微小的材料，最大的问题：如何绿色是纳米技术？

这个故事最初出现在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 - 这可能意味着近原子尺度，与物质比蚂蚁的长度短一万次，一千倍更薄比人的头发 - 能够创建可的方式，否则执行任务的新材料的能力也许是不可能的。

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，如果没有纳米尺度，它们可能不会具有这些特性，它们的行为方式也可能与传统尺度不同。

纳米简而言之

而定义不同，纳米材料通常在长度，宽​​度，高度或约1至100纳米的直径测量 - 一米的1至1000000000分之100。他们采取的物理，化学和其他特性的物质表现出在这个极小的规模优势。

在纳米尺度，材料可以有不同的沸点、磁性和光学性质(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。

仅仅因为纳米材料非常小，它们就能够以不同的方式移动到不同的地方——无论是在环境中还是在人体中——更大的化合物就不能。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。

不久前科幻小说的主题（迈克尔·克莱顿的“纳米机器人”,例如），纳米材料可在物品繁多找到。一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。其他被用来提供药物治疗，以单个细胞，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。

因为他们是如此之小，纳米材料能够移动的方式和场所 - 无论是在环境或人体 - 更大的化合物不能。

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。

更现实的例子，其中一些属性正在被利用，以控制气味的衣服，如袜子和内衣，以防止在塑料食品包装容器，儿童毛绒动物微生物，并且使防晒霜消失更容易地进入你的皮肤。

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(PDF)已经登录含有纳米银作为抗菌剂400多个消费产品 - 只是在产品中使用的市场上有许多纳米材料之一。其中有牙膏，宠物和婴儿毛毯，毛刷和吸尘器。

“纳米技术已经无处不在。这不再是一个研究幻想。国家纳米技术协调办公室。

小事，大问题

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。但使纳米材料如此独特而实用的也是同样的特质提高对他们的人类与环境机构的互动，野生动物，我们的食品供应和严肃的问题。

由于加州圣巴巴拉大学纳米技术中心的社会他指出:“这些新的纳米技术给社会带来了许多不确定性。使用它们可能带来的风险在很大程度上是未知的，(而且可能)难以预料。”

一些研究表明，袜子经过纳米银处理的银在清洗时可以释放出这些银。还有人认为纳米银可以从塑料，包括那些在使用食品容器。用于测试由委托食物安全中心已经在许多食品中发现二氧化钛纳米颗粒，包括奶酪、巧克力、糖果和蛋黄酱。

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(fda)表示，我们对未经特别批准就使用纳米级材料的了解还不够。

其中，纳米级二氧化钛被发现的食品制造商表示，这些颗粒不被特别设计或添加，但与常规尺寸的无意中发生。但由于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。眼下欧洲化学品部门正在考虑如何二氧化钛的致癌性分类 - 包括其纳米形式 - 一商议，可能会导致其在消费类产品的限制。

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。还有人发现，植物可以吸收的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在其网站上，评估的纳米材料的毒性“是困难的，因为它们具有独特的化学性质，高反应性，并且在液体不溶解”的，因为现有的测试“可能无法正常工作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”的曝光会如何设置阶段为以后的健康问题。由于纳米材料的能力穿透细胞，这显得尤为重要。

“大约有毒性大的问题，”帕克说。

另外还有一点，由于其规模的关注，纳米材料可以渗透皮肤和细胞在更大的方面材料不能。大量的研究一直在寻找这些影响作为职业暴露，环境暴露和暴露于含有纳米材料的消费类产品的结果。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。

这些微小的管状颗粒引起了人们的关注，因为它们能够穿透肺组织，引起呼吸问题。其他研究也注意到碳纳米管的相似性石棉纤维，研究人员正在调查，如果这些纳米材料可以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，除了不能完全理解纳米材料的危害，曝光的风险也还没有很好的理解。

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，包括开发专门的统计模型，将这些估计帮助。

“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候，”加纳说。“这是更难弄清楚他们来自何处。”

当考虑纳米材料的潜在环境和健康的影响，国家纳米技术计划副主任丽莎Friedersdorf说明白，这是非常重要的“在极少数的应用程序是你谈论单独的纳米颗粒。”相反，她解释说，他们更经常“系统的一部分。”

直到我们明白现实环境浓度[纳米材料]可能是，我们真的不知道影响是什么。

尽管特定的纳米材料可能不会对在成品消费产品的关注，但仍可能有制造过程中“工人的影响”。在电子产品，例如，“纳米部件可能是电线是真的很小或有是在纳米尺度特征的晶体管，”她解释说。

同样的事情是，有污迹或泥耐超疏水涂层的真实 - 材料在纳米尺度使用的化合物，使创建所需的性能纹理。有，但是，一些应用程序中单独的纳米颗粒进行工作 - 在医学上，例如，在那里他们可以用来在家里对单个细胞是否作为诊断工具或药物。

但是，随着食物安全中心高级政策分析师杰德·汉森观察，而特定的纳米材料可能不会对在成品消费产品的关注，它可能仍然有制造过程中“工人的影响”。

知识差距满足法规鸿沟

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年起。根据其新“小说食品”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。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和较大的颗粒表现如此不同，设备，按说将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，“越来越多的人担心缺乏环境健康和安全数据(PDF)，”环保署说。

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

缺乏需要这些材料的标签或其他房源的规定也意味着美国是没有的含有纳米材料的产品有任何官方的库存。目前，最全面的目录在产品类别方面是一个由编译新兴纳米技术项目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最近另一个数据库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。

“这使得一个混乱的局面对于消费者来说，”说威尔逊中心科技创新计划资深研究员托德·库伊肯。并表示库伊肯，它很可能是一个公司可能不知道在其产品中使用，因为它可能有购买的成分或可能不会被公开其专有的配方或技术的全部细节等组成的纳米技术的细节。这也增加了难度理解这些产品的潜在的环境和健康的影响。

环境和消费者权益保护者说，EPA不会再让如何被使用的纳米材料足够接近标签。

例如，食品安全中心、除害剂、清洁生产行动中心、环境卫生中心和其他组织对该机构提起诉讼，要求它规范纳米银的所有使用，就像管理农药或其他抗菌化学品一样。根据现行法规，EPA负责批准声称抗菌的材料。

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。

这是非常可能的是，公司可能不知道在其产品中使用的纳米技术的细节。

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。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。

在三月（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。

与此同时，然而，自2011年作为国家纳米技术计划的一部分 -在$ 1.6十亿资金在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,包括美国环保署,食品及药物管理局和国家职业安全与健康研究所,美国消费品安全委员会一直致力于开发的方法评估潜在的空气释放纳米粒子从各种消费产品——其中喷雾剂,运动器材和产品可能对儿童构成特殊的风险。

And while there doesn’t appear to be any federal move afoot to require labeling of nanomaterials in products sold in the U.S., the Environmental Working Group has launched an initiative involving personal care products and cosmetics asking manufacturers to add product toxicity details to the information visible to consumers either in stores, on packages or online.

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。

“我们把它叫做‘移动市场’，”研究EWG的副主任，内卡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，什么是纳米技术对人类健康和环境的影响的底线？

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然带来一些非常、非常大的问题:这些材料在哪里被使用，它们的行为如何，我们需要做什么来保护我们自己和地球的其他部分免受不必要的冲击和暴露。