填补纳米材料的生物、环境安全性的知识鸿沟

        影响到我们生活的方方面面的纳米科技的革命必然伴随大规模人工纳米材料的生产和使用。人工纳米材料独特的物理化学性质和功能可能会对人类和环境造成新的生物危害,包括在工作环境中的吸入、皮肤接触、消费产品时的摄取、以及医疗中使用的人工纳米材料。因此,加强对纳米材料生物危害性的科学认识对于纳米技术的可持续发展具有重要意义。对于人工纳米材料的生物效应研究,已经形成了一门新的多学科交叉领域——纳米毒理学。纳米毒理学旨在发现和解决人工纳米材料暴露在人类面前和环境中时,所存在的潜在毒理学效应和环境影响。

         纳米毒理学的出现引发了对一个关键科学问题的思考:纳米材料的毒理学特性是否改变了传统的毒理学原理。例如,使用质量浓度来表示反应计量关系时,由于纳米材料需要考虑纳米尺寸效应、特殊的比表面积和粒子数等,这就引入了新的计量指标等,对于暴露(在溶液环境中的)大块材料与纳米材料的质量浓度的计量方法是不同的。再者,与传统的毒理学不同,在暴露条件下或生物环境中,由于纳米材料的团聚和凝聚,暴露剂量可能需要修正。除了剂量之外,其他因素对毒理学的影响还很难确定,如暴露的途径,特殊的纳米尺寸,物理化学性质和功能材料的表面形貌等因素,这些因素作为与时间相关的函数会动态地改变。此外,相同化学成分的纳米材料与大尺寸材料相比,物理化学性质的主要改变和纳米尺寸的新功能的出现无疑会导致体内产生不同的毒理学结果。因此,如果利用大尺寸材料的安全性(健康和环境效应)评价数据外推,并应用到纳米材料的安全性评价时,一部分现有的毒理学数据可能不再有效。

         在这样的背景下,纳米毒理学有重要的知识空白需要弥补,过去十年中,这一领域发展很快,但是系统的研究和数据还很缺乏。现在应该及时总结以前的研究成果,对纳米毒理学研究未来发展方向提出专家见解的时候。因此,我们提出了这个重要的问题,编辑一册纳米毒理学专辑,来讨论和总结纳米毒理学最新进展,主要内容包括:纳米材料的毒理学或生物学效应、纳米药物的毒理学特性、纳米材料的生物特性和纳米药物毒性的生物机理或化学机理、生物医学和环境效应的分析方法和表征技术、构效关系的理论模型、以及纳米材料的安全设计。

         除了理解纳米材料与生物系统、纳米材料与环境系统相互作用的基本原理,纳米毒理学的另外一个重要目标,是保证纳米科学和纳米技术能够健康、可持续发展。加强纳米/生物界面过程的基本科学原理的研究对纳米安全性预测、减少或除去纳米材料的潜在毒性有非常重要的意义。这期特刊所概述的纳米毒理学基本知识,对于保障纳米技术的安全应用,同时对环境、健康、社会、以及全球经济的发展做出更大贡献,具有里程牌的重要意义。

 英文原文链接:Editorial(编者论) Special Issue: Nanotoxicology; SMALL, Volume 9, Issue 9-10.

About 赵 宇亮

中科院纳米生物效应与安全性重点实验室主任。国家纳米科学中心副主任。研究领域:纳米生物效应分析,放射化学。如,纳米生物效应与安全性;低毒性肿瘤治疗与诊断纳米药物;低毒性纳米材料的分子动力学设计与表面化学修饰;核能纳米技术。