Small:纳米材料的环境健康与安全性研究对维持纳米工业的可持续发展至关重要

纳米技术正在如火如荼的发展,许多国家和地区对纳米技术研发的投资与日俱增,预计到2024年,全球纳米技术产业规模将超过1250亿美元。目前,纳米技术广泛用于商业产品中,几乎对全球经济的各个领域都产生了巨大的影响,包括电子、能源、生物医学、化妆品、国防、汽车和农业等,其中电子、能源和生物医学三大应用领域占全球纳米技术市场的70%以上。

作为目前全球经济背景下的主要增长点,纳米技术在全球工业领域中的可持续发展成为极其重要的一环。尽管纳米技术相关产业的增长曲线令人叹为观止,但要保持其可持续的发展势头,就需要从多个角度着手,克服诸多障碍。例如,如何降低纳米材料的生产成本?如何将纳米材料应用到现有的基础设施?如何提高社会对纳米材料和纳米技术的认知?更重要的是,如何降低纳米材料对环境和人类健康的潜在风险?

目前在纳米技术的环境健康和安全(nano-EHS)领域的研究已取得了很大进步,不仅关注了纳米材料的物理化学特征,而且也分析了纳米材料在环境介质和生物介质中的多种行为。例如,蛋白质和脂质冠的形成、团聚、溶解和转化等。同时还揭示了纳米材料在不同暴露场景、细胞和动物模型中的毒理学表现,甚至包括职业暴露对人类健康的影响,并且明确了纳米材料可能导致潜在不良后果的理化特性。虽然目前已取得了一定的研究成果,但是仍然缺乏纳米材料暴露对环境和人类健康可能造成毒性风险的重视,导致部分研究者认为不需要对纳米环境和健康领域的研究投入太多精力。然而,最近发生的一些事件表明事实并非如此,为了保护纳米技术的可持续发展,仍需要进行积极而全面的纳米安全性评估。一个重要的例子是二氧化钛纳米颗粒(TiO2),据报道,由于其吸入后会引发肺损伤,欧洲委员会(EC)正在将TiO2归类为Ⅱ类致癌物。此外,TiO2被广泛用于增加食品(包括口香糖,蛋糕糖霜和糖果等)的白度,研究发现TiO2能够破坏肠细胞,破坏肠道微生物组,并且会导致癌症。法国从2020年1月1日开始禁止在食品中使用TiO2。由此可见纳米材料的生物安全性研究仍存在许多未知和不确定性,而缺乏确定性(如暴露途径、实际暴露剂量、持续时间和对致癌性的生物学影响等)会阻碍纳米技术的可持续性发展。因此,需要更多关注纳米材料的环境和生物安全性(nano-EHS),包括:1. 环境中的纳米材料:未来需要开发更高效的提取、分离、表征、鉴定方法以研究复杂真实环境和生物介质中的纳米材料。2. 纳米材料的环境转化:原始态材料在环境中的化学和生物转化,以及转化引发的理化性质变化对迁移、分布与毒性效应的影响。3. 真实暴露条件下的健康风险:需要开发、优化纳米材料的暴露方式和剂量以模拟真实环境中的暴露,并揭示环境转化、污染物共暴露、继发性效应等因素对其健康风险的改变。 4. 建立技术框架和标准:未来应发展更高效的测定工具、更丰富的表征手段以探索纳米材料的理化性质与构效关系,以期建立纳米材料毒性评价的技术框架和标准。

相关论文在线发表在Small (DOI: 10.1002/smll.202000603)上,并入选Rethinking Nanosafety专刊。