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编者按：在第243次香山科学会议上，中国科学院副院长白春礼在《纳米科技：发展趋势与安全性》的主题评述报告中指出，随着纳米科技的快速发展，各国对纳米安全性问题的重视不断加强，目前面临的难题是：纳米物质对人体的危害有多大，可以通过何种途径进入人体？纳米颗粒污染在大气污染中占多大比重，是如何产生的，以何种形式存在？如何检测，如何治理等？国际、国内在这方面的研究都刚刚起步，因此，对纳米物质生物毒性的研究更为紧迫。
纳米颗粒可致病？
纳米科学技术的飞速发展可能会导致生产方式与生活方式的革命，因而成为当前发达国家投入最多、发展最快的科学研究和技术开发领域之一。就在人们逐渐认识纳米科学技术的优点和其潜在的巨大市场的同时，在欧洲和美国，科学家们发表了一项长期流行病学研究结果。
这项长达20多年的与大气颗粒物有关的长期流行病学研究结果发现：人的发病率和死亡率与他们所生活环境空气中大气颗粒物浓度和颗粒物尺寸密切相关。死亡率增加是由剂量非常低的相对较小的颗粒物引起的。在美国进行的这项长期人群调查结果显示，人所生活周围空气中2.5um颗粒每增加10ug/m3，总死亡率增加7%～13%。伦敦大雾是一个众所周知的例子，这场大雾之后，两周内在伦敦有4000多人突然死亡。科学家分析研究结果显示，这主要是空气中细小的纳米颗粒大量增加造成的。
目前，细小颗粒物导致疾病的发病率和死亡率增加的机理还不清楚。但是科学家们推测，大气颗粒物中小于100nm超细颗粒物具有特殊生物机制，并起到关键作用：它们在肺组织中的沉积效率很高；另一种推测是，小于100nm的超细颗粒物可能直接作用于心脏，直接导致心血管疾病；也有人假设它可以增加血黏度或血的凝固能力，导致心血管疾病。由于100nm以下的物质正好是纳米科学技术努力发展的领域，因此，世界卫生组织最近呼吁要优先研究超细颗粒物，尤其是纳米尺度颗粒物的生物机制。
纳米材料的生物效应
2003年4月以来，《自然》、《科学》杂志多次发表文章，与各个领域的科学家们探讨纳米材料与纳米技术的生物环境安全性问题，即纳米颗粒对人体健康、生存环境和社会安全等方面是否存在潜在的负面影响?
从纳米颗粒大小与较大蛋白质的尺寸相当这一事实，我们很容易想到，纳米颗粒可能容易侵入人体和其他物种的自然防御系统，进入细胞并影响细胞的功能。人造纳米材料进入生命体后，是否会导致特殊的生物效应?这些效应对生命过程和人体健康是有益还是有害?纳米量级的微小颗粒，是否会穿越脑屏障，进入大脑而影响大脑功能?很多纳米结构的分子和分子集合体具有自我组装的能力，这些人工纳米分子进入人体后，是否会干扰或破坏生命过程本来的分子组装过程的正常进行?人们对此产生了种种疑问。
从纳米物质出现的一些特殊的物理化学性质，我们也很容易想到：即使化学组成相同，纳米物质的生物毒性可能不同于微米尺寸以上的常规物质。因此，根据常规物质研究所得到的毒理学数据库与安全性评价结果，可能不适用于纳米物质。
哪些人群易暴露在纳米颗粒中
随着工业化的进程，柴油车尾气、电焊产生的气体、工业烟囱排出的浓烟，以及垃圾燃烧、大雾、沙尘暴等造成大气中含有天然和工业生产所带来的纳米颗粒。但当大规模研究和工业生产纳米材料以后，除空气中已经存在的纳米颗粒污染外，如果不进行适当的防护，首先研究人员很容易暴露在局部纳米颗粒浓度较大的实验室的空气里；工厂的工人也容易暴露在纳米颗粒浓度较大的空气环境里；工业纳米颗粒作为活性成分制造的各种产品，如防晒油中的遮光剂、各种涂料、高效发光材料等，这些复合物中的纳米颗粒也可能在纳米产品受到损坏和分解时被释放出来；纳米材料自组装的过程中也会形成大量的纳米颗粒；纳米药物是另一个重要途径，纳米颗粒被用来载带活性成分运送到病变细胞，进行靶向药物输送。尽管这方面的应用只需少量的、可以降解的纳米颗粒。考虑纳米颗粒的尺寸和它们本身的化学性质，这种暴露途径直接把纳米颗粒送到细胞，其危险性的研究不容忽视。
例如，当用纳米颗粒作为蛋白质的载体，它一旦注入体内，纳米颗粒也会与体内的天然蛋白质发生结合，从而干扰血液和细胞中蛋白质的功能……尽管人们暴露于纳米颗粒的途径越来越多，但是我们对它们可能导致的生物效应是否有危害、是否有风险？我们目前所知甚少。
另外，即使暴露于相同浓度的纳米颗粒中，并不是所有的人都会引起相同的生物效应。从颗粒物的流行病学研究，以及伦敦大雾这些例子来看，吸入细小颗粒最容易导致的疾病是心血管疾病与肺部疾病。因此，推测易感人群中，老人和孩子可能属于主要对象。
我国“纳米安全”的研究进展
在我国，中国科学院高能物理所在2001年11月就提出了《关于纳米尺度物质生物毒性的研究报告》。中国科学院从“科学发展观”出发，对开展纳米材料的安全性研究有明确的意见，并从多方面进行了部署，国家纳米科学中心也支持这方面的研究工作。
在研究一种磁性纳米颗粒的动态生理行为时，发现在生理盐水溶液中尺寸小于100纳米的磁性纳米颗粒进入动物体内就导致凝血现象，聚集形成小鼠血管大小的颗粒，堵塞小鼠血管，最后导致小鼠死亡。这说明这种纳米颗粒进入人体可能会导致心血管疾病。
实验还发现，碳纳米材料在衣服、皮肤上的吸附能力很强。巨嗜细胞是吞噬进入肺里的外来异物、保护肺的正常功能的屏障。如果肺巨嗜细胞的吞噬能力下降，吸入肺里的大量尘埃颗粒就会损害肺功能及其他器官组织，导致疾病。我们对纳米碳管与肺巨嗜细胞相互作用的研究发现，纳米碳管很容易进入细胞，会严重损害细胞，导致肺巨嗜细胞的吞噬能力急速下降。
更令人担心的是，由这些纳米纤维引起的肉芽肿，与常规的粉尘如石棉致肺损伤不同，没有进行性肺部炎症和细胞增生的表现。这预示碳纳米管的毒性不同于常规物质，它具有新的致肺损伤机制。现在，我们还不知道纳米粒子进入大脑并在其中聚集会带来什么样的影响。
总之，这些研究目前尚处于很初步的阶段，实验数据很少。还需要大量深入的工作来证实这些现象，去研究它们的机理，从而解释它们的作用。科学地预测和评估它们对人体可能产生的影响，还需要更深入、更系统的、长期的研究工作。无论国际或是国内，纳米尺度物质及技术对人体健康影响的研究刚刚起步。它需要生物技术，纳米技术，医学、化学和物理的研究手段进行真正的学科交叉(任何一个单独的学科都难以胜任)，因此充满了科学创新的机遇。
值得一提的是，中国科学院高能物理所的纳米生物效应与安全性实验室，在开展纳米材料的生物负效应(如毒性)研究的同时，也开展纳米生物负效应的反向应用研究，把观察到的负面生物效应应用到纳米医学诊断和治疗技术上，已经取得多项重要成果。因此，某些纳米材料存在某些特殊的生物效应，并不一定是坏事。
另一方面，我们也致力于通过一定的化学修饰或物理处理来消除某些纳米材料的负效应(毒性)，同时保持其有益的纳米特性。
值得指出的是，对纳米技术安全性的研究，不仅是科学家的社会责任，同时对这一领域的深入研究，会更有效地促进纳米科技的健康发展。通过对这一领域的研究，不仅会为纳米技术产品的安全应用提供指导，消除由于不知道是否安全而导致的恐慌，而且在这个过程发展起来的新技术，还会用于更有效的监测、分析，乃至减少业已存在我们生活中的纳米物质、微米物质可能造成的污染，如空气污染或水污染的消除与防治，造福于人类。纳米技术有可能成为第一个在其可能产生负面效应之前，就已经过认真研究，引起广泛重视，并最终能安全造福人类的新技术。
纳米颗粒可致病？
纳米科学技术的飞速发展可能会导致生产方式与生活方式的革命，因而成为当前发达国家投入最多、发展最快的科学研究和技术开发领域之一。就在人们逐渐认识纳米科学技术的优点和其潜在的巨大市场的同时，在欧洲和美国，科学家们发表了一项长期流行病学研究结果。
这项长达20多年的与大气颗粒物有关的长期流行病学研究结果发现：人的发病率和死亡率与他们所生活环境空气中大气颗粒物浓度和颗粒物尺寸密切相关。死亡率增加是由剂量非常低的相对较小的颗粒物引起的。在美国进行的这项长期人群调查结果显示，人所生活周围空气中2.5um颗粒每增加10ug/m3，总死亡率增加7%～13%。伦敦大雾是一个众所周知的例子，这场大雾之后，两周内在伦敦有4000多人突然死亡。科学家分析研究结果显示，这主要是空气中细小的纳米颗粒大量增加造成的。
目前，细小颗粒物导致疾病的发病率和死亡率增加的机理还不清楚。但是科学家们推测，大气颗粒物中小于100nm超细颗粒物具有特殊生物机制，并起到关键作用：它们在肺组织中的沉积效率很高；另一种推测是，小于100nm的超细颗粒物可能直接作用于心脏，直接导致心血管疾病；也有人假设它可以增加血黏度或血的凝固能力，导致心血管疾病。由于100nm以下的物质正好是纳米科学技术努力发展的领域，因此，世界卫生组织最近呼吁要优先研究超细颗粒物，尤其是纳米尺度颗粒物的生物机制。
纳米材料的生物效应
2003年4月以来，《自然》、《科学》杂志多次发表文章，与各个领域的科学家们探讨纳米材料与纳米技术的生物环境安全性问题，即纳米颗粒对人体健康、生存环境和社会安全等方面是否存在潜在的负面影响?
从纳米颗粒大小与较大蛋白质的尺寸相当这一事实，我们很容易想到，纳米颗粒可能容易侵入人体和其他物种的自然防御系统，进入细胞并影响细胞的功能。人造纳米材料进入生命体后，是否会导致特殊的生物效应?这些效应对生命过程和人体健康是有益还是有害?纳米量级的微小颗粒，是否会穿越脑屏障，进入大脑而影响大脑功能?很多纳米结构的分子和分子集合体具有自我组装的能力，这些人工纳米分子进入人体后，是否会干扰或破坏生命过程本来的分子组装过程的正常进行?人们对此产生了种种疑问。
从纳米物质出现的一些特殊的物理化学性质，我们也很容易想到：即使化学组成相同，纳米物质的生物毒性可能不同于微米尺寸以上的常规物质。因此，根据常规物质研究所得到的毒理学数据库与安全性评价结果，可能不适用于纳米物质。
哪些人群易暴露在纳米颗粒中
随着工业化的进程，柴油车尾气、电焊产生的气体、工业烟囱排出的浓烟，以及垃圾燃烧、大雾、沙尘暴等造成大气中含有天然和工业生产所带来的纳米颗粒。但当大规模研究和工业生产纳米材料以后，除空气中已经存在的纳米颗粒污染外，如果不进行适当的防护，首先研究人员很容易暴露在局部纳米颗粒浓度较大的实验室的空气里；工厂的工人也容易暴露在纳米颗粒浓度较大的空气环境里；工业纳米颗粒作为活性成分制造的各种产品，如防晒油中的遮光剂、各种涂料、高效发光材料等，这些复合物中的纳米颗粒也可能在纳米产品受到损坏和分解时被释放出来；纳米材料自组装的过程中也会形成大量的纳米颗粒；纳米药物是另一个重要途径，纳米颗粒被用来载带活性成分运送到病变细胞，进行靶向药物输送。尽管这方面的应用只需少量的、可以降解的纳米颗粒。考虑纳米颗粒的尺寸和它们本身的化学性质，这种暴露途径直接把纳米颗粒送到细胞，其危险性的研究不容忽视。
例如，当用纳米颗粒作为蛋白质的载体，它一旦注入体内，纳米颗粒也会与体内的天然蛋白质发生结合，从而干扰血液和细胞中蛋白质的功能……尽管人们暴露于纳米颗粒的途径越来越多，但是我们对它们可能导致的生物效应是否有危害、是否有风险？我们目前所知甚少。
另外，即使暴露于相同浓度的纳米颗粒中，并不是所有的人都会引起相同的生物效应。从颗粒物的流行病学研究，以及伦敦大雾这些例子来看，吸入细小颗粒最容易导致的疾病是心血管疾病与肺部疾病。因此，推测易感人群中，老人和孩子可能属于主要对象。
我国“纳米安全”的研究进展
在我国，中国科学院高能物理所在2001年11月就提出了《关于纳米尺度物质生物毒性的研究报告》。中国科学院从“科学发展观”出发，对开展纳米材料的安全性研究有明确的意见，并从多方面进行了部署，国家纳米科学中心也支持这方面的研究工作。
在研究一种磁性纳米颗粒的动态生理行为时，发现在生理盐水溶液中尺寸小于100纳米的磁性纳米颗粒进入动物体内就导致凝血现象，聚集形成小鼠血管大小的颗粒，堵塞小鼠血管，最后导致小鼠死亡。这说明这种纳米颗粒进入人体可能会导致心血管疾病。
实验还发现，碳纳米材料在衣服、皮肤上的吸附能力很强。巨嗜细胞是吞噬进入肺里的外来异物、保护肺的正常功能的屏障。如果肺巨嗜细胞的吞噬能力下降，吸入肺里的大量尘埃颗粒就会损害肺功能及其他器官组织，导致疾病。我们对纳米碳管与肺巨嗜细胞相互作用的研究发现，纳米碳管很容易进入细胞，会严重损害细胞，导致肺巨嗜细胞的吞噬能力急速下降。
更令人担心的是，由这些纳米纤维引起的肉芽肿，与常规的粉尘如石棉致肺损伤不同，没有进行性肺部炎症和细胞增生的表现。这预示碳纳米管的毒性不同于常规物质，它具有新的致肺损伤机制。现在，我们还不知道纳米粒子进入大脑并在其中聚集会带来什么样的影响。
总之，这些研究目前尚处于很初步的阶段，实验数据很少。还需要大量深入的工作来证实这些现象，去研究它们的机理，从而解释它们的作用。科学地预测和评估它们对人体可能产生的影响，还需要更深入、更系统的、长期的研究工作。无论国际或是国内，纳米尺度物质及技术对人体健康影响的研究刚刚起步。它需要生物技术，纳米技术，医学、化学和物理的研究手段进行真正的学科交叉(任何一个单独的学科都难以胜任)，因此充满了科学创新的机遇。
值得一提的是，中国科学院高能物理所的纳米生物效应与安全性实验室，在开展纳米材料的生物负效应(如毒性)研究的同时，也开展纳米生物负效应的反向应用研究，把观察到的负面生物效应应用到纳米医学诊断和治疗技术上，已经取得多项重要成果。因此，某些纳米材料存在某些特殊的生物效应，并不一定是坏事。
另一方面，我们也致力于通过一定的化学修饰或物理处理来消除某些纳米材料的负效应(毒性)，同时保持其有益的纳米特性。
值得指出的是，对纳米技术安全性的研究，不仅是科学家的社会责任，同时对这一领域的深入研究，会更有效地促进纳米科技的健康发展。通过对这一领域的研究，不仅会为纳米技术产品的安全应用提供指导，消除由于不知道是否安全而导致的恐慌，而且在这个过程发展起来的新技术，还会用于更有效的监测、分析，乃至减少业已存在我们生活中的纳米物质、微米物质可能造成的污染，如空气污染或水污染的消除与防治，造福于人类。纳米技术有可能成为第一个在其可能产生负面效应之前，就已经过认真研究，引起广泛重视，并最终能安全造福人类的新技术。