納米毒理學(xué)

前言

納米粒子是指具有1～100nm尺度的物質(zhì)粒子。納米粒子的組成單位是物質(zhì)的原子或分子。納米粒子可以是更大的物質(zhì)粒子的組成單位，由納米粒子可以形成更大的和功能更為復(fù)雜的物質(zhì)粒子。在納米尺度下，由于量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子隧道效應(yīng)及庫侖堵塞效應(yīng)等，物質(zhì)會出現(xiàn)既不同于其分子形式，也不同于其宏觀形式的物理化學(xué)性質(zhì)，因而在生物體內(nèi)可表現(xiàn)出特殊的生物學(xué)性質(zhì)，對生物體的功能發(fā)生各種各樣的影響。隨著納米技術(shù)的迅速發(fā)展，已經(jīng)有許多納米粒子在不斷地進人人類賴以生存的空間。當(dāng)我們在為納米技術(shù)的光輝前景感到振奮的同時，我們還應(yīng)注意到的是納米技術(shù)給人類所帶來的負(fù)面影響。2003年3月，有幾組科學(xué)家在美國化學(xué)會舉行的年會上報告了納米顆粒可能對生物有害。其中紐約羅徹斯特大學(xué)的研究發(fā)現(xiàn)，在含有直徑為20nm的聚四氟乙烯顆粒的空氣中生活15分鐘的大鼠會在隨后的4小時內(nèi)死亡；而暴露在含有120nm聚四氟乙烯顆粒的空氣中的大鼠則安然無恙。另外，兩個由毒理學(xué)家組成的研究小組表示，他們發(fā)現(xiàn)吸人碳納米管能導(dǎo)致肉芽腫。美國紐約羅徹斯特大學(xué)研究人員古恩特·奧伯多斯特等的實驗結(jié)果表明，直徑為35nm的碳納米粒子可經(jīng)呼吸道進入人體，能夠迅速出現(xiàn)在大腦中處理嗅覺的區(qū)域，并不斷堆積起來。奧伯多斯特相信碳納米粒子是同“捕捉香味”的信號一道進入大腦的。美國的一項小規(guī)模研究結(jié)果表明，布基球結(jié)構(gòu)的碳納米微粒會損害魚的腦組織。目前世界各國，各種組織都對納米尺度物質(zhì)的生物安全性問題表現(xiàn)出極大的反響和密切的關(guān)注。發(fā)表于《新科學(xué)家》2003年8月號的英國帝國理工學(xué)院的長達72頁的題為《未來的技術(shù)，今天的選擇》的報告，歸納了近期一些科學(xué)家和環(huán)保主義者、倫理學(xué)家、社會學(xué)家對納米技術(shù)的可能的危害的分析，指出納米粒子和納米產(chǎn)品可能包含科學(xué)家還未充分了解的全新污染物，由于不可生物降解或錯誤使用可能造成災(zāi)難。該報告指出，目前對納米技術(shù)的社會和環(huán)境后果研究嚴(yán)重滯后，呼吁政府和納米產(chǎn)業(yè)界對該技術(shù)帶來的環(huán)境、醫(yī)學(xué)和倫理挑戰(zhàn)給予足夠重視，投入更多的研究經(jīng)費。2004年6月，加拿大環(huán)保組織ETC在布魯塞爾發(fā)起會議，呼吁關(guān)注納米技術(shù)安全問題。ETC聲稱，納米技術(shù)和生物技術(shù)結(jié)合而成的納米機器人可能會失控，或胡亂制造某種物質(zhì)——如土豆泥，或進行自我復(fù)制，成為“綠色粘質(zhì)”，對自然環(huán)境和人類健康形成威脅。因此，ETC呼吁全世界暫停納米研究。面對目前許多有關(guān)研究的新發(fā)現(xiàn)及社會對納米技術(shù)安全性的關(guān)注，我們從事納米技術(shù)的研究人員應(yīng)該引起充分的重視。有人說，納米技術(shù)將是人類歷史上首次能夠在技術(shù)成熟并形成產(chǎn)業(yè)之前，就能清楚的了解其對環(huán)境和人類健康影響的一項新的技術(shù)。我們認(rèn)為，新世紀(jì)的納米技術(shù)研究人員、醫(yī)藥技術(shù)研究人員和毒理學(xué)研究人員的密切結(jié)合，完全能夠使納米技術(shù)成為這樣的一種技術(shù)，這在人類科研史上，也是一次偉大的創(chuàng)舉。目前的問題是，我們需要立即行動起來，開展納米技術(shù)的安全性研究，并將這種研究完成于納米技術(shù)的產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化之前，使人類能夠充分利用納米技術(shù)有利的一面，而避免其負(fù)面影響。為此，我們應(yīng)對納米粒子的負(fù)面影響有一充分清醒的認(rèn)識。本書擬對納米粒子的生物安全性問題做一較為深入的討論。

內(nèi)容概要

本書全書分上、中、下三篇，共二十六章。上篇九章為納米毒理學(xué)緒論部分，介紹或討論了為理解納米毒理學(xué)所需要了解的一些預(yù)備知識，對本書所遵循的粒子的觀點進行了較為詳細(xì)的論述，并將基本粒子、化學(xué)性粒子及納米粒子與物質(zhì)問的相互作用方式及對生物組織損傷的特點進行了詳細(xì)的比較。中篇十一章是對目前為止的對納米粒子對人體及生物體毒性作用研究資料或觀察到的毒理現(xiàn)象的介紹。下篇六章則是對納米生物安全性中目前的熱點．粒子對大氣環(huán)境的污染問題的探討，較為詳細(xì)地介紹了大氣環(huán)境中粒子的毒性及毒理問題，并介紹了經(jīng)典毒理學(xué)中關(guān)于氣載粒子毒理學(xué)的研究成果、對人體的危害及其醫(yī)療處理方法。

作者簡介

張英鴿，1958年生，醫(yī)學(xué)博士，北京毒物藥物研究所研究員，博士生導(dǎo)師。1990年畢業(yè)于河南醫(yī)科大學(xué)，獲醫(yī)學(xué)碩士學(xué)位；1993年畢業(yè)于南京醫(yī)科大學(xué)，獲醫(yī)學(xué)博士學(xué)位；1995年在軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院藥學(xué)博士后流動站完成博士后研究工作。張英鴿研究員從1997年開始探索納米技術(shù)在生物醫(yī)藥學(xué)中的應(yīng)用，2000年開始以納米藥理毒理學(xué)為研究方向培養(yǎng)研究生。2004年成立軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院納米藥理毒理學(xué)重點實驗室，該實驗室2005年成為國家納米科學(xué)中心協(xié)作實驗室。張英鴿研究員受教育背景為藥理學(xué)。納米技術(shù)的興起及其在生物醫(yī)藥學(xué)中的應(yīng)用，使其對納米材料和納米粒子的特殊性質(zhì)可能對疾病所具有的治療效應(yīng)產(chǎn)生了濃厚的興趣。但納米材料作為一種新的藥物載體，其生物安全性是首先需要弄清楚的問題，而且藥理效應(yīng)和毒理效應(yīng)具有密切的相互聯(lián)系。他認(rèn)為，物質(zhì)毒性可以是治療效應(yīng)，藥物的藥理作用的不正確使用，則可以是毒性作用。納米材料或納米粒子也是如此，可以同時具有正負(fù)兩方面的生物效應(yīng)，其關(guān)鍵看其用法是否合理。十余年來，張英鴿研究員已完成與納米技術(shù)相關(guān)的三項國家自然科學(xué)基金課題，一項國家863專項課題，一項軍隊十五規(guī)劃科研基金重點課題和一項北京市研發(fā)攻關(guān)課題；目前承擔(dān)有兩項國家973課題，一項國家863重大專項課題，一項重大新藥創(chuàng)制課題。目前已發(fā)表相關(guān)科研論文120多篇，獲得軍隊科技進步獎兩項，獲得新藥證書和生產(chǎn)批件各兩項，申請國家專利4項，已獲得授權(quán)3項。通過這些課題的實施及深入的潛心研究，張英鴿研究員在納米材料的藥理毒理學(xué)方面形成了自己的系統(tǒng)觀點和實踐方法。

書籍目錄

上篇　納米毒理學(xué)緒論　第一章 納米毒理學(xué)的學(xué)科形成　第二章 納米毒理學(xué)相關(guān)概念　第三章 納米毒理學(xué)原理　第四章 物質(zhì)粒子　第五章 基本粒子與生物體的相互作用　第六章 化學(xué)性粒子與生物體的相互作用　第七章 納米粒子與生物體的相互作用　第八章 納米毒理學(xué)的生物結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)中篇　一般納米毒理學(xué)　第九章 納米粒子的體內(nèi)分布　第十章 納米粒子的體內(nèi)轉(zhuǎn)運　第十一章 納米粒子的細(xì)胞吞噬　第十二章 納米材料的免疫反應(yīng)性　第十三章 納米粒子對凝血功能的影響　第十四章 納米粒子的組織增生性反應(yīng)　第十五章 納米粒子的機械性損傷　第十六章 納米粒子化學(xué)性損傷　第十七章 納米粒子的物理性損傷　第十八章 納米粒子的容積性損傷　第十九章 納米粒子其他病理性反應(yīng)下篇　納米粒子環(huán)境毒理學(xué)　第二十章 粒子與大氣復(fù)合污染　第二十一章 氣溶膠粒子　第二十二章 自由基與顆粒物毒性　第二十三章 粉塵粒子損傷及致病作用　第二十四章 常見粉塵粒子損傷　第二十五章 其他無機粉塵粒子損傷　第二十六章 有機粉塵粒子損傷

章節(jié)摘錄

插圖：納米醫(yī)藥技術(shù)是納米科技研究的熱點之一。美、日、德等國科學(xué)家正在研究納米結(jié)構(gòu)的植入材料，用于醫(yī)藥、診斷和高效定位的生物導(dǎo)彈。波士頓大學(xué)化學(xué)家制備出由78個原子構(gòu)成的分子馬達，可用作生物導(dǎo)彈和體內(nèi)納米機器的驅(qū)動器。按照新理念構(gòu)造的醫(yī)用納米材料不斷被制造出來，一些無機納米材料在生物醫(yī)藥領(lǐng)域中的用途也不斷地被發(fā)現(xiàn)。一些藥物（如胎盤，SOD）經(jīng)超微化裝置制成納米粒，可全部經(jīng)皮膚吸收。納米鈣制劑有效吸收率可達98％。納米金粒子定位治療可降低副作用。西方科學(xué)家設(shè)想可以氨基酸為原料制造分子機器人，這些機器人可在血液中循環(huán)，對身體各部進行檢測、診斷，同時實施特殊治療：分離病變細(xì)胞，疏通血管血栓，清除血管壁上的脂肪沉積，吞噬病毒，獵殺癌細(xì)胞。納米陶瓷不會碎，可切削，用來作牙齒，關(guān)節(jié)等仿生材料。藥物吸附于納米管中，通過病原酶觸發(fā)機制釋放藥物，可實現(xiàn)藥物可控釋放。我國對于納米技術(shù)研究起步較晚，但發(fā)展相當(dāng)快，90年代初期步人世界先進行列。納米技術(shù)的研究和應(yīng)用在信息、微電子、材料科學(xué)等領(lǐng)域與先進國家比處在同一起跑線上?；めt(yī)藥方面也取得不少研究和產(chǎn)業(yè)化的成果。華中科技大學(xué)徐碧輝等提出了“納米中藥”的概念，遞交了國內(nèi)第一個納米中藥技術(shù)的專利申請。華中創(chuàng)業(yè)投資公司為此進行風(fēng)險投資500萬元人民幣，以建立納米中藥的產(chǎn)業(yè)化實體。國家超細(xì)粉末工程研究中心是國內(nèi)非金屬納米技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化單位，產(chǎn)品有碳酸鈣特細(xì)粉體、納米生物粉末、超細(xì)磁粉、高氯化聚乙烯樹脂等，市場前景廣闊。上海博納維來新材料有限公司已開發(fā)出納米功能材料系列產(chǎn)品：抗菌防霉粉體、抗紫外防老化粉體、補強粉體、遠(yuǎn)紅外粉體、抗靜電防輻射粉體等，年產(chǎn)2500噸。西安量維生物納米科技股份公司利用專利技術(shù)《一種微膠囊植物素的生產(chǎn)工藝》對植物生理活性成分和有效部位進行提取，并以超音速噴霧干燥制備成納米級包囊。經(jīng)JEM一2000電子顯微鏡檢測，微膠囊中藥微粒的粒徑為22nm。本專利技術(shù)可廣泛應(yīng)用于復(fù)方中藥的提純、植物有效成分提取、功能食品及酶制劑等行業(yè)，具有年加工納米級中藥100噸的設(shè)備。納米級制造技術(shù)和藥物原料的納米技術(shù)處理，在制藥工業(yè)中極有可能成為一種創(chuàng)新手段。例如，環(huán)孢菌素納米膠體、脂質(zhì)體已制成注射劑，正在臨床實驗中?？拱┧幎嗳岜刃羌{米微粒、喜樹堿納米微粒、干擾素納米膠囊、包埋性胰島素、透皮吸收胰島素納米制劑等一批代表醫(yī)藥界實力的基礎(chǔ)研究，產(chǎn)品研究的成果正在各有關(guān)研究院形成。

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