纳米材料生物毒性学习教案

1、纳米材料生物纳米材料生物(shngw)毒性毒性第一页，共18页。 纳米级结构材料简称为纳米材料，广义上是指三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围超精细颗粒材料的总称。根据2011年10月18日欧盟委员会通过的定义，纳米材料是一种由基本颗粒组成的粉状或团块状天然或人工材料，这一本颗粒的一个或多个三维尺寸在1纳米至100纳米之间，并且这一基本颗粒的总数量在整个材料的所有(suyu)颗粒总数中占50以上。第1页/共18页第二页，共18页。纳米膜材料:颗粒膜材料是指将颗粒嵌于薄膜中所生成(shn chn)的复合薄膜纳米颗粒型材料：应用时直接使用纳米颗粒的形态称为纳米颗粒型材料。纳米磁性液体材料磁性液体是

2、由超细微粒包覆一层长键的有机表面活性剂，高度弥散于一定基液中，而构成稳定的具有磁性的液体。纳米固体材料纳米固体材料通常指由尺寸小于15纳米的超微颗粒在高压力下压制成型，或再经一定热处理工序后所生成的致密型固体材料。第2页/共18页第三页，共18页。 制备纳米颗粒的方法包括物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）、微波等离子体、低压火焰燃烧、电化学沉积、溶胶一凝胶过程、溶液的热分解和沉淀(chndin)等，其中，PVD法以“惰性气体冷凝法”最具代表性。第3页/共18页第四页，共18页。金属金属(jnsh)超微颗粒对光的反射率很低，超微颗粒对光的反射率很低，通常可低于通常可低于l，大约几微米

3、，大约几微米的厚度就能完全消光。红外敏感元的厚度就能完全消光。红外敏感元件、红外隐身技术件、红外隐身技术超细微化后却发现其熔点将显著超细微化后却发现其熔点将显著(xinzh)降低降低粉末冶金工业粉末冶金工业特殊的光学性质特殊的热学性质磁性超微颗粒具有高矫顽力磁性超微颗粒具有高矫顽力高储存密度的磁记录磁粉高储存密度的磁记录磁粉超顺磁性磁性液体超顺磁性磁性液体呈纳米晶粒的金属要比传呈纳米晶粒的金属要比传统的粗晶粒金属硬统的粗晶粒金属硬35倍倍特殊的磁学性质 特殊的力学性质纳米材料特性纳米材料特性第4页/共18页第五页，共18页。 纳米科技是21世纪的主流技术之一，目前人造纳米材料已经广泛应用到医药

4、工业、染料、涂料(tlio)、食品、化妆品、环境污染治理等传统或新兴产业中，人们在研究、生产、生活中接触到纳米材料的机会越来越多；同时，环境中也存在大量天然的和工业生产所带来的纳米尺度物质，如柴油车尾气、工厂烟囱排出的废气，垃圾焚烧、沙尘暴等也含有大量的纳米颗粒。第5页/共18页第六页，共18页。人 工合 成 的纳 米 材料 进 入环 境 主要(zhyo) 有 以下 几种情 况 ： 1 ) 纳 米材 料 的大 规 模 工 业 生产 、 运 输 和 处理过 程 中产 生 纳 米 颗 粒 物进 入 环 境 ； 2 ) 个 人 用 品 ，如 化 妆 品 、 防 晒 品 、 纺 织 品等 掺 杂纳 米

5、 尺 度 物 质 ，在洗 脱 过 程 中进 入 环 境 ； 3 )广 泛 应 用 于 微 电子 机械 、 轮胎 、 燃 料 、 纤 维 、 化 工 染 料 和 涂料 等 许 多 产 品中 的纳 米 尺度 物 质 ， 可 能 随产 品 的使 用 、 分 解 而 释放 或 流 入 、渗 入 到 大 气 、水 体 和 土 壤 中 研 究 表明 ，纳 米 材料 可 以 通过 土壤 以极 快 的速 度 转 移 至水 相 中( L e c o a n e t e t a 1 ， 2 0 0 4 ) ， 一 旦 进 入 水 体 ， 由于食 物 链 的 原 因 ， 纳 米 颗 粒 物会 对水 体 生 态 环

6、境 、动 植 物 造 成 很 大 的 影 响 第6页/共18页第七页，共18页。图中黑圆点代表纳米材料, 数字代表其各种环境过程. 1, 大气与地表间的交换; 2, 大气输送; 3, 土壤中迁移扩散/渗透; 4, 土壤中转化; 5, 陆生生物吸收富集; 6, 地下水中迁移/转化; 7, 地表径流; 8, 水体与土壤间交换; 9, 水中分散与悬浮; 10, 水中团聚(tunj)与沉淀; 11, 水体中转化; 12, 水生生物吸收富集; 13, 人体暴露第7页/共18页第八页，共18页。纳米材料可通过三种途径(tjng)进入人体 人们接触纳米材料污染一般通过下面途径(tjng)：一、通过呼吸系统；

7、二、通过皮肤接触；三、其他方式，如食用、注射之类。纳米材料污染物通过上述途径(tjng)进入人体，与体内细胞起反应，会引起发炎、病变等；污染物在人体组织内停留也可能引起病变，如停留在肺部的石棉纤维会导致肺部纤维化。 第8页/共18页第九页，共18页。 纳米材料为何会对人体造成影响呢？当一种物质缩小到纳米尺度后，它的性质就会发生显著变化。实验表明，2毫克二氧化硅溶液注入小白鼠后不会致其死亡，但若换成0.5毫克纳米二氧化硅，小白鼠就会立即毙命。而且，纳米材料不易降解(jin ji)，穿透性强，人一旦吸入纳米颗粒，其健康就会受到潜在的威胁。第9页/共18页第十页，共18页。图片说明：量子点在秀丽线虫

8、消化道内的降解过程。通过比较量子点荧光的光学图像（optical Fluorescence）和量子点组成元素的X射线荧光图像（-XRF）发现，位于消化道末端的量子点组成元素Se大量积累，而光学荧光淬灭，通过对不同部位的化学价态进行分析（X射线吸收谱，-XANES），发现量子点伴随消化过程，结构不断破坏，内核元素发生氧化，导致(dozh)荧光淬灭，同时释放有毒离子，导致(dozh)毒性。 近日，国家纳米科学(kxu)中心中国科学(kxu)院纳米生物效应与安全性重点实验室陈春英研究组与纳米材料研究室唐智勇研究组合作，在以秀丽线虫为模型研究纳米材料生物效应方面取得重要进展，研究结果发表在美国化学会的

9、Nano Letters 杂志上（2011, 11: 3174-3183）。纳米材料与生命体系相互作用及其健康效应问题，是纳米科技领域的重要前沿科学(kxu)问题。第10页/共18页第十一页，共18页。图片说明：量子点从消化系统向生殖系统迁移积累并导致生殖障碍(zhng i)和子代毒性。短期暴露量子点从消化道向生殖系统迁移但不进入卵内；长期暴露后量子点大量积累于生殖系统并产生坏卵、死卵。模式图显示了量子点材料从消化系统向生殖系统迁移的过程。第11页/共18页第十二页，共18页。 2012年4月13-16日在四川大学举办的中国化学会第二十八届学术年会环境化学分会上，北京航空航天大学副教授范文宏，

10、江苏大学杜道林、薛永来，以及中科院生态环境研究中心的专家，都报告了有关(yugun)纳米材料的毒性研究成果。 北京航空航天大学副教授范文宏做了关于“不同表面改性二氧化钛与铜在大型水蚤体内的生物积累和生物毒性”的研究。前日，范文宏接受成都商报记者采访时表示(biosh)，她的研究显示，即使本身毒性不显著的纳米材料，也可以使重金属在生物体内的毒性大大增强。 在范文宏的实验中，她把铜对大型水蚤的生物毒性，以及纳米二氧化钛和铜同时存在时对大型水蚤的生物毒性分别做了研究。结果发现，纳米二氧化钛和铜同时存在时，对大型水蚤的毒性有明显增强，纳米二氧化钛确实增加了大型水蚤对铜的毒性效应。 范文宏表示，纳米材料

11、虽然现在已大量使用，但是还没有产生明显环境污染，估计短期也看不到其污染危害。目前对其环境影响的研究，“是前瞻性的研究，算是未雨绸缪。”第12页/共18页第十三页，共18页。 江苏大学杜道林、薛永来做了关于“纳米二氧化钛通过(tnggu)ROS诱导的氧化损伤途径抑制水稻生长”的研究。薛永来前日在现场报告中表示，他们的研究表明，纳米二氧化钛除了对动物细胞有损伤外，对植物细胞也同样存在损害。 中科院生态环境研究中心有关专家在有关“纳米材料的潜在环境与健康风险”研究中也发现，纳米材料对生物细胞具有一定的危害作用，对细胞的凋亡、功能损伤甚至死亡都存在威胁。第13页/共18页第十四页，共18页。第14页/

12、共18页第十五页，共18页。 防止废料产生防止废料产生 :在药品释放方面要求降低药品用量在药品释放方面要求降低药品用量 ,尽量少地成为人体中的废物尽量少地成为人体中的废物 。 在生产过程中也要减少废物的产生在生产过程中也要减少废物的产生 。 原子经济原子经济 :自下而上的纳米技术本身的原子经济效益高自下而上的纳米技术本身的原子经济效益高 ,因为因为(yn wi)其产品是在自我装配其产品是在自我装配过程中按原子或分子形成过程中按原子或分子形成 ,不会产生废物不会产生废物 。 低危害的化学合成低危害的化学合成 。 设计用安全材料设计用安全材料 : 例如药品的释放既提高了安全性又减少了副反应例如药品

13、的释放既提高了安全性又减少了副反应 。 安全的溶剂和助剂安全的溶剂和助剂 : 已经出现了多种绿色合成纳米粒子的方法已经出现了多种绿色合成纳米粒子的方法 。 进行能源效率设计进行能源效率设计 : 如自组装法加工纳米粒子就是在作用力较小的状态下进行的如自组装法加工纳米粒子就是在作用力较小的状态下进行的 。 应用可再生原料应用可再生原料 。 催化催化 :催化剂纳米粒子可以加强反应的选择性催化剂纳米粒子可以加强反应的选择性 ,从而降低了反应所需要的能量从而降低了反应所需要的能量 ,反应可在较低的反应可在较低的温度下进行温度下进行 。 降解设计降解设计 :药品释放中应用的纳米粒子可以在人体内破碎药品释放

14、中应用的纳米粒子可以在人体内破碎 。 纳米粒子释放入环境造成的污染纳米粒子释放入环境造成的污染要分解成无害物要分解成无害物 。 污染防治的实时监测分析污染防治的实时监测分析 。 本身安全的化学本身安全的化学 :涉及纳米材料及其应用的全过程涉及纳米材料及其应用的全过程 。第15页/共18页第十六页，共18页。 第一，预防纳米材料环境风险应把好源头关，在生产应用纳米材料的各个工业环节防止纳米材料的泄漏，发展监控纳米材料泄漏的技术和装置，制定标准，确定(qudng)安全风险的最低含量，制定安全操作条例和产品保存及运输的方式； 第二，发展纳米材料回收、再利用和再处理技术，对不能回收的纳米材料，必须发展环境友好的绿色处理技术，努力做到不给环境安全带来二次污