小到极致!隐藏在食品和日用品中的新技术材料会威胁健康吗?

2021
03/09

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这项研究结果强调了在纳米材料大量应用于消费品之前评估其风险的重要性。

一些电子沉积形成且缠结在一起直径约为100纳米Au纳米线,红色部分为1.5微米的Si纳米颗粒和Au纳米晶体 图片来源:美国Sandia国家实验室
新冠大流行还在全球大部分国家继续着,而造成此次疫情的罪魁祸首是我们肉眼无法看到的病毒。明枪易躲,暗“箭”难防。正是这些肉眼不可见的病毒、细菌还有遍布全球的微塑料给人类健康造成了各种威胁。现在,又一个肉眼看不见的健康威胁可能已经出现了,它就潜伏在我们的日常用品和食品中。
近日,发表在 《Nature Communications(自然通讯)》 上的一项研究中,来自荷兰莱顿大学领导的国际研究团队发现,我们的日用消费品,如手机、化妆品、衣服可能都填充了纳米材料,由于其体积小到极致,很难进行控制,这着实令人担忧;而且,因为纳米材料很难测量,从而很容易进入到我们的食物链。
纳米材料 ,泛指三维尺度至少有一维处于纳米量级(1-100纳米)的材料。一根头发的直径大约是6-8万纳米。
由于在尺度上极致减小,恰恰赋予了纳米材料很多特殊的性质;也正因此,这些新材料带来了一场技术革命。
如今,纳米技术已应用到诸多领域,并持续改变着人们的生活。基于纳米材料的创新技术可以有助于疾病治疗,还可以制造出比钢铁强度高100倍的产品、续航比以前长10倍的电池、比旧太阳能电池板产生能量高两倍的太阳能电池板、新型护肤品,以及自动清洁的汽车和织物等。
纳米技术推动着全球纳米材料市场的日益繁荣,据估计,全球纳米材料产品已达1100万吨。然而,这么大的产量和如此广泛的用途,对环境和人类健康会不会造成影响呢?
早在2014年,国际癌症研究机构(IARC)就将一种名为“ MWCNT-7 ”的多壁碳纳米管归入“ 可能对人类致癌 ”(2B组)的物质。
随后,发表在柳叶刀子刊 《EBioMedicine》 上的一项研究中,法国的研究团队首次在儿童肺部发现了碳纳米管材料。他们分析了64个哮喘患儿气管体液样本,都发现了这种物质;而在另外5名儿童肺部的巨噬细胞中,也发现了碳纳米管。
根据啮齿动物实验,MWCNT-7的引入会引起腹膜间皮瘤,将碳纳米管注入雌性大鼠,会促进支气管肺泡腺瘤和肿瘤形成。根据IARC的研究,体内和体外的遗传毒性对碳纳米管均呈阳性;同样将碳纳米管引入到大鼠和小鼠中,都观察到了持久的肺炎症状(见下图)。多篇研究报道也已进一步证实碳纳米管的致癌性。
此外,碳纳米管也符合生殖毒性条件。研究发现,通过静脉注射碳纳米管到孕期小鼠体内,会增加小鼠胚胎的致死和致畸率。雌性小鼠如果暴露在碳纳米管环境中,早期流产和胎儿畸形的比例也较高。
在持久性方面,碳纳米管在水中半衰期超过60天,在土壤中更是可以保持超过180天。
基于多项研究,2019年11月, 国际化学秘书处(ChemSec)更新了SIN(需要及时被替代的材料)清单,将碳纳米管(CNT)列入其中
然而, 很多学者仍然认为碳纳米管致癌的证据不足或影响有限。
在这项新研究中,研究人员开发了一种在血液和组织中发现并追踪纳米材料的方法,对生物体中存在的纳米材料进行表征,并对整个水生食物链进行量化,从而揭示了纳米材料进入生物体后会发生什么以及潜在威胁。
他们追踪了一条从微生物到鱼类的水生食物链上的Au纳米粒子。鱼类是许多国家的主要食物来源。研究人员发现,Au纳米粒子一旦进入生物体内,可以改变其形状和大小以控制附着在藻类上的纳米粒子数量;在水蚤的肠道中存在成团以及溶解的Au纳米粒子,并在鱼组织(肠、肝、鳃和脑)中也发现了依赖于大小和形状的纳米粒子,而且大多数几乎都在鱼脑中。
这些发现强调了Au纳米粒子的物理化学性质在其生物转化中的重要性。研究人员希望这项研究为预防纳米材料带来的威胁提供新的可能性。
该研究通讯作者、莱顿大学环境科学研究所的Fazel Monikh博士说:“我们发现纳米材料与微生物有很强的结合力,而微生物是其他生物的食物来源,这正是它们进入我们食物链的途径。
研究人员认为,我们对纳米材料日益增长的依赖也使它们成为消费品,这可能使它们对人类健康造成问题。
Monikh博士补充说:“可能你已经在食物、衣服、化妆品等产品中使用到了纳米材料,但你却不一定能在配料表中看到任何提及它们的内容。为什么?因为它们太小了,很难监管,一旦进入产品中,我们就无法用标准方法来测量它们。但人们有权知道自己在使用什么。目前这已是一个全球性的问题,需要一个全球性的解决方案。
关于纳米材料仍然有许多问题需要回答。它们对我们和环境安全吗?在我们用完它们之后,它们会到哪里去呢?应该如何评估它们的潜在风险?
根据该团队的说法,生物体内纳米材料的数量不能仅仅用其质量来衡量,测量质量是卫生法规中衡量其他化学物质的标准方法。这项研究结果强调了在纳米材料大量应用于消费品之前评估其风险的重要性。
更好地了解纳米材料及其风险,有助于政策制定者对纳米材料的使用和在产品成分清单中提及纳米材料的方式制定更严格的规定。
论文链接:
https://www.nature.com/articles/s41467-021-21164-w
https://doi.org/10.1016/j.ebiom.2015.10.012
https://www.nature.com/articles/s41565-019-0613-9


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关键词:
纳米材料,碳纳米管,日用品,新技术,食物链,研究

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