IUPAC納米農藥健康風險評估概述

宋俊華，邢立國 ，張宏軍

(1.沈陽沈化院測試技術有限公司，遼寧 沈陽 110021；2.農業農村部農藥檢定所，北京 100125)

隨著全球納米農藥行業的迅速發展，相關國際組織和研究機構對其安全性評價也給予了高度關注。2017年國際純粹與應用化學聯合會(IUPAC)成立納米農藥健康風險評估工作組，對納米農藥健康風險評估中的要點和疑難點進行了梳理和總結。我國納米農藥的研發和產業化也發展很快，順應行業的發展，相關單位組織制定了《納米農藥產品質量標準編寫規范》行業標準。

本文將IUPAC納米農藥健康風險評估及相關文獻等進行了總結梳理，供有關方參考。

1 納米農藥健康風險評估概述

因納米農藥目前仍沒有全球認可的統一定義，我國于2021年制定發布的國家標準《GB/T 39855-2021 納米產品的定義、分類與命名》中，也僅給出了納米尺度、納米材料和納米技術產品的定義[1]。在討論納米農藥健康風險評估時，IUPAC引用了納米農藥的功能性定義，即為提高產品功能和/或改變產品風險，使用納米材料加工的植物保護產品。

考慮到除RNA干擾物、無機化合物如銀、銅和鋅以及部分天然物質外，大多數納米農藥用市場上現有的農藥有效成分進行加工，其在傳統劑型中的安全性已經得到證實，因此，IUPAC建議以現有農藥風險評估框架為基礎，同時借鑒納米化妝品等的監管模式，為納米農藥建立一個梯度健康風險評估體系。其與傳統農藥評估體系不同之處主要在于：1.依據納米農藥特性，可能需要對其在生物介質中的持留性(Durability)、穿透生物屏障的潛在性、到達作用靶器官的能力、生物活性數據(Bioavailability/bioactivity)等進行評價。2.傳統農藥評估主要針對有效成分和其有代表性的制劑進行，而通常忽略其他被視為惰性成分的助劑(穩定劑和增效劑除外)。但對于納米農藥，所有助劑都可能對農藥的有效性及安全性產生巨大影響，因此必須同時評價助劑對人體和生態系統可能造成的風險。3.與傳統化學農藥相比，納米農藥的物理化學性質能對其與生物組織的交互作用產生巨大影響，轉而能夠影響其藥理學、毒物動力學和潛在毒性，如有報道建議美國EPA在對納米材料進行健康風險評估時納入毒性放大(toxicity multiplier (TM))因子，1～20 nm納米材料的TM值為60～100 nmTM值的10倍[2]。

2 IUPAC納米農藥健康風險評估類型及程序

IUPAC 將納米農藥主要分為以下兩類進行健康風險評估：1.有效成分存在于納米載體內緩慢釋放；2.有效成分以納米顆粒形式存在，如金屬或金屬氧化物的納米顆粒。對于第1類產品，其健康風險評估需要考慮3個主體：納米載體-有效成分復合物(NC-AI)、有效成分釋放后的納米載體(NC)、釋放后的有效成分(AI)。對于第2類產品，則僅需考慮2個主體：金屬或金屬氧化物的納米顆粒(NP)和釋放后的離子(ions)。

下圖1和2分別列出了IUPAC 對第1類和第2類納米農藥建議的健康風險評估流程，其中納米載體的降解性、納米載體-有效成分復合物的持留性、有效成分從復合物中的釋放性、納米顆粒的溶解性等，都決定了納米農藥在使用過程中不同階段的暴露特征及健康風險評估的特殊要求。

圖1 IUPAC建議的第1類納米農藥健康風險評估流程圖[3]

圖2 IUPAC建議的第2類納米農藥健康風險評估流程圖[3]

第1步：確定是否需要進行納米農藥風險評估 如產品是否符合納米農藥定義或具備納米特性。盡管納米農藥通常被定義為一定指定粒徑范圍內的產品，但也可能包含其他判定指標。如歐盟食品安全局(EFSA)要求用產品相應的理化特性確定某材料是否符合納米材料的定義[4]。

第 2.1步：未稀釋納米農藥表征 納米農藥表征具體要求視納米農藥種類和用途而定。有毒理學意義的理化數據一般應包括：團聚體及聚集體水平、催化性能、化學組成、濃度、晶體結構、脂/水溶性、主要粒徑、形狀和長寬比、表面電荷、表面化學、溶解性和Zeta電位等[5]。

第2.2步：確定納米載體和納米顆粒在環境介質中的持留性 通過降解或溶解試驗確定納米載體和納米顆粒的持留性，可最大程度降低使用后和在生物介質中的相關試驗要求。如其在桶混-裝載或使用時快速降解或溶解，因此喪失納米特性，則使用后的評估僅針對有效成分/離子及可能的納米載體降解產物。由天然聚合物加工而成的納米載體很容易在環境和生物介質中降解，導致的負面影響較低。用合成的聚合物做囊體的，使用后不易分解，可能還需要對囊體在環境介質和生物流體中的降解性進行測定。

第2.3步：確定NC-AI復合物的持留性 對于第1類納米農藥產品，還需要通過有效成分釋放動力學試驗數據，確認NC-AI復合物的持留性。如該復合物不具有持留性，則不需要對其進行使用后階段的風險評估。

第 3步：確定三階段暴露特征 根據第1步和第2步評估結果，確定三階段(裝載-桶混階段、使用階段和使用后在環境中轉化階段)暴露特征，即不同階段需要進行風險評估的主體。

第4 和 5a 步：確定納米農藥在相關生物流體(biofluid)中的特性 確定納米載體、NC-AI復合物和納米顆粒在生物流體內的持留性，即生物持留性。如納米載體和納米顆粒在生物體內不具有持留性，即通過溶解、酶降解和化學分解很快失去其納米特性，則對產品進行傳統風險評估即可。

第5b步：納米載體和納米顆粒穿透生物屏障的能力 對持留期較長且能夠穿透生物屏障進入體循環的納米載體和納米顆粒，其對人體健康的長期影響需要進行更加復雜的評價，需考慮納米載體對有效成分毒代動力學的影響，以確定是否需要對納米載體進行納米特性的風險評估，以及是否需要對NC-AI復合物的毒性進行評估。如僅有效成分/離子能夠穿透生物屏障，則僅需進行傳統風險評估。因此生物獲得性(bioavailability，到達作用靶器官的能力)的評估應優先于潛在毒性的評估，其獨立于暴露途徑和終點數據之外。

第6步：納米載體對有效成分在組織中分布的改變 如果納米載體能夠穿過生物屏障且仍與部分有效成分相連，則需要進行毒代動力學試驗測定納米劑型是否改變了有效成分在組織器官中的分布，以及增加有效成分在特定器官組織中含量的可能性。毒代動力學行為的變化也是EFSA對粒徑在100 nm以上納米農藥啟動納米特性風險評估的重要指標。如在傳統劑型中有效成分和納米劑型中的有效成分毒代動力學結果一致，則僅需要提供納米載體和有效成分的毒理資料，如不一致，則還需提供NC-AI復合體的毒代動力學和毒理學數據。

綜上所述，IUPAC建議的納米農藥健康風險評估體系主要涵蓋以下3個階段：

第1階段：對不滿足納米農藥管理定義，以及是納米農藥，但其納米載體、NC-AI復合物或納米顆粒不具有持留性或不能穿透生物屏障的產品進行傳統健康風險評估。

第2階段：如果納米農藥中的納米載體或納米顆粒具有生物屏障穿透性，則需要對其運用適宜的試驗準則進行額外的毒代動力學和毒理學試驗。

第3階段：如果納米劑型改變了有效成分的毒代動力學，還需要對NC-AI 復合體進行毒理學評價。

對于2～3階段的評價，毒代動力學和毒理學試驗需要綜合考慮納米農藥特性，如分散性、團聚體及聚集體水平等因素，對現有試驗準則進行調整以適用于具體產品。

納米農藥的納米特性是把雙刃劍，一方面可通過減低有效成分使用量從而降低暴露水平，另外一方面也可能會對環境歸趨、生物交互作用及人體健康產生特殊影響，在對納米農藥進行健康風險評估時需綜合考慮以上因素。