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浅谈纳米材料的利与弊

发布时间:2018-01-15 16:13:20

浅谈纳米材料的利与弊

纳米材料的利与弊


  内容摘要:纳米材料不仅在生物医学等领域对人类文明进步起了巨大的推进作用,同时其安全性问题也引起了全世界的关注。纳米材料安全性问题对人类健康、纳米科技和纳米产业发展有很到的危害性,纳米材料安全性问题亟待解决,故我国要发展符合我国国情、符合科学发展观的绿色纳米产业。 



  关键词:纳米材料,纳米科技,纳米材料安全性,纳米材料正负面效应 

  一、纳米技术与纳米材料简介 
  纳米(nano)本是一个长度单位,1纳米为10-9米,即十亿分之一米。大部分原子和分子的尺寸约为0.1-100nm,当很多宏观物质的尺度降低到纳米量级时会表现出很多与我们平时所观察到的不同的现象,所以研究材料在0.1-100nm尺度范围内的性质和应用就形成了当前非常热门的纳米科学与技术。 
  90年代末,纳米技术在我国也有着快速发展。纳米科技与以往的科技领域有所不同,它涉及物理学、化学、生物学和电子学等科学技术领域,并引发核派生了纳米物理学、纳米化学、纳米生物学和纳米材料学等诸多新领域。其中纳米材料学是研究纳米材料的设计、制备、性能和应用的一门纳米应用科学[1]。如纳米尺度的结构材料能在不改变物质化学成分的情况下,通过调节器纳米尺寸的大小来控制材料的基本性质,如熔点、磁性、强度和颜色等。纳米材料是纳米科技的基础,只有提高纳米材料的性能才能实现需要的功能。所以,纳米材料在整个纳米产业中占有很大的市场份额。 

  二、纳米材料的健康效应 

  1、正面效应:纳米医学 
  纳米材料已经或正在走进我们生活的诸多方面,如生物医学领域的纳米制药和疾病监测的方面。因为纳米材料尺度小、活性强,用纳米材料制成的药物可以准确的杀死病变细胞不会对健康细胞产生影响,这是常规药物所不能实现的。纳米生物芯片技术将传统的生物样品检测实验室集成到一个芯片上来,大大增强了检测速度和精度。 
  纳米材料技术与生物技术结合为生物医学领域带来了全新的视野,纳米材料也医药学方面和生物芯片方面取得了显著的成绩。随着纳米材料在生物医学领域更为广泛的应用,疾病诊断、临床治疗等将会变得更有效率,治疗费用也会随着纳米技术的不断成熟又逐步降低,从而我们的生命健康保障将会得到很大提高。 

  2、负面效应:纳米毒理学 
  尽管纳米材料在生物医学领域产生的革命性的变化,但是纳米材料的安全性问题同时也非常值得我们关注。任何一门技术都具有双面性,即有有利的一面也会存在有害的一面,纳米材料也不例外。 
  对纳米材料安全性的研究工作最早的是英国牛津大学和蒙特利尔大学的科学家在1997年发现防晒霜中的TiO2和ZnO纳米颗粒会破坏皮肤细胞的DNA。直到2003年3月,美国化学会年会上的有关纳米颗粒对生物可能存在危害的报告才引起了世界对纳米材料安全性的广泛关注。纽约罗切斯特大学的研究者让大鼠在含有粒径为20 nm 的聚四氟乙烯(特氟龙)颗粒的空气中生活15分钟,大多数实验大鼠在随后4小时内死亡;而另一组生活在含120 nm特氟龙颗粒的空气中的大鼠,则安然无恙[3]。 

  三、纳米材料负面效应的解决方法 

  1、各国政府的对策和行动 
  20世纪末才发展起来的纳米科技正在逐步完善,已经应用于关系国家安全和国民经济的许多重要领域。21世纪是科技迅速发展的时代,纳米材料已经应用在众多国防和军事领域,如美国B-2隐形轰炸机的表面涂层材料,新型的特种兵作战服。而且,纳米材料作为其他行业的基础,为传统的制造业带来了新的生机,纳米材料有着巨大的市场前景。纳米材料标准化方面引起了纳米研究大国的激烈竞争,纳米材料的安全性问题正是竞争的交点。为了率先占领纳米科技的未来市场制定纳米材料标准,纳米材料的安全性问题更显得非常重要。 

  2、结合我国国情的策略 
  我国的纳米材料科技研究起步较早,与国际领先水平差距不大。纳米材料在化妆品、涂料、纺织业、汽车工业和半导体产业都有着很好的市场前景。就我国纳米材料市场来看,其主要产品为金属纳米颗粒材料、纳米氧化物、纳米碳化物和半导体纳米材料,如银、铜和铁等纳米颗粒材料,纳米氧化锌,碳纳米管和纳米钛酸钡等。2007年出版了纳米毒理学领域第一本专著《Nanotoxicology》。此外,北京大学化学生物学系、北京大学医学部、中国科学院武汉分院、中国医学科学院、中国科学院化学所、军事医学科学院等也都成立的纳米材料安全性方面的实验室开展研究工作。白春礼院士在第243次香山科学会议上指出:"任何技术都是有两面性的,纳米技术也可能同样是把双刃剑。正确的态度是吸取20世纪科学技术发展的经验和教训,以科学发展观为指导,在发展纳米技术的同时,同步开展其安全性的研究,使纳米技术有可能成为第一个在其可能产生负面效应之前就已经过认真研究,引起广泛重视,并最终能安全造福人类的新技术"[3]。 

  四、科学发展营造绿色纳米世界 
  纳米材料研究和产业的发展要符合科学发展观的内容,要坚持以人为本,全面发展和可持续性发展。纳米材料安全性的题不仅关系到产业的发展和国家的利益,更关系到人民群众的生命健康。新兴的纳米材料科技要为人民所用,而不是要危害人民的健康。纳米材料产业的发展必将成为我国经济的新的增长点,也会带动制造业、国防产业等领域的发展。健康、绿色的纳米材料是纳米材料科学发展的最基本前提。坚持纳米材料的科学发展观,促进纳米材料、人与社会的和谐发展,实现经济发展、科技发展和人口、资源、环境的协调发展[9]。 
  当前,传统行业里的"中国制成"已经在世界范围内站住脚,但是在当前世界的利润分配中,制造环节的利润越来越低而且产生巨大的资源消耗和环境破坏,取而代之的是研发和服务环节的利润所占比例越来越大,这就是著名的"微笑曲线"。 
  我国著名科学家钱学森曾说:"纳米和纳米以下的结构是下一阶段科技发展的一个重点,会是一次技术革命,从而将是21世纪又一次产业革命[1]。"纳米材料的安全性问题是困扰纳米科技进一步走进人生生活的关键,只有解决好纳米技术也人类发展的关系,营造一个绿色纳米科技发展环境,人类才能真正的享受到纳米科技的福音。 

  参考文献: 
  [1]徐云龙,赵崇军,钱秀珍.纳米材料科学概论[M].上海:华东理工大学出版社,2008:21. 
  [2]贾宝贤,李文卓.微纳米科学技术导论[M].北京:化学工业出版社,2007:3. 
  [3]赵宇亮,赵峰,叶昶.纳米尺度物质的生物环境效应与纳米安全性[J].中国基础科学科学前沿,2005:19-23. 
  [4]赵宇亮,白春礼.纳米安全性:纳米材料的安全效应[J].世界科学技术,2005,(4). 
  [5]汪冰,丰伟悦,赵宇亮,邢更妹,柴之芳.纳米材料生物效应及其毒理学研究进展[J].中国科学,2005,(1). 
  [6]Y.Song, X.Li, X. Du.Exposure to namoparticles is related to pleural effusion, pulmonary fibrosis and granuloma[J].Eur Respir,2009,34:559-567. 
  [7]Service R F.Nanomaterials show signs of toxicity[J].Science,2003,300,(11):243. 
  [8]张立德.我国纳米材料研究的现状[J].中国粉体技术,2001,(5). 
  [9]曾国屏,高亮华,刘立,吴彤.当代自然辩证法[M].北京:清华大学出版社,2005:109-112. 
  作者简介:陆影(1981.10-),女,河北省兴隆县社会保险事业管理局,研究方向:统计学。

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