電磁輻射損傷個體防護的研究進展＊

朱小閃，劉寧寧，翟艷霞，張金朋，高春芳，李俊堂

隨著現代科學技術的不斷進步與高速發展，電磁輻射對機體所造成的危害不容忽視。 電磁輻射污染是繼水污染、 空氣污染和固體垃圾污染之后，世界公認的第四大污染，對相關工作人員的健康產生了嚴重的影響。 因此，亟須對電磁輻射進行有效的人體防護。 筆者圍繞電磁輻射損傷的醫學防護和物理防護的研究進展做一綜述。

1 電磁輻射的醫學防護

醫學防護主要是應用抗輻射藥物防止電磁輻射致機體損傷。 輻射損傷主要表現為氧化應激造成的染色體畸變和DNA 的斷裂，細胞膜通透性改變［1］。因此，目前防輻射損傷藥物研究主要集中在抗氧化和抗炎癥方面。

電磁輻射防護藥物的主要來源有化學合成、生物提取和天然產物制備。 已用于治療電磁輻射損傷的化學藥物主要有谷氨酰胺［2］、氨磷汀（WR-2721）［3］和金屬元素螯合物［4］（Cu，Fe，Zn）等，但其成分相對單一、研究困難，且其中多數藥物對健康細胞的不良反應較大。生物藥物諸如超氧化物歧化酶［5］、激素類藥物［6］和細胞因子類藥物（集落刺激因子、白介素-6、促紅細胞生成素、角質細胞生長因子等）［7］，大多成本較高，價格昂貴；天然產物以其豐富的來源、不良反應小和顯著的療效等優點，逐漸成為電磁輻射防護藥物研究的焦點［8］。 從天然中草藥中尋找能夠有效抗輻射和提高免疫力的藥物，特別是利用中醫藥學基礎理論結合現代藥物研究的新技術和新方法，提純中藥活性成分，可使其療效更為明顯、可靠［9］。 目前研究較多的抗電磁輻射天然產物有當歸注射液、復方魚腥草注射液、苦豆子總堿注射液、蘆薈提取物和銀杏葉提取物等［8］，這些中藥主要含有黃酮類、多糖類、皂苷類和多酚類和生物堿等多種生物活性成分［10］。

1.1 黃酮類 黃酮類在抗電磁輻射方面的顯著功效主要為保護機體氧化應激損傷方面［11］。 黃酮類化合物結構中含有的酚羥基能夠還原自由基，并且可以通過提高超氧化物歧化酶活性，發揮其抗氧化作用， 緩解對電磁輻射敏感細胞的DNA 損傷程度并降低其凋亡率［11］。 研究表明沙苑子、蜂膠、花青素以及槲皮素中的黃酮類成分可以提高電磁輻射小鼠21 d 的存活率，促進電磁輻射小鼠多種免疫細胞的增殖，降低其炎癥因子水平和凋亡率。 黃芪總黃酮可以保護輻照小鼠的骨髓細胞［12］，大豆異黃酮對大鼠腎臟局部輻照具有一定的保護作用［13］，銀杏葉黃酮通過減少小鼠脾臟細胞的氧化應激保護小鼠脾臟。

1.2 多糖類 多糖類已被證實可通過免疫調節、抗病毒、抗氧化和抗炎等作用來保護電磁輻射損傷［14］。目前抗電磁輻射的研究主要集中在中藥多糖、海洋生物多糖［15］和真菌多糖［16］。 當歸多糖 APS3 可以使亞慢性輻射小鼠的外周血白細胞數量增多，使小鼠精子畸形率和睪丸組織中過氧化物質水平明顯降低；刺五加中的多糖成分可以降低血清中丙二醛的含量，提高抗氧化酶（如超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過氧化物酶）的活性［17］；枳殼多糖［18］可以激活免疫細胞，促進多種抗炎細胞因子的表達，并通過抑制細胞凋亡緩解電磁輻射小鼠免疫系統的損傷。 海洋生物多糖中的螺旋藻多糖、海帶多糖和半葉馬尾藻多糖可減輕電磁輻射對小鼠骨髓細胞的損傷［18］。真菌多糖中的灰樹花多糖和靈芝多糖均可通過調節輻照小鼠的免疫系統功能，減輕電磁輻射造成的損傷［16］。 大量的研究表明，非均一性多糖對電磁輻照小鼠有較好的保護作用，但關于均一性多糖的抗輻射機制尚不明了。

1.3 皂苷類 皂苷類主要存在于豆科植物中，已有研究表明，人參皂苷對輻照大鼠的小腸上皮細胞具有保護作用［19］；刺五加皂苷可以提高輻照小鼠血清中超氧化物歧化酶的活性［20］。 雖然皂苷類化合物在增強免疫力和抗氧化方面有一定的生物學功效，但皂苷元形成口服藥物后往往吸收較差，體內生物利用度低。 因此，通過生物轉化等技術手段高效和特異的生成皂苷類成分，仍有待進一步研究。

1.4 多酚類 多酚類活性成分中的酚羥基是一類還原性物質，可通過發揮其抗氧化作用減輕電磁輻射損傷［21］。 研究發現葡多酚具有清除自由基、保護心血管系統等功能和增強電磁輻射小鼠的免疫力緩解小鼠的輻射損傷［21］。 葡多酚可有效抑制電磁輻射引發的染色體畸變、DNA 損傷和免疫機能下降均有不同程度的抑制效果［21］。 計融等［22］的研究顯示大劑量電磁輻射小鼠經口給予不同劑量茶多酚，其血中白細胞數量雖然沒有改變，但其30 d 存活率得到顯著提高。 從海藻中提取的間苯三酚對電磁輻照后小鼠體內的氧化應激造成的細胞凋亡、造血功能受損與核酸損傷都有一定的保護作用。 中藥復方對電磁輻射損傷的防護作用在細胞水平上已得到初步驗證。 隨著中藥單體活性成分分離技術的革新，科研工作者將會開發更多有防電磁輻射療效的藥物。

2 電磁輻射的物理防護

電磁輻射人體損傷的物理防護主要通過采用電磁屏蔽材料制成的裝備［23］。 早在 20 世紀三四十年代，一些國家就開始了特種防護服裝的研制。 隨著各國電磁輻射防護標準的相繼出臺，防電磁輻射的功能性材料和紡織品在軍工、科研、醫療衛生等領域的應用引起了人們的極大關注［24］。 近年來，許多研究人員專注于開發柔性電磁屏蔽材料，如電磁屏蔽織物、復合材料等。 目前研究較多的電磁輻射屏蔽織物主要包括金屬混紡織物、 鍍金屬織物、導電非金屬織物和納米復合纖維織物。

2.1 金屬混紡織物 由于金屬具有良好的導電性、導熱性、耐高溫和強度，傳統的電磁屏蔽材料主要由金屬組成。 最早出現的防輻射面料是由金屬絲和服用紗線混編制成織物，但金屬絲與其他纖維編制成織物比較硬，厚重，服用性能差，使之不能很好地推廣應用。 隨后出現的銅、鎳和不銹鋼等金屬纖維織物手感有所改善，不銹鋼作為導電材料用于電磁屏蔽織物是研究的熱點之一，譚松庭等人發現不銹鋼纖維通過不同表面處理劑整理后，可以更大程度地聚集金屬纖維，從而增強復合材料的防電磁輻射性能。 金屬材料仍是用于電磁屏蔽織物的主要材料，其次是銅、銀、鎳［25］。 但受到組織結構、織物密度和金屬纖維含量等因素的影響，增加了織造難度與成本，從而限制了織物的應用。

2.2 鍍金屬織物 鍍金屬織物是采用不同方式的鍍層方法，直接將金屬鍍到纖維或織物等基底材料上。 常見的鍍金屬織物主要以銅、銀、鎳和鈷等金屬材料作為鍍層，棉織物、滌綸和錦綸作為基底材料。采用磁控濺射技術研制的鍍銀織物在30～1000 MHz的波段內，屏蔽性能可達到45 dB［26］。芳綸纖維表面鍍鎳其導電率可達 51.2～61.9 Ω·cm［27］。 北京潔爾爽高科技有限公司第六代納米銀纖維面料屏蔽效能可高達60 dB。由于單一的金屬鍍層不耐水洗，且易氧化和脫落，采用多金屬復合鍍的方法可明顯改善纖維或織物的屏蔽效能和其他性能。 日本住友公司在聚酯纖維上鍍以銅、 鎳和鋁三種金屬合金纖維，與單一金屬層相比，其服用性和屏蔽效能均有明顯改善［24］。 楚克靜等采用復合鍍的方法在鍍銅的滌綸織物上又電鍍錫鎳合金，得到的織物表面均勻致密且具有電磁屏蔽性能［28］。 相比單一的化學鍍，復合鍍既克服了金屬對人體皮膚的刺激性，又兼具多種金屬的不同功能， 終使電磁屏蔽性能得到明顯提高， 可用于軍事作戰等對材料性能要求較高的領域。

2.3 導電非金屬織物 導電非金屬織物是表面具有導電非金屬材料涂層的一種電磁屏蔽織物。研究中常用的導電非金屬材料主要有碳納米管、 聚苯胺、聚吡咯、石墨烯和碳纖維等。 Eva Hakansson 等將聚吡咯等導電聚合物在織物上進行涂層來屏蔽電磁波［29］。 Shen 等利用 50 μm 涂層厚度的石墨烯制成3D 鋸齒狀折疊三維復合材料在頻率5.4～59.6 GHz 的寬頻電磁輻射范圍內屏蔽效能可達20 dB 以上［30］。由于屏蔽效能有限，服用性及耐洗性較差，導電非金屬織物的應用較為局限。 但值得一提的是， 將導電非金屬材料與金屬導電材料摻雜后，電導率會發生較大的變化，材料的屏蔽效能有很大提高。 國外學者用化學鍍的方法制備的銅/鎳/玄武巖織物在30 MHz～1 GHz 的頻率內屏蔽效能均在 60 dB 以上［31］。 國內學者通過化學原位聚合的方法，將金屬銅、鎳和導電非金屬材料聚吡咯相結合，成功制造了屏蔽效能為20.22～43.51 dB 的亞麻/聚吡咯/鎳復合材料［32］和屏蔽效能為 30.3～50.4 dB 的銅氨/聚吡咯/銅復合材料［33］。 將多重復合材料應用于電磁屏蔽織物是目前防護領域研究的重點。

2.4 納米復合纖維織物 納米復合纖維是一種新興的電磁屏蔽材料， 納米材料本身所具有的尺寸小，表面積大和表面原子含量多等特點，賦予其獨特的吸波性能。 對納米級的導電或導磁性能的材料與熱塑性的高聚物復合后形成納米復合樹脂進行紡絲成型，制成電磁屏蔽性能優良的織物將是這一領域以后的重點發展方向。 由于此類織物生產工藝相對復雜，成本較高，尚未實現連續化的大生產。 除此之外，納米復合材料的生物學效應和衛生安全性能還未見報道，尤其是衛生毒理性方面的研究還未有定論［34］。 我國關于此領域的電磁屏蔽產品還沒有統一的國家標準，納米復合纖維織物具有巨大的開發潛力。

綜上所述，目前用于電磁防護的原材料與加工方法繁多且各有優缺點，基于金屬纖維的紡織材料仍是目前電磁防護材料領域研究的主流。 在綜合應用多種技術的基礎上，加大對多維和全方位立體結構材料（紡織骨架材料）的研究，開發新型功能性電磁防護紡織材料意義重大。 從“醫學防護”和“物理防護”兩方面著手，采用多重技術防護是未來的發展趨勢。