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纳米材料主要用处
最近，可能大家的朋友圈都被一条爆款网文刷屏了：
大约七八年前，我听了一场有关纳米材料的讲座，演讲者是一位本领域极为知名的学者。在讲完最新的科研成果之后，这位学者分享了一个故事：他有一个研究碳纳米管的同事，不抽烟、爱运动，但莫名其妙得了肺癌，很快就去世了。
当然，这其实是个地道的没头没尾的网络流言，不过如果我们再查查新闻，2019年11月14日，国际化学秘书处（ChemSec）更新了SIN（需要及时被替代的材料）清单，这份清单中出现了一个名字——碳纳米管（CNTs）。
那么，纳米材料，这种应用前景潜力无穷的黑科技材料，究竟对人体有没有危害呢？
碳纳米管：天使还是魔鬼？
碳纳米管（CNTs）是由碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。这是一种“明星”纳米材料，因为具有优异的力学、电学等性质，被广泛用在超强纤维、电子产品、电池等领域。
显微镜下的碳纳米管构造 | www.news-medical.com
SIN，是英文“Substitute It Now”的缩写，直译过来就是“赶紧换掉！”。顾名思义，这个清单列出了各种产品制造中会使用的危险化学品。ChemSec给出的建议是：凡是上了这个清单的，都是对人类和环境有害的，应尽量避免使用。
碳纳米管，是有史以来第一个被列入SIN清单的纳米材料。
SIN清单中“碳纳米管"相关页面的截图 | www.sinlist.chemsec.org
2020年1月，国际化学品秘书处（ChemSec）毒理学专家安娜·林可斯特（Anna Lennquist）等人在国际知名期刊《自然-纳米技术》（Nature Nanotechnology）上发表了一篇文章，解释了将碳纳米管加入SIN的原因。
SIN清单有三方面入选标准，分别是致癌性、生殖毒性和持久性（Carcinogenic，Reproductive toxicity， Persistent ）。
在致癌性方面，早在2014年，国际癌症研究机构（IARC）就将一种名为“MWCNT-7”的碳纳米管判为“可能对人类致癌”。他们研究发现这种碳纳米管会持久地造成小鼠的肺部炎症，符合致癌标准。2019年，我国学者的研究也证明了碳纳米管在肺部积累会加速肿瘤的转移。
沉积在小鼠体内的碳纳米管 | http://phys.org/news/2009-10-carbon-nanotubes-affect-lining-lungs.html
碳纳米管也符合生殖毒性的条件。研究发现，通过静脉注射碳纳米管到孕期小鼠体内，会造成小鼠胚胎的致死和致畸。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。
三发全中，有了这些研究，ChemSec有足够的底气将CNTs打入SIN清单。按ChemSec该项目负责人的话说：“这些研究已经足够了，证明这些材料（CNTs）不能用。
然而，一石激起千层浪，很多研究相关领域的学者坐不住了。
首先，瑞典卡罗林斯卡学院的Bengt Fadeel教授认为，不能一竿子打死一船碳纳米管。碳纳米管有很多种类。不同的长度、层数、直径以及表面的化学状态都会对它的生物性质产生影响。照他的话说：“碳纳米管生而不平等 （not all CNTs are created equal）。”
在SIN给出的碳纳米管损伤肺部研究中，只涉及到了一种较长的碳纳米管。而有证据表明，短的碳纳米管毒性会低很多。所以，不加分别地把所有碳纳米管作为一种材料加入到SIN，是一种不合理（unjustified）的做法。
这篇发表在《自然-纳米技术》上的反对ChemSec文章，有着罕见的超长作者列表 | http://www.nature.com/articles/s41565-020-0656-y
紧接着，39名学者联名发表了一篇评论文章，旗帜鲜明地反对将碳纳米管加入SIN。
这篇有着长长作者列表的文章，进一步论证了ChemSec此举的不合理之处。他们指出，大量研究都显示“CNTs的致癌性证据不足或影响有限”。
更重要的是，他们指出碳纳米管进SIN这事会严重阻碍技术创新（damaging to innovation）。人身和环境安全确实是重中之重，但是，新技术需要不断探索才能完善，“只有我们对一种材料进行足够深入的了解，才更有可能找到其安全使用的方法”。现如今，碳纳米管同样广泛用在医疗领域，比如用于增强细胞分化，精确传递药物或者进行分子成像等，将所有碳纳米管无差别判入SIN清单，这些领域的研究势必会受到冲击。
碳纳米管应用前景十分丰富，包括电池，集成电路，新型涂层与粘合剂，制药等等 | www.mdpi.com
碳纳米管只是“纳米材料毒性之战”的第一枪，之后会有一个又一个纳米材料进入到讨论范围。石墨烯、量子点、纳米金、纳米银、硅纳米线，这个名单还可以列得很长。对于这些材料的安全评估一直在做，但目前很多数据还并不充分。可想而知，有关纳米材料与SIN清单的争议还会持续下去。
我们为什么要担心纳米材料？
当我们在讨论纳米材料时，我们究竟在害怕什么？
害怕它们的小。
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。尺度上的极致减小，赋予了纳米材料很多奇异的性质。因此，很多人认为这些新材料会带来下一轮技术革命。
随着技术的发展，越来越多的纳米材料进入人类社会。根据2015年的报道，商业化的纳米材料已超过1800种，现如今，这个数字肯定增长了很多。2019年，全球纳米材料市场价值85亿美元，相关机构分析，这一数值在2027年将增加到220亿美元。
从手机到化妆品、从家具到染料，这些产品中的纳米成分随时可能脱落，进入大气、河流和土壤。此外，人类的生产生活中，制造出很多污染物也是纳米级别的。在评价空气污染的指标中，有一项叫做PM0.1，指的就是环境空气中粒径小于100纳米的颗粒。
头发,细砂与PM2.5颗粒的尺寸对比| www. polymer.cn/sci/kjxw13659.html
直径在5~10微米的颗粒物可以进入鼻腔和咽喉，对于这些颗粒，人是可以咳出来。但颗粒更小时，比如PM2.5颗粒（粒径小于2.5微米），它们会进入气管、支气管，直接损害到肺泡，对人体健康影响更大。而尺寸更小的纳米颗粒，其危害性可能更大，因为它们小到足以穿透人体内的“生理屏障”。
所谓的“生理屏障”有很多种，比如血脑屏障、血胎屏障、血睾屏障等等。它们如同一层保护膜，将人体中的重要器官和血液隔开，可以让营养物质通过，将有害物质隔离在器官之外。但是，有研究证明，纳米银能穿透大鼠的血脑屏障，而纳米金颗粒可以通过母鼠的胎盘屏障，进入胎儿体内。
与大颗粒相比，纳米颗粒能在人体中能走得更深、更远。
另一方面，如何监控纳米颗粒是一个巨大的挑战。
我们可以捡起塑料瓶、回收废电池，让工厂不排污水、净化废气。这些我们都看得见，摸得着，管理起来也更容易。但到了纳米尺度，很多对于传统污染物的检测和防控手段就不起作用了 。
在巴黎地区哮喘儿童肺部中的碳纳米管 | www.http://www.kurzweilai.net/carbon-nanotubes-found-in-cells-from-airways-of-asthmatic-children-in-paris
2015年，研究者在巴黎地区几十名哮喘病儿童的肺部中检测到了碳纳米管。在这项研究的论文中，实验人员明确地说，他们借助了透射电子显微镜才定位了碳纳米管，而用普通的光学显微镜则无法分辨。因此，他们强烈建议“对此前的相关研究进行重新评估。
一种用于观察纳米颗粒的典型设备——透射电子显微镜， 价格在几十万到几百万美元不等 | www.labx.com
入侵人体能力更强，体积微小防不胜防，这就是纳米材料和纳米级污染物的隐患。
我们该怎么办？
作为一个纳米行业的从业者，我个人的建议是——“不要怕，等等看”。
首先，不要怕。
我们能看到一篇又一篇证明某种纳米材料有毒的报道，但这里面要指出的是，研究者或者媒体天生存在一个倾向，就是缺乏毒性的数据通常不会发布，或者不会大肆宣传。因为“这东西没毒”，这个结果似乎并没那么“引人注目”。所以，呈现在我们面前的往往是“最震撼”的消息。
虽然应用领域很多，但普通人能接触到的纳米材料种类还是十分有限的，而且所能接触的量也极其微小。有些纳米材料毒性研究，都是把大剂量样品直接注射到动物体内。幸运的是，我们不是小白鼠，不会遇到这种极端危险。
我们人类身体其实也有很多方法来对付纳米颗粒。比如，吞噬细胞可以把纳米颗粒吞掉并降解；很多纳米材料也可以经消化道或者肾脏代谢，被排泄出体外。
至于“等等看”。就是说，咱们不要太匆忙下定论。
毕竟纳米材料是新兴技术，对纳米材料的毒理研究肯定也是刚起步没多久，目前所得到的数据大多还是片面的，甚至很多研究报道是相互矛盾的。
碳纳米管诞生了30年，算是“老一辈”纳米材料了，而且使用范围很广，对于它的研究尚且存在如此大的争议。值得一提的是，我国学者对碳纳米管生物毒性的研究做出过很大贡献。国家纳米中心的陈春英等人曾系统地研究过碳纳米管的形状、结构、长度等特征对它生物性质的影响，并率先建立了一套碳纳米管生物毒性的评价标准。
当然，一篇讲毒性的科普文，读者最想看到的，无疑是那种确凿的论断：“这个有毒，咱们离远点”或者“那个没毒，可以放心用”。但对于纳米材料的毒性，我们还站在浓浓迷雾之中，远没到斩钉截铁的时候。
我们更该恐惧的不是纳米材料本身，而是盲目的决策或者跟风的喧嚷。
请给科学家们一点时间。
参考文献
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[3]http://nanotech.lawbc.com/2019/11/chemsec-adds-carbon-nanotubes-to-sin-list
[4]http://phys.org/news/2009-10-carbon-nanotubes-affect-lining-lungs.html
[5] Fadeel, B., Kostarelos, K. Grouping all carbon nanotubes into a single substance category is scientifically unjustified. Nat. Nanotechnol. 2020, 15, 164.
[6] Heller, D.A., Jena, P.V., Pasquali, M. et al. Banning carbon nanotubes would be scientifically unjustified and damaging to innovation. Nat. Nanotechnol. 2020, 15, 164–166.
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[8]http://www.grandviewresearch.com/industry-analysis/nanotechnology-and-nanomaterials-market
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作者：圆的方块
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来源： 果壳网
