最近,可能大家的朋友圈都被一条爆款网文刷屏了:


大约七八年前,我听了一场有关纳米材料的讲座,演讲者是一位本领域极为知名的学者。在讲完最新的科研成果之后,这位学者分享了一个故事:他有一个研究碳纳米管的同事,不抽烟、爱运动,但莫名其妙得了肺癌,很快就去世了。


当然,这其实是个地道的没头没尾的网络流言,不过如果我们再查查新闻,2019年11月14日,国际化学秘书处(ChemSec)更新了SIN(需要及时被替代的材料)清单,这份清单中出现了一个名字——碳纳米管(CNTs)


那么,纳米材料,这种应用前景潜力无穷的黑科技材料,究竟对人体有没有危害呢

碳纳米管:天使还是魔鬼?


碳纳米管(CNTs)是由碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。这是一种“明星”纳米材料,因为具有优异的力学、电学等性质,被广泛用在超强纤维、电子产品、电池等领域。


显微镜下的碳纳米管构造 | www.news-medical.com


SIN,是英文“Substitute It Now”的缩写,直译过来就是“赶紧换掉!”。顾名思义,这个清单列出了各种产品制造中会使用的危险化学品。ChemSec给出的建议是:凡是上了这个清单的,都是对人类和环境有害的,应尽量避免使用。


碳纳米管,是有史以来第一个被列入SIN清单的纳米材料


SIN清单中“碳纳米管"相关页面的截图 | www.sinlist.chemsec.org


2020年1月,国际化学品秘书处(ChemSec)毒理学专家安娜·林可斯特(Anna Lennquist)等人在国际知名期刊《自然-纳米技术》(Nature Nanotechnology)上发表了一篇文章,解释了将碳纳米管加入SIN的原因。


SIN清单有三方面入选标准,分别是致癌性、生殖毒性和持久性(Carcinogenic,Reproductive toxicity, Persistent )。


在致癌性方面,早在2014年,国际癌症研究机构(IARC)就将一种名为“MWCNT-7”的碳纳米管判为“可能对人类致癌”。他们研究发现这种碳纳米管会持久地造成小鼠的肺部炎症,符合致癌标准。2019年,我国学者的研究也证明了碳纳米管在肺部积累会加速肿瘤的转移。


沉积在小鼠体内的碳纳米管 |https://phys.org/news/2009-10-carbon-nanotubes-affect-lining-lungs.html


碳纳米管也符合生殖毒性的条件。研究发现,通过静脉注射碳纳米管到孕期小鼠体内,会造成小鼠胚胎的致死和致畸。雌性小鼠如果暴露在碳纳米管环境中,早期流产和胎儿畸形的比例也较高。


在持久性方面,碳纳米管在水中半衰期超过60天,在土壤中更是可以保持超过180天。


三发全中,有了这些研究,ChemSec有足够的底气将CNTs打入SIN清单。按ChemSec该项目负责人的话说:“这些研究已经足够了,证明这些材料(CNTs)不能用。


然而,一石激起千层浪,很多研究相关领域的学者坐不住了。


首先,瑞典卡罗林斯卡学院的Bengt Fadeel教授认为,不能一竿子打死一船碳纳米管。碳纳米管有很多种类。不同的长度、层数、直径以及表面的化学状态都会对它的生物性质产生影响。照他的话说:“碳纳米管生而不平等 (not all CNTs are created equal)。”


在SIN给出的碳纳米管损伤肺部研究中,只涉及到了一种较长的碳纳米管。而有证据表明,短的碳纳米管毒性会低很多。所以,不加分别地把所有碳纳米管作为一种材料加入到SIN,是一种不合理(unjustified)的做法。


这篇发表在《自然-纳米技术》上的反对ChemSec文章,有着罕见的超长作者列表 |https://www.nature.com/articles/s41565-020-0656-y


紧接着,39名学者联名发表了一篇评论文章,旗帜鲜明地反对将碳纳米管加入SIN。


这篇有着长长作者列表的文章,进一步论证了ChemSec此举的不合理之处。他们指出,大量研究都显示“CNTs的致癌性证据不足或影响有限”。


更重要的是,他们指出碳纳米管进SIN这事会严重阻碍技术创新(damaging to innovation)。人身和环境安全确实是重中之重,但是,新技术需要不断探索才能完善,“只有我们对一种材料进行足够深入的了解,才更有可能找到其安全使用的方法”。现如今,碳纳米管同样广泛用在医疗领域,比如用于增强细胞分化,精确传递药物或者进行分子成像等,将所有碳纳米管无差别判入SIN清单,这些领域的研究势必会受到冲击。


碳纳米管应用前景十分丰富,包括电池,集成电路,新型涂层与粘合剂,制药等等 | www.mdpi.com


碳纳米管只是“纳米材料毒性之战”的第一枪,之后会有一个又一个纳米材料进入到讨论范围。石墨烯、量子点、纳米金、纳米银、硅纳米线,这个名单还可以列得很长。对于这些材料的安全评估一直在做,但目前很多数据还并不充分。可想而知,有关纳米材料与SIN清单的争议还会持续下去。


我们为什么要担心纳米材料?


当我们在讨论纳米材料时,我们究竟在害怕什么?


害怕它们的小。


纳米材料,泛指三维尺度至少有一维处于纳米量级(1~100纳米)的材料。一根头发的直径大约是6~8万纳米。尺度上的极致减小,赋予了纳米材料很多奇异的性质。因此,很多人认为这些新材料会带来下一轮技术革命。


随着技术的发展,越来越多的纳米材料进入人类社会。根据2015年的报道,商业化的纳米材料已超过1800种,现如今,这个数字肯定增长了很多。2019年,全球纳米材料市场价值85亿美元,相关机构分析,这一数值在2027年将增加到220亿美元。


从手机到化妆品、从家具到染料,这些产品中的纳米成分随时可能脱落,进入大气、河流和土壤。此外,人类的生产生活中,制造出很多污染物也是纳米级别的。在评价空气污染的指标中,有一项叫做PM0.1,指的就是环境空气中粒径小于100纳米的颗粒。


头发,细砂与PM2.5颗粒的尺寸对比| www. polymer.cn/sci/kjxw13659.html


直径在5~10微米的颗粒物可以进入鼻腔和咽喉,对于这些颗粒,人是可以咳出来。但颗粒更小时,比如PM2.5颗粒(粒径小于2.5微米),它们会进入气管、支气管,直接损害到肺泡,对人体健康影响更大。而尺寸更小的纳米颗粒,其危害性可能更大,因为它们小到足以穿透人体内的“生理屏障”。


所谓的“生理屏障”有很多种,比如血脑屏障、血胎屏障、血睾屏障等等。它们如同一层保护膜,将人体中的重要器官和血液隔开,可以让营养物质通过,将有害物质隔离在器官之外。但是,有研究证明,纳米银能穿透大鼠的血脑屏障,而纳米金颗粒可以通过母鼠的胎盘屏障,进入胎儿体内。


与大颗粒相比,纳米颗粒能在人体中能走得更深、更远。


另一方面,如何监控纳米颗粒是一个巨大的挑战。


我们可以捡起塑料瓶、回收废电池,让工厂不排污水、净化废气。这些我们都看得见,摸得着,管理起来也更容易。但到了纳米尺度,很多对于传统污染物的检测和防控手段就不起作用了 。


在巴黎地区哮喘儿童肺部中的碳纳米管 | www.https://www.kurzweilai.net/carbon-nanotubes-found-in-cells-from-airways-of-asthmatic-children-in-paris


2015年,研究者在巴黎地区几十名哮喘病儿童的肺部中检测到了碳纳米管。在这项研究的论文中,实验人员明确地说,他们借助了透射电子显微镜才定位了碳纳米管,而用普通的光学显微镜则无法分辨。因此,他们强烈建议“对此前的相关研究进行重新评估。


一种用于观察纳米颗粒的典型设备——透射电子显微镜, 价格在几十万到几百万美元不等 | www.labx.com


入侵人体能力更强,体积微小防不胜防,这就是纳米材料和纳米级污染物的隐患。


我们该怎么办?


作为一个纳米行业的从业者,我个人的建议是——“不要怕,等等看”。


首先,不要怕。


我们能看到一篇又一篇证明某种纳米材料有毒的报道,但这里面要指出的是,研究者或者媒体天生存在一个倾向,就是缺乏毒性的数据通常不会发布,或者不会大肆宣传。因为“这东西没毒”,这个结果似乎并没那么“引人注目”。所以,呈现在我们面前的往往是“最震撼”的消息。


虽然应用领域很多,但普通人能接触到的纳米材料种类还是十分有限的,而且所能接触的量也极其微小。有些纳米材料毒性研究,都是把大剂量样品直接注射到动物体内。幸运的是,我们不是小白鼠,不会遇到这种极端危险。


我们人类身体其实也有很多方法来对付纳米颗粒。比如,吞噬细胞可以把纳米颗粒吞掉并降解;很多纳米材料也可以经消化道或者肾脏代谢,被排泄出体外。


至于“等等看”。就是说,咱们不要太匆忙下定论。


毕竟纳米材料是新兴技术,对纳米材料的毒理研究肯定也是刚起步没多久,目前所得到的数据大多还是片面的,甚至很多研究报道是相互矛盾的。


碳纳米管诞生了30年,算是“老一辈”纳米材料了,而且使用范围很广,对于它的研究尚且存在如此大的争议。值得一提的是,我国学者对碳纳米管生物毒性的研究做出过很大贡献。国家纳米中心的陈春英等人曾系统地研究过碳纳米管的形状、结构、长度等特征对它生物性质的影响,并率先建立了一套碳纳米管生物毒性的评价标准。


当然,一篇讲毒性的科普文,读者最想看到的,无疑是那种确凿的论断:“这个有毒,咱们离远点”或者“那个没毒,可以放心用”。但对于纳米材料的毒性,我们还站在浓浓迷雾之中,远没到斩钉截铁的时候。


我们更该恐惧的不是纳米材料本身,而是盲目的决策或者跟风的喧嚷。


请给科学家们一点时间。


参考文献

[1] Hansen, S.F., Lennquist, A. Carbon nanotubes added to the SIN List as a nanomaterial of Very High Concern.Nat. Nanotechnol.2020, 15, 3–4.

[2] Lu, X., Zhu, Y., Bai, R.et al.Long-term pulmonary exposure to multi-walled carbon nanotubes promotes breast cancer metastatic cascades.Nat. Nanotechnol.2019, 14,719–727.

[3]https://nanotech.lawbc.com/2019/11/chemsec-adds-carbon-nanotubes-to-sin-list

[4]https://phys.org/news/2009-10-carbon-nanotubes-affect-lining-lungs.html

[5] Fadeel, B., Kostarelos, K. Grouping all carbon nanotubes into a single substance category is scientifically unjustified.Nat. Nanotechnol.2020, 15,164.

[6] Heller, D.A., Jena, P.V., Pasquali, M.et al.Banning carbon nanotubes would be scientifically unjustified and damaging to innovation.Nat. Nanotechnol.2020, 15,164–166.

[7]http://www.cas.cn/xw/kjsm/gndt/201211/t20121122_3687369.shtml

[8]https://www.grandviewresearch.com/industry-analysis/nanotechnology-and-nanomaterials-market

[9] Yiqun Zhou, Zhili Peng, Elif S. Seven, Roger M. Leblanc,Crossing the blood-brain barrier with nanoparticles,Journal of Controlled Release, 2018, 270, 290-303.

[10] 金属纳米材料的遗传毒性及遗传毒理机制,沈丽萍 王治东 周平坤,中华预防医学杂志 2015, 49, 9, 831-834.

[11] Sijin Liu, Yonglong Lu, Wei Chen, Bridge knowledge gaps in environmental health and safety for sustainable development of nano-industries, Nano Today, 23, 2018, 11-15.

[12] Kolosnjaj-Tabi J, Just J, Hartman KB, Laoudi Y, Boudjemaa S, Alloyeau D, Szwarc H, Wilson LJ, Moussa F. Anthropogenic Carbon Nanotubes Found in the Airways of Parisian Children. EBioMedicine. 2015, 2, 1697-704.


作者:圆的方块

编辑:朱步冲


一个AI

不要听风就是雨,据说隔夜开水还致癌呢

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