纳米材料的毒理学研究

纳米材料研究综述

摘要:本文简要阐述了纳米材料基本概念、研究状况及特殊性能,介绍了其制备方法及应用前景。

关键词:纳米材料、性能、制备方法、应用

1 引言

20世纪90年代,因特网、生物基因、纳米科技几乎同时为世人所瞩目。前两者的重要性及其应用前景已为人们所知晓,而纳米科技其效应如何呢?国内外众多知名科学家认为,因特网、生物基因与纳米科技相结合,可以达到至善至美的程度。大家知道,有了微电子技术,才发展了当今的电脑和因特网。目前,芯片已达到了物理极限,要真正在电脑上实现高速公路,还有许多困难,至少此公路还比较窄,必须用纳米科技才能解决这一难题。在生物基因的基础上再造动植物生命是人们本世纪所追求的目标,而这一目标的实现也必须依靠纳米科技。纳米科技又以纳米材料而体现。小小的纳米材料为何如此神奇呢?当今纳米材料的研究、制备方法达到了什么程度?前景又如何呢?下面简单介绍一下。

2 纳米材料的概念

纳米是几何尺寸的计量单位(nm),1 nm=10-9m,略等于45个原子排列起来的长度。科学家们发现,当物质的结构(如晶粒或孔隙)小到纳米级(0.1~100 nm)时,物质的各种性质(机械强度、磁、光、声、热等)都有很大程度的不同,而且还具有辐射、吸收、吸附等许多新特性。由此而制备的材料具有特殊的功能。

纳米材料的研究、制备借助于扫描隧道显微镜(STM)进行。STM是一种基于量子隧道效应的新型高分辨率的显微镜。它能以原子级空间分辨率来观测物质表面原子或分子的几何分布和态密度分布,确定物体局域的光、电、磁、热和机械性能。用此显微镜可以在真空、大气或液体中对试样作原子级分辨的无损检测。STM可以实际测量物体表面的实空间三维图像,其平行和垂直于表面的测量分辨率分别为0.1 nm和0.01 nm。用STM可以长期直接观察原子的真面貌,刻划纳米级微细线条以及移动原子。因此,用扫描隧道显微镜,在0.1~100nm尺度范围内,可揭示出一个可见原子、分子世界,并按照人们的意愿排列物质的原子和分子,使之结构、组分、大小和形状得到控制,最终直接以分子、原子构造出具有特定功能的产品。

光催化纳米材料的毒理学研究进展　李莉　科学技术　

（新乡职业技术学院，河南新乡４５３００７）　摘要：光催化纳米材料以其优异的光催化活性广泛应用于处理废水，废气，涂料，化妆品，食品添加剂等领域，超细颗粒不可避免地进入周围　环境和生命体，引发了一系列关于纳米毒理的研究。本文综述了几种常见的光催化纳米材料对生命体Ｃ活体和体外）和环境的毒理学研究，并对该领　域的研究方向进行了探讨和展望　关键词：光催化；毒理；纳米材料　纳米材料在医疗诊断，材料改性，环境污染物降解以及生物技术　等诸多领域广泛应用，随着对纳米材料深入研究，超细颗粒对环境造　成的潜在危害逐渐受到重视。纳米材料有小尺寸效应，大比表面积，　高表面界面效应，量子尺寸效应和量子隧道效应等，在处理环境污染　的时候表现出优良的特性，然而光催化纳米材料是否会给环境带来二　次污染以及和环境中其他毒性物质是否有共同作用；如何评估光催化　纳米材料的毒性，并对材料应用时对其毒性进行预测，是当前的研究　方向。　１光催化纳米材料的毒理学研究　１．１光催化纳米材料对环境的毒理学研究　光催化纳米材料能够通过多种途径进入环境造成环境污染［１］。　添加光催化纳米材料的化妆品经日常生活排入水体、用于处理废水的　光催化纳米材料的残留水体，有可能破坏水生生态系统原有的物质组　成和结构。Ｗｉｃｈｍａｎｎ等对德国城市Ｅｒｆｕｒｔ大气中的颗粒物进行了长达　ｌ０年（１９９１—２０００）的监测，研究了其粒径分布，发现城市大气中微米级　颗粒物浓度逐年下降，而超细颗粒物浓度逐年上升［２］。大气中的光　催化纳米材料，主要来源于工业排放的废气和交通污染．光催化纳米　材料由于其光催化活性和大比表面积，可以和大气中的有机污染物作　用，极易吸附大气中的有毒污染物（如多环芳烃等），被超细颗粒吸附　的有毒污染物可进一步对生物体产生毒性效应。光催化纳米材料可通　过多种途径进入土壤中，如土壤和水体的修复，纳米肥料的使用等。　但是检测土壤中纳米材料的环境存在难点：纳米材料在土壤中的存在　形态在很大程度上依赖于土壤的理化性质　ｌ＿２光催化纳米材料对生物体的毒理学研究　目前研究光催化纳米材料对生物体的毒理学研究主要集中在对各　种细胞，细菌，病毒等可以在体外培养的微生物。也有对植物和低等　动物的测试，数据仍然比较缺乏。　Ｌａｎｏｎｅ等人通过比较２４种人工纳米材料应用于细胞Ａ５４９和ＴＨＰ－Ｉ　的毒性，应用ＭＴＴ分析方法对ＴＨＰ－Ｉ细胞暴露２４ｈ来测试纳米材料细胞　毒性，实验表明Ｃｕ和ｚｎ为金属基体的纳米材料是最毒的，Ｔｉ，Ａ１，　ｃｅ，ｚｒ等为金属基体的纳米材料毒性适中，碳化钨则显示无毒性［３］。　Ｋａｒｉｎ等人做了大型蚤４８４，时急性毒性实验，和２ｌ天的大型蚤慢性暴露　繁殖研究。实验数据显示纳米的和非纳米的Ｔｉ０２，４８ｄ＇时急性毒性的　ＥＣ５０＞ｌＯＯｍｇ／Ｌ，而纳米和非纳米的ＺｎＯ，４８ｄ，时急性毒性的ＥＣ５０都接近　ｌｍｇ／Ｌ。实验表明急性毒性测试中毒性不依赖于粒子的尺寸，粒子包　覆，粒子团聚，媒介类型和前处理分散方式［４］　Ｌｏｖｅｒｎ等人发现经　Ｔ盯过滤处理的纳米Ｔｉ０２（１Ｏ￣２０ｎｍ）可导致大型蚤死亡，并呈剂量效应　关系，超声处理的纳米Ｔｉ０２（１Ｏ￣２０ｎｍ）对大型蚤的影响明显比经ＴＨＦ过　滤处理的小，未对大型涵产生明显毒性作用［５］。Ｊｏｈｎｓｔｏｎ等人报道了　鱼类在摄取了未改性的纳米材料氧化物后的一系列综合生物和物理化　学反应的研究。通过作用于鱼类其浓度影响关系，从水体到饮食来直　接测量ＺｎＯ、Ｃｅ０２、Ｔｉ０２的潜在环境毒性［６］。　２结语和展望　以光催化纳米材料和生物体与环境诸多方面的结合，来完善光催　化纳米材料的毒理学数据，我们可以开展以下相关研究：　（１）从光催化纳米材料的暴露方式来看，大多数研究都集中在大　剂量，急性毒性暴露，这些数据可以应用于突发事故的安全评估和一　些毒性初筛，对纳米材料含量低的纳米产品不适用，以后的研究应该　多集中于小剂量慢性暴露方面。　（２）从光催化纳米材料组成来看，应该把已经研究的多种单一材　料的毒性和一些联合毒性纳入构效模型，对实际应用的复合材料进行　深入的研究，并且对复合材料的内部结构和毒性表现进行分析。　（３）从光催化纳米材料的作用对象来看，数据主要在体外实验　（主要是细胞），而在体内试验（个体）和生物分子实验（分子）的　研究较少，应该强调活体研究，把这三种层次的实验方法有机的结合　起来，能从多方面多层次的分析毒理效应，也能得到一些更有力的毒　理机理分析。　（４）从光催化纳米材料的应用看，很多新型的纳米材料重在强　调它的光催化降解过程，在空气净化，水净化，土壤净化，光催化纳　米材料都以不同的作用形势和介质中的污染物催化反应，在具体应用　中，要考虑到环境和生命体的复杂性，对实际环境进行高效的模拟，　并考虑和环境以及生命体中的物质发生的联合反应。　（５）从光催化纳米材料的发展趋势看，目前研究较热的都是在开　发新型光催化体系，例如ＢｉＯＸ体系，异质结体系，目前对于这些新型　材料的毒理学研究还没有报道，但是由于其有良好的应用前景，如果　能够做到先研究毒理，在确保安全的情况下投入使用，也可以为发展　这些体系做一个指引。　（６）从光催化纳米材料的标准化来看，目前针对纳米材料毒理学　的研究，不同的研究组研究得出的结论会有所差别，甚至相互矛盾，　所以在对这些纳米材料进行评估时，应该建立一个纳米标准化实验　室，对已有的毒理学数据进行整理并验证，把现有的纳米毒理做到系　统化真实化。　综上所述，光催化纳米材料作为大力发展的一类纳米材料，在尽　其能时要尽可能的控制其毒性，还需要进行的大量的毒理学研究，这　是一个持续，发展的探索过程。　参考文献　【１】Ｔａｎｇ　Ｈ，Ｗａｎｇ　Ｄ，Ｇｅ　Ｘ．Ｅｎｖｉ　ｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｎａｎｏ—ｐ０１ｌｕｔａｎｔ　ｓ（ＥＮＰ）　ａｎｄ　８ｑｕａｔ　ｉ　ｃ　ｍｉ　ｃ　ｒｏ—ｉｎｔ　ｅｒ　ｒａｃｉ　ａ１　Ｐｒｏｃｅ　ｓ　ｓ　ｅ　ｓ［Ｊ】．Ｗａｔ　ｅ　ｒ　Ｓｃｉ　Ｔｅｃｈｎｏ１，２００４，５０（１　２）：１　０３—１　０９．　【２］Ｗｉｃｈｍａｎｎ　Ｈ　Ｅ，　Ｃｙｒｙｓ　Ｊ，　Ｓｔｏｌｚｅｌ　Ｍ，ｅｔ，ａ１．２００２．Ｓｏｕｒｃｅｓ　ａｎｄ　ｅＩｅｍｅｎｔａ１　ｃｏｍｐｏ　ｓｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｍ　ｂｉｅｎｔ　ｐａ　ｒｔｉｃ１ｅ　ｓ【Ａ】／　Ｗｉｃｈｍａｎｎ　Ｈ　Ｅ．　Ｓｃｈｌｉｐｋｔｔｅｒ　Ｈ　Ｗ．　Ｆｆｉｌｇｒａｆｆ　Ｇ．　Ｆｏｒｔ　ｓｃｈｒｉｔｔｅ　ｉｎ　ｄｅｒ　Ｕｍｗｅ１ｔｍｅｄｉｚｉｎ［Ｃ】．ｅｒｆｕｒｔ，Ｇｅｒｍａｎｙ：Ｅｃｏｍｅｄ．　【３】Ｌａｎｏｎｅ　Ｓ，Ｒｏｇｅ　ｒｉ　ｅｕｘ　Ｆ，ＧｅＹ　ｓ　Ｊ，ｅｔ，ａ１．Ｃｏｍｐａ　ｒａｔｉ　ｖｅ　ｔｏｘｉｃｉｔＹ　ｏｆ　２４　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄ　ｎａｎｏｐａｒｔｉｃＩｅｓ　ｉｎ　ｈｕｍａｎ　ａｌｖｅｏｌａｒ　ｅｐｉｔｈｅ１ｉａ１　ａｎｄ　ｍａｃｒｏｐｈａｇｅ　ｃｅ１１　１ｉｎｅｓ【Ｊ］．Ｐａｒｔｉｃ１ｅ　ａｎｄ　Ｆｉｂｒｅ　Ｔｏｘｉｃｏｌｏｇｙ，２００９，６（１４）：Ｉ－ｉ２，　［４１　Ｌｉｎ　Ｄｈ．Ｘｉｎｇ　Ｂｓ．Ｒｏｏｔ　Ｕｐｔａｋｅ　ａｎｄ　Ｐｈｙｔｏｔｏｘｉｃｉｔｙ　ｏｆ　ＺｎＯ　Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ【Ｊ】．Ｅｎｖｉ　ｒｏｎ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏ１．，２００８，４２（１５）：５５８０—　５　５　８　５．　【５】Ｌｏｖｅｒｎ　Ｓ　Ｂ，Ｋｌａｐｅｒ　Ｒ．Ｄａｐｈｎｉａ　ｍａｇｎａ　ｍｏｔｔａ１ｉｔｙ　ｗｈｅｎ　ｅｘｐｏｓｅｄ　ｔｏ　ｔｉｔａｎｉｕｍ　ｄｉｏｘｉｄｅ　ａｎｄ　ｆｕＩｌｅｒｅｎｅ（ｃ６Ｏ）ｎａｎｏｐａｒｔｉｃＩｅ　ｓ［Ｊ】．　Ｅｎｖｉ　ｒｏｎｍｅｎｔａ１　Ｔｏｘｉｃｏｌｏｇｙ＆Ｃｈｅｍｉ　ｓｔｒｙ，２００６，２　５（４）：１１　３２—１１　３７．　［６】Ｊｏｈｎｓｔｏｎ　ＢＤ，Ｓｃｏｗｎ　ＴＭ，Ｍｏｇｅｒ　Ｊ，ｅｔ，ａ１．Ｂｉｏａｖａｉ　ｌａｂｉ　１　ｉ　ｔｙ　ｏｆ　ＮａｎｏｓｃａＩｅ　ＭｅｔａＩ　Ｏｘｉｄｅｓ　Ｔｉ０２，Ｃｅ０２，ａｎｄ　ＺｎＯ　ｔｏ　Ｆｉ　ｓｈ［Ｊ】．Ｅｎｖｉ　ｒｏｎ　ＳｃｉＴｅｃｈｎｏｌ，２０１　０，４４（３）：ｉ１４４－１１　５１．　

纳米材料研究及检测

【摘 要】纳米技术是当今世界最有前途的决定性技术。文章简要地概述了纳米技术，纳米材料的结构和特殊性质以及纳米纳米材料各方面的性能在实际中的应用，并展望了纳米材料的应用前景。本文以纳米材料为主要研究对象,阐述了其分析使用的分析方法。

【关键词】纳米技术；纳米材料；结构；性能；分析方法 ；表征

前言

纳米材料具有许多优良的物理及化学特性以及一系列新异的力、光、声、热、电、磁及催化特性，被广泛应用于国防、电子、化工、建材、医药、航空、能源、环境及日常生活用品中，具有重大的现实与潜在的高科技应用前景。纳米科技是未来高科技的基础, 而适合纳米科技研究的仪器分析方法是纳米科技中必不可少的实验手段。因此,

纳米材料的分析和表征对纳米材料和纳米科技发展具有重要的意义和作用。

分析科学是人类知识宝库中最重要、最活跃的领域之一, 它不仅是研究的对象, 而且又是观察和探索世界特别是微观世界的重要手段。随着纳米材料科学技术的发展, 要求改进和发展新分析方法、新分析技术和新概念, 提高其灵敏度、准确度和可靠性, 从中提取更多信息, 提高测试质量、效率和经济性。

纳米材料主要性质有:小尺寸效应[、表面与界面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应。目前表征纳米材料的技术很多，采用各种不同的测量信号形成了各种不同的材料分析方法，大体可以分为以下几种方法。

1.纳米科学和技术

1.1 纳米科技的定义

纳米科技是20世纪80年代末诞生并正在崛起的新科技，是一门在0.1~ 100 nm尺度空间内，研究电子、原子和分子运动规律和特性的高技术学科。其涵义是人类在纳米尺寸（10-9--10-7m）范围内认识和改造自然，最终目标是通过直接操纵和安排原子、分子而创造特定功能的新物质。纳米科技是现代物理学与先进工程技术相结合的基础上诞生的，是一门基础研究与应用研究紧密联系的新兴科学技术。其中纳米材料是纳米科技的重要组成部分。

ncs医学术语

NCs医学术语是指用于描述纳米尺度下的医学领域相关概念和技术的术语。纳米医学是一门前沿的交叉学科，结合了纳米科学和医学，旨在利用纳米技术来改善疾病的预防、诊断和治疗。以下是对一些常见的NCs医学术语的介绍。

1. 纳米颗粒（Nanoparticles）：指具有纳米尺度（1-100纳米）的微米颗粒。纳米颗粒具有较大的比表面积和特殊的物理、化学性质，被广泛应用于药物输送、肿瘤治疗和生物成像等领域。

2. 纳米药物输送系统（Nanomedicine Delivery Systems）：利用纳米颗粒作为载体，将药物精确地输送到特定的靶位。纳米药物输送系统具有高效、靶向性强和降低副作用等优势，被广泛用于治疗癌症、心血管疾病等。

3. 纳米生物传感器（Nanobiosensors）：利用纳米材料制备的具有高灵敏度和高选择性的生物传感器。纳米生物传感器可用于检测和监测生物分子的存在和浓度，具有在早期诊断疾病和监测治疗效果方面的潜在应用。

4. 纳米表面改性（Nanosurface Modification）：利用纳米技术对材料表面进行改性，以改善其生物相容性、抗菌性和生物活性等性能。纳米表面改性可应用于人工关节、植入器械等医疗器械的制备，提高其生物相容性和耐用性。

5. 纳米生物成像（Nanobiomedical Imaging）：利用纳米技术和成像技术相结合，实现对生物体内细胞、组织和器官的高分辨率成像。纳米生物成像技术可用于疾病的早期诊断、病理分析和治疗效果评估。

6. 纳米光热疗法（Nanophotothermal Therapy）：利用纳米材料对光能的吸收和转换，产生局部的热效应来治疗疾病。纳米光热疗法已被应用于肿瘤治疗，通过选择性的热损伤癌细胞，实现肿瘤的杀灭。

7. 纳米基因传递（Nanogene Delivery）：利用纳米技术将基因材料输送到细胞内，实现基因治疗。纳米基因传递系统可提高基因材料的稳定性和细胞摄取率，为基因治疗提供有效的途径。