納米:俠客還是殺手?

近年來，凡和人們生活相關的東西，納米技術似乎都能滲透：建材、塑料、紡織、醫藥、能源、農業、化妝品……納米技術的發展將給人們的生活帶來巨大變化，這是可以預見的。比如，能源方面，由于更精確更合理地利用原材料，使得資源得以大大節約。美國就計劃用納米技術節約10％的照明能源：在紡織業上，使用納米材料處理的布料將更抗菌、更耐磨；在材料加工上，許多產品用納米材料作為包裝更具防腐功能。

但是，科學家同時發現，納米顆粒物吸附力強、表面不飽和化合鍵很多，更容易吸附空氣中的有機物，成為多種有機污染物廣泛傳播的重要載體。它還能富集空氣中的農藥、多氯聯苯等有機污染物和砷、汞、鎘等重金屬元素，形成共污染物，造成快速、廣泛而持久的環境污染：在空氣中，納米顆粒物是以氣溶膠形式存在的，能長期漂浮于空氣中，并隨人體呼吸過程進入肺組織深部，進入血液，并隨血液遷移到其他組織器官i在水中，由于布朗運動等作用，納米顆粒物很難沉降，能使水形成懸濁狀態。水生動物，如水蚤和魚能富集納米顆粒物，使之進入食物鏈：在土壤中，納米顆粒物能暢通無阻地在土壤中轉移，也能被蚯蚓、細菌吸收和進入食物鏈。

7名病人

2007年1月至2008年4月，北京朝陽醫院職業病與中毒醫學科陸續來了7個奇怪的病人。她們來自河北承德的一家印刷廠，在同一個部門工作。這些女工的最初癥狀表現為呼吸急促，聲音大得“像開了風箱”。當時，她們所在的工廠接到了一單生意，為將近5 000平方米的有機玻璃上色。為此，她們每人每天使用大概6千克涂料，這些涂料都添加了納米材料。

不知道從什么時候起，女人們的臉頰、脖子開始出現月季花瓣狀的紅斑。當時她們并未在意，偶爾還會嬉笑著互相抓抓癢，喊上幾句“你又過敏了”。但時間久了，她們身上的瘙癢越發嚴重，而且胸悶，氣喘。于是，她們陸續來到北京朝陽醫院職業病與中毒醫學科做相關職業病鑒定。這批病人引起了醫生宋玉果的注意。對病人進行了常規檢查和病毒學檢查后，他發現，她們都有或多或少的胸腔積液，同時患有非特異性間質性肺炎。在胸部X光和CT的掃描下，這些長期發炎的肺部像是浸水的餅干，腫漲了。更為嚴重的是，其中兩人的肺部已經嚴重纖維化，“看上去好像老樹皮，黑斑密布的樣子”。而正常的肺表面密布健康的肺泡細胞，像一棵根枝繁茂的樹，時刻進行著新陳代謝。除此之外，病人的肺部外部組織還產生了胸膜肉芽腫，一些血管糾結在一起，發酵成了肉芽組織。用顯微鏡看，這些細胞都發炎“成了發糕狀”。

宋玉果決定到她們的工作現場看一看。現場的一幕令他吃驚：在一間70平方米的車間里，沒有一扇窗戶，只有一個出入的小門。專家們使用色譜裝置發現，女工們使用的涂料含有丁酸、丁基酯、醋酸、正丁醇、甲苯等。通過電子顯微鏡，宋玉果有了新發現——直徑約30納米的顆粒。

過了大約半年的時間，這7名女工的最初癥狀發生了變化。那些“浸水的餅干”，發展成了“發酵的面包”。胸片顯示的結果更為可怕：那些肺部彌漫著或黑或灰的雜質，有的看起來像磨了一半的毛玻璃，有的黑乎平的，什么都看不見。宋玉果用一根長長的管子，從這些變異的肺里提取了一些液體，結果在液體里也發現了許多納米顆粒。這些顆粒，和調查人員從工廠通風口取得的標本完全一致。

宋玉果還從這些納米顆粒中提取出了變異的細胞質和肺上皮細胞。這些肺上皮細胞的染色質發生了嚴重濃縮，邊緣呈現萎靡狀態，細胞的形態特征基本上呈現新月狀——這些都是細胞死亡的前兆。

此外，研究組還對病人進行了面部、手臂皮疹的治療。同樣，他們在病人的皮膚細胞里也發現了納米顆粒，直徑同樣為30納米左右。

研究人員將少量碳納米管注入實驗鼠體內。不到1個小時，這些原本活蹦亂跳的小白鼠，就像吸入了石棉顆粒，出現呼吸急促、瞳孔渙散的現象。大概4個小時后，和人類一樣，它們出現了明顯的肺間質纖維化，肺部彌漫黑斑。

宋玉果認為，正是印刷工業采用的納米顆粒導致了這些女工的病變。他把研究結果寫成論文發表在2009年9月號的《歐洲呼吸雜志》，據稱，這是全世界第一例納米顆粒可能致命的臨床毒理病例報告，在國際上引起了很大反響。宋玉果認為，由于納米顆粒直徑微小，可輕易穿透人的皮膚細胞，進入肺上皮細胞，粘貼于細胞質，并且圍繞著細胞膜產生毒性。某些納米物質可能還在人體內開始了“環球旅行”，它們將母體存放于各個器官。

不過，也有不少專家表達了反對意見，他們認為，那家工廠里還含有很多別的有害氣體，在沒有對照試驗的情況下，不能輕易地把責任歸在納米顆粒身上。

納米殺手?

目前，納米材料廣泛用于建筑涂料、電子器材、化妝品，甚至衣服的面料等領域，再加上汽車的普及，使得城市大氣中由尾氣組成的納米級污染顆粒的含量迅速上升。因此，不少實驗室開始研究納米的潛在危害。

日本的研究人員發現，納米材料很可能會對DNA分子造成傷害。東京理科大學教授武田健和同事研究了納米顆粒對新生小鼠基因表達的影響。他們把二氧化鈦納米顆粒注射進懷孕母鼠體內，然后解剖，分析發育到不同階段的新生雄性小鼠的基因表達模式，結果發現有100多個基因與對照組小鼠存在差異。與這些基因的功能有關聯的疾病范圍很廣，包括兒童自閉癥、學習障礙、癲癇、阿爾茲海默式病和帕金森氏癥等。這篇文章發表在2009年8月份的《微粒和纖維毒理學報》上。但武田健教授同時指出，這項實驗只是發現了基因表達的變化，并不能說明這些小鼠出生后一定會得這些病。另外，研究人員為母鼠注射了大劑量的二氧化鈦納米顆粒的做法，和自然情況并不相符。

2009年11月16日，《癌癥研究》雜志發表了美國加州大學洛杉磯分校科學家的論文，首次證明二氧化鈦納米顆粒能打斷單鏈和雙鏈DNA分子，造成染色體斷裂，引發癌癥。實驗小鼠只要接觸這種納米顆粒5天之后就能看到這種效應。那么，納米顆粒是如何打斷DNA分子的呢7我們知道，二氧化鈦是一種化學惰性分子，很難與其他分子發生化學反應。二氧化鈦納米顆粒的直徑通常至少在10納米以上，而DNA分子的直徑為2納米，構成DNA分子主鏈的碳一碳化學鍵的長度則在0.12～0.15納米之間，納米顆粒不太可能“沖斷”DNA分子。

研究人員認為，這是由于納米顆粒能夠引發炎癥反應。納米顆粒太小，可隨意在人體內四處游走，并在亞細胞的水平上改變人體微環境，誘發“氧化應激效應”，導致人體產生更多的自由基。當微粒的體積越來越小時，其相對表面積就越來越大。人體免疫系統對這種奇怪的物質很不熟悉，把它們當做敵人加以攻擊。由于納米顆粒的數量巨大，這種攻擊便持續不斷，引發了慢性炎癥反應。正是這種炎癥反應導致了細胞一直處于應激狀態，其后果就是DNA發生斷裂，直至誘發癌癥。

二氧化鈦是最常見的一種納米顆粒，全球每年的產量高達200萬噸。這種新型材料廣泛用于化妝品工業，甚至牙膏和食品著色劑中，尤其是防曬霜中含量很高，因為它對紫外線有防護作用。因此，科學家建議消費者盡量不用噴涂式防曬霜，以免不小心吸入納米顆粒。這種顆粒不能穿透皮膚，卻能通過肺部進入血液循環系統。

在美國化學學會年會上，有三個研究小組也曾分別報告說，納米材料具有特殊的毒性。位于休斯頓的美國宇航局太空中心的研究小組發現，向小鼠的肺部噴含有碳納米管的溶液，碳納米管會進入小鼠肺泡，并形成肉芽瘤。杜邦公司的一個研究小組也發現了類似的結果。用聚四氟乙烯制作的納米顆粒毒性更強。紐約州羅切斯特大學的一個研究小組讓大鼠在含有這種納米顆粒的空氣中生活15分鐘，就會導致大多數老鼠在4個小時內死亡。在另一項研究中，該研究小組發現用碳13和錳制作的納米顆粒能夠進入大鼠的嗅球，并遷移到大腦。

美國“納米新產品項目”機構的首席科學顧問安德魯·梅納德也在英國《自然》雜志上撰文指出，納米產品有害的說法目前主要停留在理論上，但可信度較高。許多研究表明，納米顆粒大小、比表面積、可溶性和表面化學性能等因素，均可能決定納米材料是否有潛在危害。

納米材料的生物效應與毒性的研究數據，目前還很少。初步的實驗證據提示我們，即使化學成分相同的物質，它的微米顆粒與納米顆粒也可能具有不同的生物效應，這些生物效應可能有益也可能有害，大量未知的問題需要研究。

未雨綢繆

英國《自然》雜志子刊《納米技術》曾公布過一項對全球400名著名科學家的調查。結果顯示，盡管對納米時代的前景振奮不已，但科學家也承認，自己比普通人更害怕納米技術，因為這項技術對人體和環境的影響完全無法預料。

目前還不能確定納米產品會危害人體健康。即使科學家能夠確定，也不必恐慌，因為納米技術現在還處于實驗室探索階段，容易加以控制。但是納米技術就像其他新技術，有可能帶來安全、社會諸多問題，在推廣之前應該對此有清醒的認識和透徹的了解，未雨綢繆，以免出現難以控制的、不可逆轉的嚴重后果。

在以前，我們主要強調的是納米技術美妙神奇的一面，而有意無意地忽視它可能帶來的負面影響。如果因為擔心負面影響而不敢發展納米技術或做出過于嚴格的限制，那當然是不可取的；但是不考慮后果地盲目發展納米技術，也是危險的。

正如科學院白春禮院長指出：我們要有“科學發展觀”的思想，不能再走20世紀“先發展后治理”的老路，因為這條路已經給人類帶來了太多的災難。我們要在發展納米技術的同時，同步開展其安全性研究，使納米技術有可能成為人類第一個在其可能產生負效應之前，就已經過認真研究，并最終成為能安全造福人類的新技術。