环境毒理学论文

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1、华东理工大学 20102011 学年第_1_学期 环境毒理学 课程论文 2010.11班级 油气 083 学号 10083909 姓名 王烨 开课学院 资环学院 任课教师 张 卫 成绩_论文题目：纳米材料在环境毒理学研究的新进展论文要求： 内容与本课程密切相关，体例为议论文。 结合案例分析，理论联系实际。 题目自拟，篇幅在 4000 字左右。教师评语：教师签字：年 月 日近年来，人们逐渐认识到保护生态环境与保护人体健康同等重要，密切相关。在可持续发展世界首脑会议上通过的行动计划中提出，应以保护人体健康和生态环境为目的，本着预防为主的原则，公开、科学地对化学品的安全性评价和管理。根据以上指导思想

2、，世界各国相继对本国的化学品管理法规进行了修订，强调在新化学品送审时应提供生态毒性评价的结果。环境毒理学(environmental toxicology)是研究环境污染物，特别是化学污染物对生物有机体，尤其是对人体的影响及其作用机制的科学。它既是环境科学和预防医学的一个重要组成部分，又是毒理学的一个分支学科。与环境毒理学类似，生态毒理学(eco-toxicology)也是研究环境污染物对生物有机体的影响的科学，但其侧重于研究环境污染物对生态系统及其人类以外的生物组成部分的影响。在经典的环境毒理学中，其他生物在研究中的用途一般是作为为人的替代。现代环境毒理学可以说包括经典环境毒理学和生态毒理学

3、两方面的内容，其实验对象包括啮齿类动物、鸟类、鱼类等生态系统的组成成分。事实上，对环境污染物的人体暴露评价也需要了解食物链上其他物种的暴露情况。化学污染物通过食物链的传递在不同营养层次生物产生的效应是环境毒理学研究的焦点之一。因此，现代环境毒理学和生态毒理学研究的区别日益模糊。近年来，随着环境科学、生命科学的飞速发展，人们对环境毒理学的认识也逐渐加深。环境毒理学作为一门学科日渐成熟，在环境污染物的健康危险度评价和管理中起着越来越重要的作用。现就纳米材料在环境毒理学研究的新动向作下介绍。在充满生机的21世纪，信息、生物技术、能源、环境、先进制造技术和国防的高速发展必然对材料提出新的需求，元件的小

4、型化、智能化、高集成、高密度存储和超快传输等对材料的尺寸要求越来越小；航空航天、新型军事装备及先进制造技术等对材料性能要求越来越高。新材料的创新，以及在此基础上诱发的新技术。新产品的创新是未来1O年对社会发展、经济振兴、国力增强最有影响力的战略研究领域，纳米材料将是起重要作用的关键材料之一。同时也有研究显示纳米材料可以在细胞水平、亚细胞水平、基因、蛋白水平及整体动物水平对生物体产生影响。正因为如此，2003年4月Science、2003年7月Nature，相继发表相关文章，开始讨论纳米材料的生物效应、对环境和健康的影响问题。2004年1月美国化学会的Environmental Science

5、& Technologies杂志、2004年6月Science 又再次载文强调，必须对纳米材料的安全性问题进行研究。本文主从纳米材料特性出发，综合其性质对可能产生的破坏机理进行了讨论，并对该研究领域的前景和重点进行了探讨。纳米级结构材料简称为纳米材料(nano materia1)，是指其结构单元的尺寸介于1纳米100纳米范围之间。纳米材料的特殊理化性质取决于它们的颗粒大小(表面积和表面分布)、化学构成纯度、结晶型、带电性、表面结构(表面反应性、表面基团，无机或有机包裹等)、溶解性、形状和聚集性等。纳米材料按类别大致可分为纳米粉末、纳米纤维、纳米膜、纳米块体等四类。其中纳米粉末开发时间最长、技术

6、最为成熟，是生产其他三类产品的基础。纳米材料的应用领域十分广泛，它已经渗人到轻工、纺织、化工、机械、电子电器等各个领域。纳米材料在未来人们的生活中将发挥重要的作用。纳米材料可以通过多种途径进入环境而成为纳米污染物。总的来说，在研究、生产、运输、使用及废物处理等过程中的直接、间接是释放纳米材料进入环境的主要途径，但目前还不清楚这些过程的释放程度。其具体途径大体包括：1、纳米产品的生产过程。随着近年来纳米材料研究的广泛兴起以及生产纳米材料的工厂在世界范围内的迅速增加，工厂和实验室的废物排放是当前纳米材料进入环境的重要途径。2、与人们生活密切相关的纳米产品的使用。如个人防护品(化妆品、遮光剂)、纳米

7、运动器材以及纳米纤维等都可以通过在使用与处理等过程被释放到环境。纳米药物或基因载体系统，虽然它并不直接用于环境，但是可以通过废弃物排放而污染土壤和水体。3、纳米材料的直接释放。如纳米监测系统(如传感器)、污染物控制和清除系统以及对土壤和水体的脱盐处理等。目前己经有多种纳米材料用于环境治理，处理不当很可能造成环境二次污染。至于纳米材料的这种应用是否会对生态环境造成小规模影响及影响的程度如何，还有待研究。Yang等研究铝纳米颗粒的植物毒性。研究者用根延长试验发现未包被的铝纳米颗粒可以抑制玉米，黄瓜、甘蓝等植物根的延长，而包被有菲的铝纳米颗粒可以显著减小这种抑制，原因是菲的包被破坏了纳米颗粒表面本身

8、具有的羟自由基，从而改变了纳米表面特性。研究结果表明表面特性对于颗粒毒性的大小非常重要。美国威斯康星州密尔沃基大学的Lokcn等研究纳米TiO 2对水生模式生物大型蚤死亡的影响。将水蚤暴露于四氢吠喃过滤和超声两种方法制备的各浓度纳米材料水溶液中，结果发现经四氢吠喃过滤处理的TiO 2导致大型蚤死亡，并呈剂量反应关系。Zhu等用纳米C60对大型蚤的研究也发现四氢吠喃处理的较水搅拌处理的纳米C60毒性更大。目前在纳米材料的生态毒理学研究中，对微生物影响的研究相对较多。己有研究表明多种纳米材料具有抗菌作用，纳米材料的这种特性已经得到广泛应用，如磁性纳米颗粒己经被用于水体除菌。研究证明纳米颗粒可以聚集

9、在大肠杆菌的膜上使细胞壁凹陷，从而导致细胞膜渗透性改变，最终导致大肠杆菌死亡。纳米材料具有改变生命机体内分子性质的能力，在一定条件下纳米颗粒可以穿透皮肤、血液或脑的屏障，对皮肤、呼吸系统、循环系统以及脑等产生负面作用并在这些部位聚集积累 。纳米材料具有对生物和环境安全的危害，已经被越来越多的事实所证实，以下介绍几种常见纳米材料的毒性特性。1、纳米二氧化钛的环境毒理纳米二氧化钛是一种应用广泛且研究较为充分的材料，在涂料、抗氧化、污水处理、化妆品等都有应用，其产量相当可观。Afaq等用支气管注入法研究超细TiO 2对大鼠的毒性，当给大鼠注射TiO 2，纳米颗粒作用时，尽管细胞启动自我保护机制诱导了

10、抗氧化酶的生成，却未能消除TiO 2纳米颗粒产生的毒副作用。进一步的研究观察到了纳米TiO 2，颗粒引起的一系列生物效应。Rahman等在比较了20nm的超细TiO 2颗粒和200nm的TiO 2颗粒对大鼠胚胎成纤维细胞的影响时发现，经20nm的超细颗粒处理后的细胞，其微核数目显著升高，并引起了细胞凋亡；而200nm的细颗粒却没有引起细胞内微核数目的变化。2、碳纳米管和C60的环境毒理自从碳纳米管和C60发现以来，由于具有优越的力学、电子学和化学等性能，在很多领域显示出广泛的应用前景。Oberdoster等人对于从自然环境中捕获的黑鲈鱼进行了研究，他们将其置于浓度各异的含有C60的水环境中，同

11、时他们发现黑鲈大脑及中枢神经起保护作用的细胞遭到了破坏。Lain等人将碳纳米管分为0、01和05计量组，通过气管注入老鼠体内，同时设置了碳黑和石英对照组，发现注入碳纳米管的老鼠均出现严重的肺部炎症，其毒性明显高于对照组。3、超细铁粉的毒理学铁在环境中广泛存在，并且是大气颗粒物中主要成分，对健康的损伤也是不可忽视的。它会沉积在肺部，并且沉积在肺部末端的纳米铁粉颗粒很容易迁移到细胞表面，从而通过细胞膜被细胞吸收成为生物活性的铁，造成伤害。4、纳米聚四氟乙烯的毒理学纽约罗切斯特大学的研究者发现,让实验大鼠暴露在含有直径20nm的“特氟龙”塑料(聚四氟乙烯颗粒的空气中15 min，它们大多数在4 h内

12、死亡了。而暴露在直径120 nm颗粒中的对照组则安然无恙。组织学研究表明，能够清除外来物质的巨噬细胞很难将较小颗粒清除出去。5、固体脂质纳米颗粒的毒理学Rainer H Muller等 将固体脂质纳米颗粒与聚醋纳米颗粒分别作用于相同细胞，以比较2种颗粒的细胞毒性。结果发现05的聚醋纳米颗粒可使100的细胞死亡，而10的固体脂质纳米颗粒却可令80的细胞存活，可见固体脂质纳米颗粒具有相对较低的毒性。6、纳米半导体材料的毒理学美国加州大学San Diego分校的Austin M Derfus等发现,硒化镐纳米颗粒(CdSe)为核心的半导体在某些情况下有很强毒性，当合成半导体量子点的时候改变参数，暴露

13、在紫外线下和表面修饰后，量子点的细胞毒性会有所变化。研究揭示硒化锅纳米颗粒(量子点)可在人体中分解，细胞毒性与自由Cd 2+释放有关当经过适当修饰以CdSe为核心的半导体可变得无毒。目前，纳米科技应用开发的研究力度远远大于对科技本身潜在风险研究的力度，国内纳米材料的研究开发已经进人国际领先行列，市场上也出现了如纳米碳管、纳米二氧化钛和纳米氧化锌等多种产品，这些产品没有经过严格的人体无害研究之前马上投放市场是不恰当的；另外，纳米材料在生产和运输的过程中是否会对生产运输者的健康造成危害，是否会因泄漏扩散到环境中而造成污染；纳米材料在使用过程中要遵从什么样的技术规范等等问题目前都不清楚；含有纳米颗粒和纳米纤维的纺织品和生活用品会随时间推移而脱落、分解进人环境中，特别是水环境。这些材料的生物可降解性，是否会对水生生物及整个水生态系统产生不良影响，是否会通过食物链最终在人体富集积累而危害公众健康等问题目前也不清楚。纳米材料对人类健康、环境和社会的影响是一个亟待解决的问题，需要建立纳米材料的研究、生产和使用的安全规范，以及环境系统评估和监测的方法和制度，并将“纳米污染”列人国家战略研究规划。