家職業安全及健康研究所（NIOSH）已宣布在其報告方式保護工人安全的納米技術的納米技術產業的研究需要和暫行準則。 |