ISO 193372023 纳米技术.评估固有纳米物体毒性的体外测定用纳米物体工作悬浮液的特性标准立项发展报告

*纳米技术.评估固有纳米物体毒性的体外测定用纳米物体工作悬浮液的特性标准立项发展报告英文标题StandardizationDevelopmentReport:Nanotechnologies—Characteristicsofworkingsuspensionsofnano-objectsforinvitroassaystoevaluateinherentnano-objecttoxicity摘要随着纳米技术的飞速发展，纳米材料已广泛应用于医药、电子、能源、环境等多个领域。然而，纳米物体因其独特的物理化学性质，其潜在的健康与环境风险也日益受到关注。准确评估纳米物体的固有毒性，对于保障人类健康、环境安全以及推动纳米技术产业的可持续发展至关重要。然而，纳米物体在生理环境中的行为复杂，其团聚、分散状态等特性会直接影响体外毒性测试结果的可靠性、可重复性和可比性。目前，全球范围内缺乏针对用于固有毒性评估的纳米物体工作悬浮液的统一制备与特性表征标准，导致不同实验室、不同研究之间的数据难以整合和比较，严重制约了纳米安全性科学的发展。本报告基于国际标准化组织（ISO）发布的ISO19337:2023标准，对该标准立项的背景、核心技术内容、制定过程以及其对于纳米毒理学研究和纳米材料风险评估的重要意义进行了全面阐述。报告指出，该标准的发布标志着纳米毒理学体外测试领域向标准化、规范化迈出了关键一步，为全球纳米材料的安全属性评价提供了统一的技术框架。通过规定工作悬浮液的制备、表征及报告要求，该标准旨在显著提升体外测定数据的质量、精密度和再现性。本报告旨在为从事纳米材料安全性评价的研究人员、检测机构、监管部门和相关企业提供重要的技术参考和指导。关键词中文关键词：纳米技术；纳米物体；体外测定；固有毒性；工作悬浮液；特性；标准化；ISO19337英文关键词(Keywords):Nanotechnologies;Nano-objects;Invitroassays;Inherenttoxicity;Workingsuspensions;Characterization;Standardization;ISO19337正文1.引言：纳米安全性评价的标准化挑战纳米技术作为21世纪的关键使能技术，其产业化进程不断加速。与此同时，纳米材料可能带来的新型健康风险，即纳米安全性问题，已成为全球科学界、产业界和公众关注的焦点。准确、可靠地评估纳米材料的毒性效应，是实现其安全设计、安全生产和安全应用的首要前提。体外测定（invitroassays）因其成本低廉、操作可控、高通量以及符合3R原则（减少、替代、优化动物实验）等优势，在纳米毒理学筛选中扮演着日益重要的角色。然而，纳米物体在液体介质中的行为极其复杂，受到其自身物理化学性质（如粒径、形状、比表面积、表面电荷、化学组成等）以及溶液环境（如pH值、离子强度、蛋白质组分等）的共同影响。纳米颗粒在水性或生理缓冲液中极易发生团聚和沉降，从而改变其实际作用于细胞的剂量、形态和表面积，最终影响毒性效应的测试结果。这种分散状态的不确定性，是导致不同实验室间纳米毒性数据重复性差、可比性低的根本原因之一。因此，为评估固有纳米物体毒性而进行的体外测定，其成败与否高度依赖于测试用纳米物体工作悬浮液的质量和特性。制定统一的国际标准，对工作悬浮液的制备、表征与报告进行规范，是解决上述核心瓶颈的迫切需求。2.标准制定背景与项目立项2.1行业与监管需求在过去的二十年中，纳米毒理学研究文献数量激增，但其中大量研究结果由于实验细节描述不清、悬浮液制备方法各异、特性表征不全面等，导致研究结论相互矛盾，难以被监管决策机构采纳。例如，化学品的注册、评估、授权和限制法规（REACH）以及美国环保署（EPA）等监管机构，在评估纳米材料风险时，明确要求提供可靠的体内和体外数据。然而，由于缺乏标准化的测试方法，这些数据的质量参差不齐，增加了监管评估的难度和不确定性。科研界和工业界迫切需要一套公认的、可操作的标准化指南，以确保体外毒性测试结果的可信度和可转移性。2.2ISO/TC229的工作基础国际标准化组织纳米技术委员会（ISO/TC229）是全球纳米技术标准化领域的核心机构。自成立以来，该委员会发布了多项关于纳米材料表征、术语、健康与安全实践的基础性标准。例如，ISO/TS80004系列定义了纳米技术术语，ISO/TS10797和ISO/TS10798等标准提供了纳米材料的表征方法。然而，针对体外毒性测试这一特定应用场景中悬浮液制备与表征的专门标准尚属空白。ISO19337:2023正是在此背景下，由ISO/TC229内的工作组（通常是WG3“健康、安全和环境”）牵头立项并制定的。该标准的研制汇集了来自全球的纳米毒理学、材料科学、标准化领域的顶尖专家，旨在填补这一关键标准缺口。3.标准核心技术内容解读：ISO19337:2023ISO19337:2023的发布，为体外测定用纳米物体工作悬浮液的制备、表征和报告提供了一个全面的、系统的技术框架。该标准的内容核心可以概括为以下几个方面：3.1标准的适用范围与核心目标该标准规定了纳米物体工作悬浮液在用于评估固有纳米物体毒性的体外测定之前，应确定其关键特性，并为这些特性提供报告要求。其核心目标是通过控制悬浮液的初始状态，提高体外毒性数据的可靠性（Reliability）、重复性（Repeatability）和再现性（Reproducibility）。标准明确适用于原始形态的纳米物体，包括纳米颗粒、纳米纤维或纳米片等，不涉及生物活性的测试方法本身。3.2关键特性表征要求标准详细规定了评估工作悬浮液状态所必需的、关键的物理化学特性参数。这些参数直接关系到纳米物体在测试介质中的实际暴露状态，包括但不限于：-粒径分布和平均粒径：包括在水和/或测试介质中的水动力直径（Hydrodynamicdiameter），是判断分散程度和团聚状态的核心指标。-团聚状态（Agglomeration/Aggregation）：明确区分初级粒子形成的硬团聚体和由物理作用力形成的软团聚体。-Zeta电势（ζ-potential）：表征颗粒表面电荷密度，是预测悬浮液稳定性的重要参数，影响颗粒间的静电排斥力。-形态和结构：利用透射电子显微镜（TEM）或扫描电子显微镜（SEM）观察颗粒的原始形态、形状及表面结构。-元素组成和纯度：确认基础化学成分，并评估潜在杂质的影响。-比表面积：对于给定质量的材料，比表面积直接影响与细胞的接触概率和反应活性。-溶解度和溶出率：评估纳米材料在介质中是否会发生溶解，释放出有毒离子。标准特别指出，对于溶解性较高的材料，应重点关注其溶出动力学。3.3工作悬浮液制备方法标准提供了标准的、可操作的悬浮液制备流程，旨在将纳米物体从粉末状态分散到液体介质中，并最大限度地减少人为因素导致的批次间差异。典型流程通常包括：-前提步骤：准确称量纳米材料，并记录其初始状态。-分散步骤：使用适当的分散剂（如牛血清白蛋白BSA、天然肺表面活性剂等）或采用机械分散方法（如超声分散、振荡、剪切力等）。标准对超声分散的参数（如超声探头类型、功率、时间、温度控制）提出了明确要求，以避免过度超声导致材料结构破坏。-稳定化与储存：完成分散后，悬浮液应在规定的条件下（如时间、温度、避光）进行稳定，以评估其短期稳定性。标准明确了工作悬浮液制备后应尽快使用，并建议记录其有效期。3.4报告要求与数据解释该标准的另一个重要贡献是建立了统一的报告模板和信息内容指南。它要求使用者在发表研究结果或向监管部门提交数据时，必须至少报告以下信息：-所有表征方法的具体细节，包括所用仪器和测量条件。-工作悬浮液的原始数据（如粒径分布曲线、Zeta电位值等），而非仅仅是平均值。-使用的分散协议（包括分散剂的种类和浓度、超声条件等）。-测试介质的化学组成（如pH、离子强度、蛋白质浓度等）。-任何可能影响结果的异常情况或观察。这种详尽、标准化的报告要求，使得不同研究之间的对比成为可能，并为后续元分析（Meta-analysis）提供了关键数据基础。4.主要参与单位介绍：美国国家标准与技术研究院(NIST)在ISO19337:2023标准的制定过程中，来自美国国家标准与技术研究院（NIST）的科学家团队扮演了至关重要的领导和技术贡献角色。组织背景与使命：NIST隶属于美国商务部，是美国历史最悠久、规模最大的物理科学实验室之一。其核心使命是“通过推进测量科学、标准与技术，以促进美国的创新和产业竞争力，从而提升国家经济安全和生活质量”。在纳米技术领域，NIST被视为全球计量科学的权威机构。其下属的材料测量实验室（MaterialsMeasurementLaboratory,MML）和物理测量实验室（PhysicalMeasurementLaboratory,PML）在纳米材料物理化学性质的表征方法开发、标准物质（SRM）研制以及数据验证方面拥有世界领先的设施和专家团队。在该标准中的具体贡献：1.方法论基础：NIST的专家团队（如Dr.VincentHackley等）长期从事纳米颗粒的分散、表征和标准物质研究。他们开发的“纳米颗粒分散协议”和“悬浮液稳定性评估方法”是该标准草案的技术核心。例如，他们系统地研究了不同分散条件（超声功率、时间、温度）对典型纳米颗粒（如二氧化硅、二氧化钛、金纳米颗粒）分散状态的影响，为制定可量化的分散参数提供了坚实的实验数据。2.技术验证与数据共享：NIST主持了该标准草案的室内和室间验证研究（InterlaboratoryStudy）。他们邀请来自不同国家、不同类型的实验室（政府、学术、工业）使用同一批次的纳米标准物质，按照草案协议制备工作悬浮液并进行表征。通过收集和分析这些跨实验室数据，NIST能够科学地评估该草案的重复性和再现性，并识别出需要改进的环节，最终确保了标准文本的*健壮性*（Robustness）和可操作性。3.标准物质支撑：NIST是纳米标准物质（SRMs）的主要供应方。例如，其著名的金纳米颗粒SRM®8011/8012/8013系列和二氧化钛纳米颗粒SRM1898/1899，为该标准的研发和验证提供了关键的物质基础。研究人员可以利用这些有证标准物质来校准仪器、验证测量协议，从而保证了全世界范围内采用本标准所获得数据的一致性和可溯源性。4.编辑与评审：NIST的标准化专家在国际标准制定中担任项目负责人、编辑或技术评审专家，负责将这些复杂的科学概念转化为清晰、严谨、无歧义的标准文字，并协调来自不同国家和利益相关方的意见，推动标准顺利通过ISO/TC229委员会的投票，最终获得发布。NIST的深度参与，不仅提升了ISO19337:2023的技术含量，使其建立在世界一流的计量科学基础之上，也大大增强了该标准的国际公信力和推广价值。5.标准的应用价值与挑战5.1实际应用价值-提升数据质量：严格遵循本标准的操作指南，将显著降低因悬浮液制备差异导致的数据不确定性，使获得的毒性数据更加真实可靠。-促进研究比较：统一的报告要求使得不同课题组、不同项目生成的数据能够进行有意义的比较和整合，加速了纳米毒性的系统认知。-推动产业合规：对于开发纳米材料的公司而言，遵循ISO19337:2023可以确保其安全性评估数据满足国际监管要求，降低市场准入风险，并增强产品竞争力。5.2面临的挑战与未来方向-复杂材料的适用性：该标准主要针对“原始形态”纳米物体，但对于经过表面修饰（如配体包裹、聚合物涂层）或复合结构的纳米材料，其适用性需要进一步评估和扩展。-实验室实施成本：所要求的精密表征设备（如DLS、TEM、ICP-MS等）和专业的操作技能，对于一些资源有限的研究机构或发展中国家的实验室，是较为高昂的投入。-跨介质的动态变化：工作悬浮液的特性在进入复杂的生物学培养基（含有蛋白质、多肽、盐类等）后，会迅速发生动态变化（如蛋白质冠形成）。标准虽然要求在测试介质中表征，但如何在测试进行期间持续监控这种动态变化，仍是一个前沿研究课题。结论ISO19337:2023《纳米技术—评估固有纳米物体毒性的体外测定用纳米物体工作悬浮液的特性》标准的发布，是纳米安全标准化进程中一个具有里程碑意义的成果。该标准直面了纳米毒理学领域中长期困扰研究人员的“重现性危机”，通过提供一个严谨、系统、国际公认的技术框架，从根本上提升了体外毒性测试数据的内在价值——即数据的可靠性与可比性。它不仅仅是一份技术规范，更是一套建立科学共识和提升行业自律的操作指南，为高通量筛选、风险排序和监管决策提供了统一的计量语言。展望未来，标准化工作将在以下几个方面持续深化：一是围绕该标准，开发配套的应用指南和测试案例，特别是针对新兴的二维材