纳米级材料和关于安全的悬而未决的问题

这篇文章最初出现在Ensia。

近年来，努力开发下一个大事件 - 无论是在医学，计算机技术，污染防治和高性能材料 - 已经转向一些非常，非常小的事情：纳米材料。

在纳米尺度上工作——这意味着接近原子尺度，物质比蚂蚁的长度短一百万倍，比人的头发细一千倍——带来了创造新材料的能力，这些新材料可以以其他方式完成不可能完成的任务。但它也带来了与理解环境和人类健康影响相关的新问题和挑战，因为在纳米尺度上，物质通常具有化学、生物和物理特性，而在其他情况下它们可能不具有这些特性，而且它们的行为方式可能与传统尺度不同。

简单地说

虽然定义不同，纳米材料的长度、宽度、高度或直径通常在1到100纳米之间，即1到1000亿分之一米。它们利用了物质呈现出的物理、化学和其他特性。在纳米尺度，材料可以有不同的沸点，不同的磁性和不同的光学性质(颜色，荧光或透明度）。他们可以在方式与活细胞和其他材料导电或渗透和互动，他们不会在更大的尺寸。而仅仅是因为他们是如此之小，纳米材料能够在方式和地方移动的 - 无论是在环境或人体 - 更大的化合物不能。

正是由于这些特殊的性质，纳米材料才得以发展到如此广泛的应用。不久以前，科幻小说(迈克尔·克莱顿的纳米机器人”例如），纳米材料，现在可以在物品繁多发现，有些被用来制作极强而轻质的建筑材料，有效地存储能量，解毒污染物或建立抗菌表面。其他被用来提供医疗到单个细胞，检测有害的细菌或建立生产计算机芯片的新途径和新半导体。

农业美国能源部正在研究纳米技术如何被用于检测家禽病原体和正在探索纳米材料可能被添加到食用的食物，Bosoon公园，在美国国家家禽研究中心首席科学家。利用纳米技术检测有害细菌，Park说，显著可以减少它需要确定一个爆发的源头时间。在另一应用中，研究人员在加拿大正在利用纳米颗粒的表观能力，以除去由高持续性的，有毒的烃化合物油砂废水。

纳米技术通常被称为“新兴”技术，我们是充分理解其毒理学和环境的影响很长的路要走。

更常见的是，其中一些功能被用来控制衣物(如袜子和内衣)的气味，防止塑料食品容器和儿童玩具中的微生物，以及让防晒霜更容易进入你的皮肤。使用纳米材料的日常产品和更专业的产品有很多:自行车、化妆品、个人护理产品和家用电器，以及电子产品、飞机和汽车零部件，以及药品。一个数据库已经记录了超过400种含有纳米银作为抗菌剂的消费品——这只是目前市场上使用的许多纳米材料中的一种。其中包括牙膏、宠物和婴儿毛毯、毛刷和吸尘器。

“纳米技术已经是无孔不入。这不是一个研究幻想了，”丽莎Friedersdorf，美国的副主任国家纳米技术协调办公室。

小事，大问题

纳米技术通常被认为是一种“新兴”技术，我们要完全了解它的毒理学和环境影响还有很长的路要走。但是，使纳米材料如此独特有用的特性也引发了关于它们与环境、野生动物、我们的食物供应和人体相互作用的严重问题。

加州大学圣巴巴拉分校社会纳米技术中心指出，“这些新的纳米技术对社会形成许多不确定因素。可能伴随它们的使用在很大程度上是未知[和可能]很难预料的风险。”

一些研究表明袜子与纳米银可释放出银他们洗的时候治疗。其他人认为，纳米银可从被释放塑料，包括那些在食品容器。由食物安全中心发现二氧化钛纳米粒子在众多的食品，包括奶酪，巧克力，糖果和蛋黄酱。

因为这些颗粒是如此之小，人们担心他们可能行为方式比他们大的表兄弟毒性更大。一种增白剂，二氧化钛，被批准在常规大小的食品中使用。负责食品添加剂审批的联邦机构美国食品和药物管理局(U.S. Food and Drug Administration，简称fda)说，它对纳米级材料的了解还不够，无法在未经特别批准的情况下使用这些材料。发现纳米级二氧化钛的食品制造商表示，这些颗粒并不是经过特别设计或添加的，而是无意中与传统尺寸的颗粒一起出现的。但由于这些粒子如此之小，人们担心它们的毒性可能比它们更大的同类粒子更大。目前，欧洲化学品当局正在考虑如何对二氧化钛的致癌性进行分类——包括其纳米形式——这一考虑可能会限制其在消费品中的使用。

一些研究人员正在研究生态系统如何可能，如果纳米银进入土壤和水中的泥沙产品在结束后的影响废物流。其他人发现植物可以吸收纳米银如果它存在于土壤中，就会以微小的数量存在。随着美国环境保护局解释道在其网站上，评估纳米材料的毒性“很困难，因为它们具有独特的化学性质、高反应性、不溶于液体”，而且现有的测试“可能无法测试纳米材料的安全性”。

在明尼苏达双城和威斯康星大学密尔沃基分校大学的研究人员与工作中心可持续纳米技术正在探索纳米材料是否会影响基因表达。其目的是了解“亚致死”暴露如何可能为以后的健康问题埋下隐患。考虑到纳米材料穿透细胞的能力，这一点显得尤为重要。

“关于毒性有很大的问题，”帕克说。

还有人担心，考虑到纳米材料的尺寸，它们可能会穿透皮肤和细胞更大的材料却不能。很多研究都在关注这些影响由于职业接触、环境接触和接触含有纳米材料的消费品。最近的一项研究发现在儿童肺部植入碳纳米管，，显然存在于其他空气污染物的混合物颗粒。这些微小的管状粒子构成的，因为其穿透肺组织造成呼吸系统问题能力的担忧。其他研究已经注意到碳纳米管与石棉纤维相似研究人员正在研究这些纳米材料是否会以同样的方式影响肺组织石棉确实 - 导致瘢痕和炎症，可导致肺癌，间皮瘤和石棉。

风险：未知

添加到理解这些产品的生命周期影响固有的挑战是，它们含有纳米材料和产品的泛滥似乎超过了这些产品的任何系统的编目或标签。简单地说，我们不知道确切位置以及它们如何被使用。

这意味着，除了没有完全理解纳米材料的危害之外，暴露的风险也没有得到很好的理解。加州大学圣巴巴拉分校(University of California, Santa Barbara)布伦环境科学与管理学院(Bren School of environmental Science & Management)博士生肯德拉·加纳(Kendra Garner)表示:“在我们了解纳米材料在环境中的实际浓度之前，我们并不真正知道其影响是什么。测量纳米材料对环境的影响，包括开发一个特殊的统计模型来帮助进行这些评估。

“这是非常复杂的，”加纳说。“有没有真正在这一点上措施纳米材料的原位环境中的技术。”即使研究人员能够采取样品“由你到他们可能已经改变了，因为他们是如此的反应实验室的时间。这是更难弄清楚他们来自何处。”

在考虑纳米材料对环境或健康的潜在影响时，国家纳米技术计划的副主任Lisa Friedersdorf说，重要的是要了解“在很少的应用中，你讨论的是单个纳米颗粒。”Rather, she explained, they’re more often "part of a system."

虽然一种特定的纳米材料可能不会在成品中引起关注，但它在制造过程中可能仍然会有“工人影响”。例如，在电子领域，“纳米特征可能是非常微小的电线或具有纳米级特征的晶体管，”她解释说。同样的道理也适用于超疏水涂层，即耐沾污或耐泥浆的涂层——这种材料使用纳米级的化合物来制造出具有理想性能的纹理。然而，在某些应用中，单个纳米颗粒发挥了作用——例如，在医学领域，它们可以用于聚焦单个细胞，无论是作为诊断工具还是药物。

但正如美国食品安全中心(Center for Food Safety)高级政策分析师杰迪·汉森(Jaydee Hanson)所观察到的，虽然一种特定的纳米材料可能不会对成品消费品造成影响，但它仍可能在生产过程中对工人产生影响。

知识鸿沟与监管鸿沟相遇

由于纳米材料的扩散继续和科学家们试图让他们的潜能人类和环境健康影响的手柄，监管机构正面临着自己的挑战：如何管理不表现得像那些现有化学品政策旨在应对材料。

欧盟已要求标签的使用抗菌药物以及化妆品中纳米材料自2013年以来。在新“新食品”欧盟还将要求事先批准用于食品的转基因纳米材料，如果食品“不适合某些弱势群体”，如婴儿、儿童或孕妇，可能需要特殊标签。

美国，而另一方面，有没有任何形式的标签要求，指定产品含有纳米材料。在fact, the U.S. federal agencies that oversee chemical ingredient safety — primarily the EPA and the U.S. Food and Drug Administration — treat nanomaterials as they would any other new chemical on a case-by-case basis rather than singling them out for special scrutiny of any kind because of their size.

简单地说，我们不知道有足够的了解纳米材料知道标准的健康和安全的措施是有效的。

简单地说，我们不知道有足够的了解纳米材料知道标准的健康和安全的措施是有效的。对此，汉森说，可能会造成问题，因为这意味着使用监管“的工具来完成他们不一定打算做的工作。”例如，由于纳米粒子非常小，并表现得如此不同于较大的颗粒，该设备通常会被用于清理因吸入颗粒室内溢出或保护工人并不一定对他们的工作。同样，纳米材料的尺寸意味着它们不能被视为其他环境污染物可能会在污染防治方面。与此同时，有关化学品将如何表现一旦产品的假设并不一定适用于纳米材料。目前，（PDF）“对缺乏环境健康和安全数据的日益关注的问题”，环保局说。

简单地说，我们不知道有足够的了解纳米材料知道标准的健康和安全的措施是有效的，或者如果我们要求对这些新材料的权利问题，以确保他们能够安全使用。

推动监督

由于缺乏规定要求在这些材料上贴标签或列出其他清单，这也意味着美国没有任何含有纳米材料的产品的官方清单。目前，最全面的目录就产品类别而言，是由项目在新兴纳米技术皮尤慈善信托基金会和伍德罗·威尔逊国际中心的联合倡议。的含有纳米材料的产品的另一个数据库最近被推出食物安全中心并侧重于食品和食品接触的产品。在这两个库存中列出的一些产品为他们的纳米技术的明确要求 - 如碳纳米纤维材料在运动装备或用作衣物或食品容器的抗菌剂，纳米银 - 但别人不一样。

“这让消费者感到困惑，”他说威尔逊中心科技创新项目高级助理Todd Kuiken说。而且，Kuiken说，很有可能一家公司不知道其产品中使用的纳米技术的细节，因为它可能购买了专利配方或技术的完整细节可能没有披露的成分或其他组件。这也增加了理解这些产品对环境和健康的潜在影响的难度。

环境和消费者权益倡导人士说，环保署没有对纳米材料的使用情况进行足够密切的关注。

例如，食物安全中心，除了杀虫剂，清洁生产行动，环境健康中心和其他团体提起诉讼，控告该机构要求其规范纳米银的所有使用，因为它会杀虫剂或其他化学抗菌剂。根据现行法规，环保局负责授予的，使抗菌材料索赔批准。因此，如果制造商明确表示，其食品容器将“杀死细菌”或它的织物处理将“破坏微生物，”这些产品都应该有登记，由环保局批准的独立。但是，要求参与诉讼的群体，当它涉及到纳米银含产品，环保局未能充分地执行这些规定，允许含有纳米银产品 - 而不是作出具体的杀菌要求 - 不含EPA批准出售。

美国消费者产品安全委员会(U.S. Consumer Product Safety Commission)一直在对一些含有纳米材料的消费品进行严格审查。早在2008年，这些组织就向环保署提交了一份法律请愿书，要求它采取这样的行动。六年后，环保局没有做出回应——所以在2014年12月，这些组织对环保局提起了诉讼，原因是环保局既没有回应他们的请愿，也没有再次要求环保局将纳米银作为一种杀虫剂进行全面监管。在3月(PDF)美国环保局认为，意图杀​​死微生物纳米银销售的产品不符合农药。但是它拒绝了这些团体的请求，自动考虑所有纳米银产品作为杀虫剂 - 包括那些没有作出明确germ-或杀死细菌的索赔。

但与此同时，自2011年起作为国家纳米技术计划的一部分-获得了16亿美元的资助在2016年联邦预算 - 美国消费者产品安全委员会已采取在含有纳米材料的一些消费产品很难看。与其他联邦机构，包括EPA，FDA和美国国家职业安全和健康，美国消费品安全委员会一直致力于开发各种消费产品评估纳米粒子在空气中可能释放的途径 - 其中包括喷雾剂，运动器材和产品可能对特殊风险的儿童。

虽然联邦政府似乎没有采取任何措施要求在美国销售的产品上标明纳米材料在美国，环境工作小组发起了一项涉及个人护理产品和化妆品的倡议，要求制造商在商店、包装或网上可见的信息中添加产品毒性细节。在该计划中坚持一年的公司还将被要求以符合欧盟要求的方式在标签上披露成分，其中包括披露纳米材料的使用情况。人们希望，这将有助于创造消费者需求，促使其他公司效仿。这种要求披露成分的压力导致了政府的通过化工报告和GMO标签法。

“我们称之为‘移动市场’，”EWG的研究副主任Nneka Leiba说。

这已经推动环保局的纳米银产品更严格的监督组也推了其他纳米材料，包括多数民众赞成被用于塑料开发出了纳米二氧化硅化合物的审查机构，食物安全中心的汉森说。

底线

那么，纳米技术对人类健康和环境影响的底线是什么?

从本质上讲，我们还不知道。在一方面，纳米技术的应用提供了许多有前途的解决方案，无论是在污染防治，医药，水处理，电子产品和能源生产和无数其他领域。在另一方面，许多科学正在兴起表明这些材料存在潜在的环境和健康危害。而现在纳米材料还没有充分编目，监视或调节，这只会增加理解对环境的影响的挑战。

换句话说，非常，非常小的技术的应用仍携带其中一些非常大的问题，这些材料被使用，我们它们是如何表现，哪些需要做的保护自己和地球的反对不必要的影响和风险，其余。