如今，納米技術(shù)、納米材料的應(yīng)用研究如火如荼，納米材料所具有的優(yōu)越性能為當(dāng)前的物質(zhì)世界增添新的光彩，為人類發(fā)展奠定新的發(fā)展平臺(tái)。有人預(yù)測(cè)，21世紀(jì)的技術(shù)革命將從納米技術(shù)開始，也正因如此，無論發(fā)達(dá)國(guó)家還是發(fā)展中國(guó)家，為在未來科技領(lǐng)域占有一席之地，為把握新世紀(jì)發(fā)展技術(shù)，都不遺余力地開展納米領(lǐng)域的研究工作。近十幾年來，我國(guó)在納米技術(shù)領(lǐng)域取得了很多成果，納米技術(shù)也涉及到紡織品、個(gè)人防護(hù)用品、家庭生活用品等方面。但是，歷史的經(jīng)驗(yàn)早已證實(shí)，科學(xué)技術(shù)在造福人類的同時(shí)，也可能會(huì)給人類帶來危害。在2004年11月30日至12月2日期間召開的第243次香山科學(xué)會(huì)議中，把"納米尺度物質(zhì)的生物效應(yīng)（即納米安全性）"作為此次會(huì)議的主題，來自納米科學(xué)、生物、化學(xué)、醫(yī)學(xué)、物理、環(huán)境等多個(gè)領(lǐng)域的40多名專家一致呼吁加強(qiáng)納米材料和納米技術(shù)的生物環(huán)境安全性研究。會(huì)議執(zhí)行主席、著名納米科學(xué)專家白春禮院士在大會(huì)主題報(bào)告中指出："任何技術(shù)都是有兩面性的，納米技術(shù)也可能同樣是把雙刃劍。我們要做的是，在發(fā)展納米技術(shù)的同時(shí)，同步開展其安全性研究，使納米技術(shù)有可能成為人類第一個(gè)在其可能產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)之前，就已經(jīng)過認(rèn)真研究，引起廣泛重視，并最終能安全造福人類的新技術(shù)"。此外，美國(guó)Rice大學(xué)生物和環(huán)境納米技術(shù)中心（CBEN）主任Vicki Colvin認(rèn)為：納米材料微小，有可能進(jìn)入人體中那些大顆粒所不能到達(dá)的區(qū)域，如健康細(xì)胞。此外，關(guān)于納米顆粒對(duì)環(huán)境和人類健康安全性的研究和相關(guān)信息非常缺乏。美國(guó)環(huán)境保護(hù)機(jī)構(gòu)（US出境environmental protection agency）已確認(rèn)了一些關(guān)于納米顆粒安全性評(píng)價(jià)的課題[2]，例如：①人造納米顆粒的毒理學(xué);②使用已知顆粒和纖維的毒理數(shù)據(jù)外推人造納米顆粒毒性的可能性;③人造納米顆粒對(duì)環(huán)境和生物的傳送、持續(xù)和轉(zhuǎn)化等影響。
英國(guó)政府已委托英國(guó)皇家學(xué)會(huì)和英國(guó)皇家工程學(xué)院組成調(diào)查小組，調(diào)查納米技術(shù)的安全性。2004年7月29日美國(guó)的《科學(xué)此刻》雜志及2004年8月4日《自然》雜志分別介紹了該研究小組的報(bào)告，對(duì)納米材料的使用安全性發(fā)出預(yù)警。報(bào)告指出，游離的納米顆粒和納米管可能會(huì)穿透細(xì)胞，有損人體健康。該研究小組還建議英國(guó)政府設(shè)立一個(gè)研究中心，專門研究納米顆粒對(duì)環(huán)境和人類健康的影響。美國(guó)和歐盟正在考慮規(guī)范納米材料和納米科技產(chǎn)品。
因此，在發(fā)展的同時(shí)我們應(yīng)該時(shí)刻保持清醒的認(rèn)識(shí)，理智而全面綜合地研究與開發(fā)納米技術(shù)。如此，才能發(fā)揮科學(xué)技術(shù)的巨大潛能，才能使科技更加有效地為人類服務(wù)。
1 納米材料
納米材料是指由納米結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成的任何類型的材料，其顆粒尺寸一般介于0.1nm到1OOnm之間。納米材料具有一般材料所沒有的特殊性能[3]:
（1）體積效應(yīng)，又稱小尺寸效應(yīng)。當(dāng)納米粒子的尺寸與傳導(dǎo)電子的波長(zhǎng)及超導(dǎo)態(tài)的相干波長(zhǎng)等物理尺寸相當(dāng)或更小時(shí)，周期性的邊界條件將被破壞。熔點(diǎn)、磁性、光吸收、熱阻、化學(xué)活性、催化性等與普通粒子相比都有很大變化。
（2）表面效應(yīng)。是指納米粒子表面原子數(shù)與總原子數(shù)之比隨粒徑變小而急劇增大后所引起的性質(zhì)上的變化。納米晶粒尺寸的減小結(jié)果導(dǎo)致其表面積、表面能及表面結(jié)合能的增大，并具有不飽和性質(zhì)，表現(xiàn)出很高的化學(xué)活性。
（3）量子尺寸效應(yīng)。微粒尺寸下降到一定值時(shí)，費(fèi)密能級(jí)附近的電子能級(jí)由準(zhǔn)連續(xù)能級(jí)變?yōu)殡x散能級(jí)，納米材料中處于離散的量子化能級(jí)中的電子波動(dòng)性使納米材料具有一系列特殊性質(zhì)，如特異性催化，強(qiáng)氧化性和還原性。
（4）宏觀量子隧道效應(yīng)。微觀粒子貫穿勢(shì)壘的能力稱為隧道效應(yīng)。磁化的納米粒子具有隧道效應(yīng)，它們可以穿越宏觀系統(tǒng)的勢(shì)壘而產(chǎn)生變化，即宏觀量子隧道效應(yīng)。
（5）化學(xué)反應(yīng)性質(zhì)。納米材料表面原子數(shù)多，吸附能力強(qiáng)，表面反應(yīng)活性高。
（6）催化性質(zhì)。納米粒子晶粒體積小，比表面積大，表面活性中心多，其催化活性和選擇性大大高于傳統(tǒng)催化劑。而且，納米催化劑沒有孔隙，可避免使用常規(guī)催化劑時(shí)，反應(yīng)物向孔隙擴(kuò)散的影響。在使用納米催化劑時(shí)，不必將其附著在惰性載體上，可以直接放入液相反應(yīng)體系中。
（7）光學(xué)性質(zhì)。納米晶粒吸光能力強(qiáng)。
（8）其他性質(zhì)。納米材料具有硬度高、可塑性強(qiáng)、高比熱和熱膨脹、高導(dǎo)電率、高擴(kuò)散性、燒結(jié)溫度低、燒結(jié)收縮比大等性質(zhì)。以上性質(zhì)為其廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
目前，納米技術(shù)和納米材料在許多行業(yè)都有廣泛深入的應(yīng)用，如醫(yī)學(xué)、環(huán)保、紡織、生物和電子等多個(gè)領(lǐng)域。而且，科研工作者還在不斷地研究擴(kuò)大納米技術(shù)的應(yīng)用范圍。在紡織領(lǐng)域中，納米技術(shù)的應(yīng)用已有足夠的積累和長(zhǎng)足的發(fā)展。紡織行業(yè)中常用的納米材料有：納米TiO2、ZnO、SiO2，F(xiàn)e2O3，、Al203、Cr2O3、納米云母等[4]。通過一定的染整加工技術(shù)，將上述納米材料處理到織物上后，可以賦予織物一定功能，如抗靜電、防紫外線、抗電磁波輻射、抗菌除臭和防水防污等優(yōu)良性能。然而，在納米材料賦予紡織品功能化的同時(shí)，是否存在著使用安全隱患，目前還未見相關(guān)的專題報(bào)道。但是，我們應(yīng)該主動(dòng)積極地去探討和研究。
2 國(guó)內(nèi)外納米材料的安全性研究現(xiàn)狀
納米材料的安全性問題日趨得到世界各國(guó)的高度重視。各國(guó)的高級(jí)研究機(jī)構(gòu)和專家都在呼吁和關(guān)注納米材料的安全性問題，政府也積極地投入了人力、物力去進(jìn)行這方面的研究工作。但具體的研究進(jìn)展和研究成果，公開的專業(yè)文獻(xiàn)報(bào)道較少。
美國(guó)已開展了關(guān)于納米材料對(duì)環(huán)境和人可能造成危害性的研究，重點(diǎn)研究的五個(gè)問題是：皮膚對(duì)納米材料的吸附和對(duì)皮膚的毒性；同其他水源污染物相比，納米顆粒進(jìn)入飲用水后，是否有毒，如何起毒化作用；納米顆粒對(duì)操作者肺部組織影響的研究；海洋或淡水水域中納米顆粒沉淀物對(duì)環(huán)境的影響；以及在什么條件下，納米顆�？赡芪蘸歪尫怒h(huán)境污染物。國(guó)外，曾有研究人員對(duì)碳納米管、納米聚四氟乙烯和碳顆粒的生理毒性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，長(zhǎng)期吸入上述納米微粒后，在肺部會(huì)發(fā)生沉積，對(duì)健康極其不利[5]。據(jù)《自然》雜志報(bào)道，納米顆粒可以通過呼吸系統(tǒng)、皮膚接觸、食用、注射等途徑，進(jìn)入人體組織內(nèi)部。納米顆粒進(jìn)入人體后，由于其體積小，白由度大，反應(yīng)活性高等特性，幾乎不受任何阻礙就可以進(jìn)入細(xì)胞，與體內(nèi)細(xì)胞發(fā)生反應(yīng)，引起發(fā)炎、病變等癥狀。同時(shí)，納米顆粒也可能進(jìn)入人的神經(jīng)系統(tǒng)，影響大腦，導(dǎo)致更嚴(yán)重的疾病發(fā)生。納米顆粒長(zhǎng)期停留在人體內(nèi)，同樣會(huì)引發(fā)病變，如停留在肺部的石棉纖維會(huì)導(dǎo)致肺部纖維化。
在2004年的美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)年會(huì)上，有三個(gè)研究小組分別報(bào)道了納米材料具有特殊的毒性。休斯頓的美國(guó)宇航局太空中心小組的研究發(fā)現(xiàn)，向小鼠的肺部噴灑含有碳納米管的溶液，碳納米管會(huì)進(jìn)入小鼠肺泡，并形成肉芽瘤。杜邦公司的一個(gè)研究小組也發(fā)現(xiàn)了類似的結(jié)果。紐約州羅切斯特大學(xué)的一個(gè)研究小組讓大鼠在含有納米聚四氟乙烯顆粒的空氣中生活l5min，就會(huì)導(dǎo)致大多數(shù)老鼠在4個(gè)小時(shí)內(nèi)死亡。該研究小組還發(fā)現(xiàn)用碳13和錳制作的納米顆粒能夠進(jìn)入大鼠的嗅球，并遷移到大腦。
國(guó)內(nèi)，曾有人研究過桑蠶皮膚對(duì)納米TiO2的吸收情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)[6]：經(jīng)過石蠟包衣的納米TiO2粒子和非納米級(jí)普通TiO2粉末不能經(jīng)桑蠶皮膚被收人體內(nèi)，但納米TiO2粒子可以通過皮膚被吸入桑蠶體內(nèi)，并導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)中的全部桑蠶死亡。這說明本身無毒、無味的納米TiO2粒子經(jīng)皮膚進(jìn)入桑蠶體內(nèi)后，具有毒負(fù)作用�？墒�，納米TiO2粒子的具體毒負(fù)作用機(jī)理，還未見相應(yīng)的研究報(bào)道。青島大學(xué)馬建偉等人[7]通過對(duì)豚鼠靜脈注射稀土納米材料試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)中所用的稀土納米材料對(duì)琢鼠紅細(xì)胞膜造成了較大的破壞，使得紅細(xì)胞的溶血脆性明顯增加，這說明稀土納米材料具有一定的細(xì)胞毒性。
盡管作為專題去研究納米材料安全性問題的研究者較少，但我們?cè)趶V泛應(yīng)用納米技術(shù)，享受納米材料給人類帶來正面效應(yīng)的同時(shí)，要時(shí)刻關(guān)注和研究納米材料可能給人類帶來的負(fù)面危害性。目前，紡織領(lǐng)域與其他行業(yè)領(lǐng)域相比，對(duì)納米技術(shù)和納米材料的利用度較高。已經(jīng)可以開發(fā)和生產(chǎn)出各類含有納米材料的功能性面料。而且，納米紡織品的市場(chǎng)份額也在逐漸地?cái)U(kuò)大。在納米技術(shù)和納米材料給紡織領(lǐng)域帶來新一次技術(shù)革命的同時(shí)，是否會(huì)伴隨著一些負(fù)面影響，有待我們?nèi)ミM(jìn)一步研究。
目前，商家和媒體對(duì)納米紡織品的開發(fā)和報(bào)道可謂是一浪高過一浪，這當(dāng)然為我們紡織領(lǐng)域充分利用納米技術(shù)，開發(fā)紡織用納米材料營(yíng)造了良好的氛圍，以利于更多的功能性、智能化的新型紡織品面世。但如今讓我們擔(dān)心的是，對(duì)納米紡織品的服用安全性研究很少。雖有研究者已對(duì)納米微粒的使用安全性進(jìn)行了研究報(bào)道，檢測(cè)了某些納米材料的生物毒性和環(huán)境污染性。但是，這只是對(duì)單一納米材料的研究，還處于基礎(chǔ)研究階段。當(dāng)納米材料處理到織物上后，織物上原有的化學(xué)品是否會(huì)與納米材料發(fā)生反應(yīng)而降低織物的使用性，甚至產(chǎn)生對(duì)人體有害的新物質(zhì)呢?如果有反應(yīng)，它們的反應(yīng)機(jī)理是什么，作用過程又如何?由于納米微粒的尺寸很 小，是否會(huì)從織物上遷移到人體內(nèi)部。所有這些問題，還有待于去研究探討。
3 結(jié)語
納米技術(shù)的應(yīng)用和納米材料的開發(fā)是我們的共同目標(biāo)。同時(shí)，對(duì)納米技術(shù)和納米材料的使用安全性研究，也是我們的共同責(zé)任。這里需要指明的是，對(duì)其可能帶來的危害性研究，并不會(huì)妨礙納米技術(shù)的向前發(fā)展。其研究目的更是為了更好地促進(jìn)納米技術(shù)的應(yīng)用和納米材料的開發(fā)。使得納米技術(shù)呈良性發(fā)展態(tài)勢(shì)，充分造福人類! |
