纳米技术的风险(6篇)
时间:2024-09-27
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东部沿海省区是大众创业的第一集团,大部分中部地区为第二集团,西部地区为第三集团。
“超级大米”3年内有望上餐桌
全国首个多倍体水稻育种技术在武汉研发成功,这项技术将使现有水稻亩产提高20%,还将使大米蛋白质含量提高30%,3年内这种“超级大米”将走向市民餐桌。与转基因技术不同,多倍体水稻的生物安全性好,它是水稻基因组的加倍和重组,不涉及生物安全性评价风险。
袁隆平称:“水稻今后要取得大幅度增产突破,多倍体水稻的应用前景十分广阔。”
每千粒普通大米重18至20克,每千粒多倍体大米则重36至60克,而且多倍体大米的蛋白质含量比一般二倍体稻米高36.7%。
多倍体指的是个体细胞中含有3套或3套以上染色体。目前普遍种植的水稻,包括超级杂交水稻,都是二倍体,即含有2套染色体。多倍体水稻育种不同于传统二倍体水平下的常规育种或杂交水稻育种,是基于植物进化原理,利用染色体加倍技术将二倍体水稻的整个基因组加倍,形成多倍体水稻,并通过一系列的生物技术手段培育形成多倍体水稻新品种的育种方式。
蔡得田表示,与转基因技术不同,多倍体水稻的生物安全性好,它是水稻基因组的加倍和重组,不涉及生物安全性评价风险。由二倍体形成多倍体是植物进化的主要趋势,多倍体较二倍体有更大的果实种子、更强的抗逆性和适应性。
目前培育出的多倍体水稻,米粒大、米质优,千粒重比二倍体水稻重60%,单位产量与二倍体杂交稻相比增产10%至15%,亩产超过1000斤。
深圳内衣成部级“产业名片”
工信部公布的全国首批产业集群区域品牌建设示范区名单中,包括深圳内衣在内的6个产业集群入围。这标志着深圳内衣区域品牌形象全面升级,为深圳增添了一张部级“产业名片”。
2014年,深圳成功获评首批全国区域品牌时尚产业集群试点区;2015-2016年,深圳内衣行业协会展开以“凤舞华夏,心衣中国行”为主题的深圳内衣区域品牌全国巡展活动,并启动“4+1创新工程”,为深圳内衣提供创新驱动力,不断提升深圳内衣区域品牌的知名度、美誉度和品牌价值。
目前,深圳内衣领舞全国。2015年,深圳年产各类内衣8亿件,内衣产值高达400多亿元,占全国18%、广东1/3,占据国内内衣高端市场60%的市场份额,出口创汇达20亿美元。安莉芳、维珍妮、汇洁、都市丽人等行业龙头企业陆续上市,深圳成为全国内衣行业品牌集聚优势最为明显,产业集中度最高,产业配套最为完善的内衣发展高地。
深圳国际内衣展已经成为全球规模最大的专业展,展会面积从最初的5000平方米发展到现在的73000平方米,参展品牌从50家增长到800家,助推深圳内衣走向全国、全球。
纳米医疗:医疗领域新革命
纳米技术是21世纪最具发展潜力的科技之一,在生物工程领域,纳米技术解决了传统医学无法解决的问题。比如药物纳米控制系统,作为药物运载系统,在精确医疗领域有着不可替代的优越性。
《科技日报》报道,广州医科大学郑明彬博士与中国科学院深圳先进技术研究院蔡林涛、马奕凡等专家,在纳米人工红细胞可视化精准治疗癌症方面取得重大突破。该团队构建了具备携氧和释氧功能的纳米人工红细胞。该细胞能够携带血红蛋白、氧和光敏剂进入到人体肿瘤内部,打破了肿瘤缺氧微环境和氧供应不足对激光动力治疗的阻碍,实现了肿瘤的高效治疗。
韩国首尔大学化学和生物工程学院金大贤副教授及其同事在利用纳米技术的基础上,发明了一种具有柔韧性和延展性的电子贴片。该电子贴片具有数据存储、诊断病症、释放药物等功能,能够识别出帕金森氏病特有的抖动模式,并将收集到的数据存储起来备用。当识别出帕金森氏病时,该电子贴片内置的热量和温度传感器能自动释放出定量药物,对帕金森氏病进行治疗。
悉尼科技大学金大勇教授及其团队建立起一个纳米晶体库,其中包含了800种不同形态、结构各异的纳米晶体。不同形状的“混合”纳米晶体,能够辅助既定药物的输送。新型纳米晶体还能帮助改良诊断性生物成像,例如核磁共振扫描和X光设备在应用了新型纳米晶体技术后,可以得到更高清的人体图像,使医生可以轻易分辨出健康细胞与肿瘤细胞,以实现更好的医疗效果。
纳米医疗的应用必将引起医疗健康领域一场新的技术革命,这对人类的身体健康和生活质量具有重要的意义。
河“合法”食用
关键词城市垃圾;处理;问题;技术
“垃圾围城”已是不争的事实,垃圾处理已成为各地城市管理者头痛的难题。将垃圾看作可利用能源与资源,从生态产业整体出发,通过信息流、能源流、物质流的整合,使垃圾处理变为生态循环系统。政府出台政策支持,社会力量参与研发和全民积极配合,企业积极投资参与开发,依靠现代科学技术水平,将垃圾作为原料资源的补充,使垃圾处理与回收利用形成较为完善的体系[1-2]。中国垃圾有其特殊性,中国人城市生活以家庭为单位自行烹调三餐的,家庭厨房是垃圾主要产出源,而且垃圾至今没有实行严格分类收集。因此,城市垃圾成分复杂,有机质含量大,热值低,垃圾量大。为了更好地利用和处理好城市垃圾,笔者现介绍和分析垃圾处理残余物的利用方法,并提出处理方式以及适合我国城市垃圾处理的有效途径。
1垃圾处理的主要技术
1.1可规模化收集的生物质垃圾
包括餐饮业及单位食堂餐饮泔水、农贸集市水果蔬菜下脚料、屠宰场及食品加工厂动植物下脚料、畜牧保险制度执行时上缴的死禽畜、为清除外来入侵植物(如互花大米草、水浮莲等)而产生的草料等[3-5]。这类垃圾含水量大,营养丰富,极易变质,可能传播各种病毒,有扩散传染源风险。目前处理办法是:一是干燥和直接作为动物饲料,这存在从食物链传播疾病的风险,应禁止;二是发酵作有机肥或沼气使用,要求完全灭菌,成本高,是一个亏本经营,需政府大量补贴企业才能生存。
建议:将生物质垃圾变成微生物农药生产的培养基,既使垃圾得到完全无害化处理,又可生产微生物农药,获得丰厚利润。
1.2可焚烧垃圾
从居民社区收集的垃圾,基本上是厨房垃圾、包装物以及废弃生活用品。目前,社区已定点定人收集垃圾,只要下达制度,可以初步分除建筑垃圾等不可焚烧垃圾,余下可以视大部分为可焚烧物垃圾。焚烧是国际通用的垃圾减量化处理手段,已有先进的焚烧机械;也有成熟的烟气处理方式。主要采用“湿石灰吸附—活性炭吸附—布袋集尘”,排出烟气可达到欧洲标准[6-8]。
问题:这是一个不断耗费成本的过程,而且排出减量与投入的增量相关;中国垃圾焚烧时采用定量补贴的财政模式。经营者为了谋取利润,不惜偷工减料,人为地造成排放超标。因此,建垃圾焚烧厂的地方,必然污染严重。
建议:一是采用新的烟气处理模式。“湿石灰吸附—低温等离子体降解—纳米碳纤维布帘式除尘—纳米光催化二氧化钛石英砂降解”。这不但是技术上的升级,可以更彻底地消除烟尘中包括二恶英在内的污染物,而且处理成本低廉。二是采用与纳米碳酸钙联产技术。湿石灰可以采用碳酸钙生产过程的副产品,而经净化后的烟气又作为co2源,用于纳米碳酸钙生产。通过这种互惠型经营模式,使净化烟尘变为生产纳米碳酸钙的必需生产环节,企业必然“自觉地”处理烟尘。
1.3可填埋垃圾
填埋处理是城市生活垃圾最基本的处理方法。它是将垃圾埋入地下,通过微生物长期的分解作用,使之分解成无害的化合物。现代化大型垃圾卫生填埋场多采用单元填埋法[9],对填埋的垃圾采用逐层压实和每日覆盖的方法,提高利用效率。
问题:一是垃圾填埋产生的气体危害,填埋垃圾经微生物的好氧分解和厌氧分解会产生大量填埋沼气,其成分主要有ch4、co2、nh3、h2s等,其中ch4、co2占绝大多数。当甲烷浓度达到5%~15%,在有氧条件下可能发生爆炸;co易溶于水,不仅会导致地下水ph值降低,而且会使地下水的硬度及矿物质增加;此外,植物由于受根部积聚的co2和甲烷的影响,因缺氧而危害其生长。二是渗透液引起的二次污染问题。垃圾经微生物分解和地表水的影响会产生一定数量的渗透液。它是一种高浓度有机废水,可穿透周围地层,对饮用水造成污染。
建议:一是通过渗漏液回灌技术加速有机物分解。采用沼气收集网络收集沼气作燃料,并通过喷射无害化消毒剂与混合填埋生产纳米碳酸钙过程产生的石灰废渣消毒除臭办法。二是在填埋物上方覆盖土壤,种植香料植物构成香味公园,既改善环境,又获得生态化利用。
2结语
城市垃圾成分复杂,并受经济发展水平、能源结构、自然条件及传统习惯等因素的影响,很难有统一的处理模式。对城市垃圾的处理一般是随国情而异,不管采用哪种处理方式,但最终都是以无害化、资源化、减量化为处理目标。我国城市垃圾处理起步较晚,目前我国多数城市垃圾不太适宜焚烧用于发电,而填埋又受土地资源限制,采用经济高效与纳米碳酸钙联产技术的处理城市垃圾是值得推广应用的有效方法。其直接利用热能作为微生物农药与纳米碳酸钙生产的热源与冷源(通过吸收式制冷系统转换)。考虑到能源平衡问题,将剩余的热能用于制冰,生产有保鲜杀菌功能的“超级冰”,可广泛用于鱼肉保鲜业的卫生用冰。从而实现垃圾高价值利用与完全无害化处理,不但减轻城市市政负担,还为社会创造财富,这种方法可实现垃圾的“减量、再用、循环”的无害化处理。
3参考文献
[1]朱志玲.上海市生活垃圾处理处置现状与对策[j].环境卫生工程,2009,17(4):51-53.
[2]黄珞,周晓丽.城市垃圾治理措施新探[j].中州煤炭,2009(8):59-60.
[3]李建兵.浅谈城市垃圾的处理技术[j].江西化工,2007(3):28-29.
[4]王玉丽.关于城市生活垃圾处理方法的技术研究[j].中国西部科技,2009,8(20):56-57.
[5]庄伟强.固体废弃物处理与处置[m].北京:化学工业出版社,2001.
[6]教育部人事教育司.城市生活垃圾焚烧处理技术[m].北京:中国建筑工业出版社,2004.
[7]柴晓利,赵爱华,赵由才.固体废物焚烧技术[m].北京:化学工业出版社,2005.
纽约拥有美国其他州无以伦比的科学技术资源。纽约的人口虽然只占全美6.25%,但却集聚了全美10%的博士学位获得者;在纽约的美国国家科学院院士有199名(约占10%),科学家和工程师有近40万名;纽约劳动力的教育水平在全美各州中是最高的;纽约的专业人员与管理人员的劳动生产率要比全美平均水平高39%;纽约有300多所高等院校,学生人数占全美总数的10%左右。纽约有高科技企业数18500家,全美排名第4;高科技产业就业人数超过30万人,全美排名第3。在拥有高技术领域雇员和吸引风险投资方面,纽约均居全美第3位。
进入21世纪,纽约的经济之所以能再次爆发,很大程度上归功于对其北部地区――以首府奥尔巴尼市为中心的创新发展。
一、建设创新型城市背景
20世纪90年代,纽约北部城市区的经济支柱,如施乐、柯达和博士伦公司开始大举裁员,许多公司和个人都流向其他地区寻找机会,纽约北部城市区经济陷入困顿。1995至1997年间,该地区人口下降了0.5个百分点。相较于此时期整个美国经济的强劲增长,该地区经济的停滞被主要归咎于制造业的衰落。1990年到1996年,美国全国平均就业增长了15%,而纽约北部城市的就业率却下降了1.3%。
此时,纽约北部开始大力发展技术密集型经济,以增强内部竞争优势。它引入了世界顶级的公司,如IBM、康宁和GE(通用电气),成为高精尖研发业务聚集地。同时加大对劳动力的教育和培训投入。事实证明,纽约政府制定的策略是正确有效的。纽约北部孕育的“科技谷”――世界上最先进的半导体制造区和国家领先的纳米技术研发中心,成为美国近代工业史上的奇迹。
二、发展历程
20世纪90年代初,纽约当时的州长――乔治・帕塔基召集了一组利益相关者来讨论解决纽约北部城市经济衰退和传统制造业及高技术企业就业岗位流失的问题。该小组决定成立一个以政府为中心,由大学牵引,集研发、教育和制定商业策略为一体的研究中心。在IBM公司的支持和纽约州立大学奥尔巴尼分校的阿兰・卡洛耶罗斯教授的影响下,小组决定发展具有跨领域技术性质和拥有众多潜在应用部门的“纳米技术”。
2005年,IBM、AMD(超威半导体)、美光科技和英飞凌科技与政府合作发展微影技术。2006年,AMD宣布在纽约州东部萨拉托加县投资32亿美元,建立一个半导体晶片加工厂。2008年,IBM与纽约政府合作建立一个12万平方英尺,拥有675名员工的半导体封装技术的研发中心,该中心的所有权和经营权归纳米科学与工程学院(CNSE)。2011,纽约宣布与IBM、GlobalFoundries、Samsung、Intel和TSMC(台湾半导体制造公司)合作,在CNSE建立450mm晶圆尺寸的新一代半导体技术研发中心。
以2000年为开端,纽约北部地区微电子学的各种产学研合作逐步发展壮大起来。IBM最初的1亿美元投资开创了美国企业和大学协同定位的先例。产学研协同发展是城市创新的必由之路,优势之一就是可以克服单方无法独自承担研发项目资金的难题,并且会带来政府的配套资金,众议院和参议院也都会加入到对项目的支持中来。
三、成功因素分析
(一)创新驱动战略的指引
首先,纽约强化对大学科研人员的激励。纽约的大学通过技术成果商业化和授权许可等方式可以获取非常客观的收入。哥伦比亚大学就明文规定:对于专利转让许可的收入,在扣除专利申请等费用(占20%)之后,剩余的净收入中的第一个10万美元的50%归发明人,学校得25%,剩余25%用于发明人之后的研究方向。
此外,由于纽约市是世界金融之都,大量风险投资设立于此,纽约针对创新型企业进行了有力的资金和管理支持,使得创新成果能够顺利转化为企业产出。仅在生物技术方面,纽约市共有130家以上的风险投资公司看好生物医药技术行业,纽约对生物孵化器投入的风险资金达7000万美元以上。
(二)人才教育培养的推动
纽约具有世界级水平的大学、公共和私人研究机构,这些研究与开发能力应当成为纽约创新发展、创造高技术就业机会和岗位的引擎。截止到2006年,NYSTAR共实施了41个合同,提供了8000多万美元的杠杆资金。2004年,纽约州立大学奥尔巴尼分校成立了纳米科学与工程学院(CNSE),至2013年初,该学院招收的研究生已经由最初的10名增加到300多名,本科生学习的课程涵盖纳米生物科学,纳米经济学,纳米工程学和纳米科学。纽约州立大学奥尔巴尼分校每年都向IBM,GE和GlobalFoundries输送大量优质毕业生。
(三)纳米技术的创新集聚
20世纪90年代纽约就开始大力发展纳米技术,提出要在该地区建立一个完整的纳米技术产业价值链。通过二十年坚持不懈的努力,纽约北部城市已转变为全球领先的纳米技术研发中心,纽约运用首创精神改变了全球竞争版图。
纽约纳米技术的发展也集聚了大量优秀科研人员和熟练技术工人。纳米科学与工程学院(CNSE)与美国国家标准与技术研究院、美国陆军以及应用材料公司等企业建立了合作关系,并获得大量研发资金。该学院成立了纳米电子研究所,该研究所得到美国11所顶尖大学、国家科学基金会、国家标准与技术研究院以及IBM、英特尔、德州仪器等企业的资助和支持。有了纳米科学与工程学院,纽约州立大学奥尔巴尼分校迅速发展成为世界著名的纳米材料研究基地,它也拥有许多世界一流的研究设施。此外,位于纽约特洛伊市的伦斯勒理工学院也开展大量纳米科技前沿研究。该学院拥有一个由国家科学基金会支持的纳米科学与工程中心,从事碳纳米管等领域的研究。该学院还与IBM公司和纽约政府联合,在纽约北格林布什市成立了纳米技术创新计算中心。
(四)低碳经济和环保城市的促进
创新型城市的发展必须有利于城市环境的改善,构建低碳、绿色、生态、宜居的现代城市是世界城市发展的潮流,也是纽约在创新型城市发展中所表现出的阶段性特征。纽约在构建创新型城市过程中一直重视城市绿化美化建设。绿色屋顶已经成为纽约的一道亮丽风景线,天台、阳台、墙体、立交桥等建筑空间均通过科学设计和建设成为绿色屋顶。高线公园就是对过去高架铁路线充分利用和绿化建设所打造的世界最长绿色屋顶,既绿化纽约城市空间,增加了城市森林碳汇,降低碳排放,提升纽约的国际绿色形象和低碳城市地位。
纽约北部的创新发展对整个美国都具有重大的战略意义,而且特别值得注意的是,纽约的创新发展与美国早期的创新集聚,如:硅谷、大波士顿地区等,有很大的差别。这些地区一度创造了创新活跃、经济繁荣的奇迹,它们的产生受益于大量的联邦研究资助,几乎没有地方政府的主动设计和干预,主要是由大学、研究机构和重点企业之间的互动、自下而上形成的。而纽约政府在纽约创新发展方面的作用是举足轻重的,与联邦政府相比,更加直接,目的性和导向性更强。(作者单位:江苏师范大学商学院)
参考文献:
[1]AlamedaTimes-Star.2013.“CaliforniaBiomedicalIndustryStilltheBiggest,DespiteTightFinancing.”January8.
[2]张晨光、李健、闫彦明,2011:《纽约城市产业转型及对北京建设世界城市的启示》,《投资北京》第9期。
1垃圾处理的主要技术
1.1可规模化收集的生物质垃圾
包括餐饮业及单位食堂餐饮泔水、农贸集市水果蔬菜下脚料、屠宰场及食品加工厂动植物下脚料、畜牧保险制度执行时上缴的死禽畜、为清除外来入侵植物(如互花大米草、水浮莲等)而产生的草料等[3-5]。这类垃圾含水量大,营养丰富,极易变质,可能传播各种病毒,有扩散传染源风险。目前处理办法是:一是干燥和直接作为动物饲料,这存在从食物链传播疾病的风险,应禁止;二是发酵作有机肥或沼气使用,要求完全灭菌,成本高,是一个亏本经营,需政府大量补贴企业才能生存。
建议:将生物质垃圾变成微生物农药生产的培养基,既使垃圾得到完全无害化处理,又可生产微生物农药,获得丰厚利润。
1.2可焚烧垃圾
从居民社区收集的垃圾,基本上是厨房垃圾、包装物以及废弃生活用品。目前,社区已定点定人收集垃圾,只要下达制度,可以初步分除建筑垃圾等不可焚烧垃圾,余下可以视大部分为可焚烧物垃圾。焚烧是国际通用的垃圾减量化处理手段,已有先进的焚烧机械;也有成熟的烟气处理方式。主要采用“湿石灰吸附—活性炭吸附—布袋集尘”,排出烟气可达到欧洲标准[6-8]。
问题:这是一个不断耗费成本的过程,而且排出减量与投入的增量相关;中国垃圾焚烧时采用定量补贴的财政模式。经营者为了谋取利润,不惜偷工减料,人为地造成排放超标。因此,建垃圾焚烧厂的地方,必然污染严重。
建议:一是采用新的烟气处理模式。“湿石灰吸附—低温等离子体降解—纳米碳纤维布帘式除尘—纳米光催化二氧化钛石英砂降解”。这不但是技术上的升级,可以更彻底地消除烟尘中包括二恶英在内的污染物,而且处理成本低廉。二是采用与纳米碳酸钙联产技术。湿石灰可以采用碳酸钙生产过程的副产品,而经净化后的烟气又作为CO2源,用于纳米碳酸钙生产。通过这种互惠型经营模式,使净化烟尘变为生产纳米碳酸钙的必需生产环节,企业必然“自觉地”处理烟尘。
1.3可填埋垃圾
填埋处理是城市生活垃圾最基本的处理方法。它是将垃圾埋入地下,通过微生物长期的分解作用,使之分解成无害的化合物。现代化大型垃圾卫生填埋场多采用单元填埋法[9],对填埋的垃圾采用逐层压实和每日覆盖的方法,提高利用效率。
问题:一是垃圾填埋产生的气体危害,填埋垃圾经微生物的好氧分解和厌氧分解会产生大量填埋沼气,其成分主要有CH4、CO2、NH3、H2S等,其中CH4、CO2占绝大多数。当甲烷浓度达到5%~15%,在有氧条件下可能发生爆炸;CO易溶于水,不仅会导致地下水pH值降低,而且会使地下水的硬度及矿物质增加;此外,植物由于受根部积聚的CO2和甲烷的影响,因缺氧而危害其生长。二是渗透液引起的二次污染问题。垃圾经微生物分解和地表水的影响会产生一定数量的渗透液。它是一种高浓度有机废水,可穿透周围地层,对饮用水造成污染。
建议:一是通过渗漏液回灌技术加速有机物分解。采用沼气收集网络收集沼气作燃料,并通过喷射无害化消毒剂与混合填埋生产纳米碳酸钙过程产生的石灰废渣消毒除臭办法。二是在填埋物上方覆盖土壤,种植香料植物构成香味公园,既改善环境,又获得生态化利用。
1.1纳米材料的鉴别和表征
目前,由于不断有研究工作揭示出与纳米材料相关的风险。企业为规避监管,可能不会宣称其产品使用了纳米材料或者在产品的生产过程中应用了纳米技术。因为国家食品药品监督管理总局早在2006年就将纳米产品从Ⅱ类升级为Ⅲ类,并对其安全性和有效性进行审慎的考察。因此,企业并不以纳米技术作为其产品的主要宣传点,在这类情况中,由于纳米物质具有某些优异性能,或者在生产工艺中需要采用纳米技术,从而可能产生一批没有贴纳米标签的,实质上的纳米产品。对于此类产品,在技术审评工作中,首先要求审评人员具备一定的专业知识,能够从企业递交的注册资料中准确判断产品中是否有纳米物质成分,或者在生产中采用了纳米技术。为了准确鉴别医疗器械中是否使用了纳米材料,证明等同性非常重要。化学成分的相似性并不足以证明纳米材料的等同性,因为纳米材料是否呈现出特定性质可能取决于纳米材料的化学成分和形状,和(或)纳米材料的来源(供货方)。当判定了产品确实是纳米产品之后,对于其安全性和有效性的把握,需要具备必要的纳米表征手段知识。对含有纳米材料的医疗器械的生物学效应的试验和评价要求对纳米材料进行全面表征。因为纳米材料的毒性,不仅取决于其化学成分,也与其粒度(粒度分布)、长径比、形状、表面形貌、表面电势、表面化学、亲水(疏水性)、团聚(聚集)态等因素密切相关。因此,对于某些产品,可能需要根据扫描电镜、透射电镜、原子力显微镜、电感耦合等离子质谱等表征手段所获得的图像和数据来判断其安全性和有效性。应该根据纳米材料的类型和形式,以及器械的预期用途来选取表征方法。对特定物理化学参数的表征通常可采取多种方法。单一的表征方法可能无法提供对于参数的准确评估(例如:粒度分布、表面成分)。在该类情况下,如果可行,可能需要采取补充方法来对需要表征的性质进行充分评估,即采用两种独立的表征方法。需要特别注意的是,用不同的方法获取的有关特定性质的结果不能直接进行对比。例如,正如指导性文件所指出的,对于粒径测定,应至少采用两种显微镜技术(例如:透射电镜和激光扫描共聚焦显微镜)。为了对使用纳米技术的医疗器械进行可靠的表征,需要毒理学、物理学、化学、工程学和其他专业领域的专家之间的跨专业合作。
1.2纳米材料剂量
用于毒理学研究的剂量水平通常是以质量浓度为基础。然而,纳米材料的多个属性可能会影响其毒理性质。普遍认为,除了质量浓度以外,还应使用包括表面积和数量浓度在内的其他参数来充分表征纳米材料剂量。在确定用于纳米材料体外研究的毒理学相关的剂量时,应该考虑可分沉淀物的可能性。小纳米颗粒(例如:水动力学直径<40nm)与培养细胞层之间的接触主要取决于扩散和对流力。由于沉降力的额外影响,在细胞培养基中形成的稍大的纳米材料和纳米材料聚集体的沉淀速度更快。这些因素,以及与蛋白质和培养基其他成分的相互作用,可能会影响直接接触培养细胞的颗粒的数量。应该根据具体情况评价可分沉淀物出现的可能性。若有必要,应开展对于体外细胞剂量的分析性或计算性评估。目前,对介质中的剂量(分散/溶液浓度)或实际的纳米颗粒细胞摄入/接触量是否应该被用于剂量本身的表达还存在争议。
1.3纳米材料参照样品
试验结果的可靠性在一定程度上取决于是否可获得适合的参照样品。参照样品指拥有一项或多项特性参数、具有足够可重复性的已经确认的材料。可利用该材料或物质对仪器进行校准,评估测量方法或为材料赋值。纳米尺度参照样品的最初研发重点在于将其用于校准试验仪器,而不是作为生物响应基准进行参照样品研发。开发一种广泛接受的参照样品,包括在适合不同的试验系统的阳性对照与阴性对照纳米颗粒方面达成共识,已经成为纳米材料风险评估的一个关键性要求。虽然参照样品对于评估医疗器械中应用的纳米材料至关重要,但是因为存在实际困难,研发进度还是很慢。认识到纳米材料代表性样本的可用性对于纳米物质安全试验的可重复性和可靠性至关重要。ISO/TC229nm技术委员会已提出使用代表性试验材料”,并且正对其进行讨论。代表性试验材料的拟议定义为来自同一批的物质,在其一个或多个特定性质方面具有同质性和稳定性,被认为适合于开发用于针对除已表现出的同质性和稳定性以外的性质的试验方法”。目前这种方法已被应用于OECD人造纳米材料工作组的纳米材料安全性试验合作项目,该项目使用欧洲委员会联合研究中心代表性纳米材料库中的代表性纳米材料来进行。
1.4纳米材料样品制备
纳米材料体积小,并且其物理化学特性可能发生改变,这使得与宏观(非纳米尺度)颗粒或化学物质的试验相比,纳米材料的样品制备会遇到重大的挑战。带来挑战的因素包括能加强纳米材料反应性的表面性质;聚集或团聚颗粒的形成;纳米颗粒在通过水合作用,部分溶解或其他过程的分散中发生的转变;以及低浓度水平污染物对纳米材料的物理化学性质和毒理性质的强烈潜在影响。如同其他类型的试验样品,纳米物体有可能吸附到容器表面。因此,确认标称浓度非常重要。对于研发针对含有纳米材料的医疗器械的可靠的样品制备方案来说,必须认识到这些问题。相比于使用常规材料的医疗器械,解决这些问题也许需要极大提高直接针对样品制备的研发力度,并制定处理策略。由于其独特的表面性质,纳米材料对用于样品制备的技术表现出极强的敏感性。颗粒之间以及颗粒与周围环境之间的相互作用会影响颗粒的分散。分散的纳米材料不一定呈现单分散颗粒的形式。呈聚集形式的单分散颗粒(由强结合或强融合的颗粒组成的颗粒)和呈团聚形式的非单分散颗粒(弱结合颗粒,聚集体,或两者的混合体)可以出现在以液体、粉末和气溶胶形式出现的纳米材料中,除非通过表面电荷或立体效应进行稳定化处理。因此,样品中纳米材料的分散状态和粒度分布可能随时间变化。这一属性对于制备浸提液和(或)储存溶液和剂量分散溶液有着非常重要的意义,pH值、离子强度或分子成分的轻微调整就可能显著改变颗粒分散度。基于该原因,受试品的稳定性对于在生物评价中获取具有代表性的和可重复性的结果来说显得尤为重要。纳米材料的样品制备可能包含对于制造商生产的或供应商提供的材料的表征,以及制备用于动物试验或体外实验的储存溶液和剂量溶液。制备细节可能根据给药途径和递送方法的不同而有所差别。
1.5纳米材料对于生物相容性研究试验的影响
将纳米材料用于试验系统时,必须认识到需要测定的一些性质可能会受到周围环境的影响,并且在很大程度上依赖于周围环境(例如:组织培养基、血液/血清、蛋白质存在)。与环境的相互作用可能导致纳米材料本身发生暂时性改变,如通过获得/脱落蛋白涂层,形成纳米颗粒团聚/聚集,或纳米材料其它方面的变化。由于这样的变化可能会影响纳米材料的特性,因此会影响纳米材料的毒性特征。因此,纳米材料应完全根据制造出来的形态/组成,以及最终用户所接收的形式(如果该形式包含自由纳米材料)进行表征。最后,还应该对最终产品中的纳米材料进行评价。对于生物安全性评价,需要将纳米材料分散在适当的介质中进行评价。这些介质与纳米材料之间的相互作用可严重影响到纳米材料在试验系统中的表现。应该在试验过程和试验结果评价过程中考虑该因素。纳米物体在生物环境中很容易将蛋白质迅速吸附在其表面,形成所谓的蛋白质冕晕”。据报道,冕晕是由两层结构组成,内层是由强结合的蛋白质组成,而外层是由快速交换的分子组成。蛋白质冕晕并不是静态的,可能根据纳米材料所处环境的不同而发生改变。作为有机体内的异物,纳米材料的归宿为从被吸收、分布、代谢到排泄/消除。众所周知,纳米材料表现出与其对应的常规材料不同的物理化学特性(力学、化学、磁学、光学或电学特性),因此,可以合理的期望纳米尺度材料会影响生物学行为,并且生物学行为会引发在细胞、亚细胞和生物分子层面(例如:基因和蛋白质)包括细胞摄取的各种不同反应。因此,与由常规材料引发的毒理学反应所不同的各种毒理学反应可能在接触到纳米材料后才会显现。应该注意的是,不仅蛋白质会以冕晕形式参与这个过程,而且脂质也会参与这个过程。因此,毒物动力学研究应被视作针对含有纳米材料的医疗器械开展的毒理学风险评估的一个部分。当接触到生物环境的时候,纳米材料会与蛋白质发生相互作用,这种相互作用的定量和定性水平取决于生理环境的性质(例如,血液、血浆、细胞质等)和纳米材料的特性。同样,当接触到试验介质的时候,纳米材料也会与周围环境发生相互作用并且/或者也会对环境产生干扰,这取决于其本身的性质和所接触的条件;跟相应的常规材料相比,它们可能会有不同的表现。因此,对于任何被设计用来对医疗器械进行生物学评价的试验方法,对其进行专门的验证是十分有必要的。试验方法的选择将取决于纳米材料的特性。在纳米材料的毒性试验中,有几个已知的风险因素应该避免。对纳米材料的毒性和最终结局了解的还不多,所以一些未知的隐患还会在将来逐渐显露出来。由于纳米材料的毒性试验存在许多不确定性,所以公开透明变得至关重要。潜在的生物相互作用不是直接取决于分子的浓度或数量,而是取决于纳米颗粒本身。在纳米毒理学中,剂量反应关系的单位可能不是传统意义的质量单位,而可能是以纳米颗粒的数量或者他们的总表面积来表示剂量。除了表征以外,还应该以文件的形式记录下实验条件的详细情况。
2纳米材料标准化工作
1.安纳布尔纳峰(Annapurana)
世界第十高峰,海拔8093米,位于喜马拉雅山脉中段尼泊尔境内。Annapurana在当地语中有粮食供给者或收成之神的意思。但是自1950年首次有人攀登以来,已有130多人尝试攀登过该峰,其中53人丧命其中。如此高的死亡率使得该峰成为了海拔8千米的山峰种最危险的一个。
2.乔戈里峰(K2)
世界第二高峰,海拔8611米,位于中国和巴基斯坦边界,它是喀喇昆仑山脉的主峰。国外又称K2峰,是国际登山界公认的攀登难度较大的山峰之一。峰巅呈金字塔形,冰崖壁立,山势险峻,在陡峭的坡壁上布满了雪崩的溜槽痕迹。要想攀登乔戈里峰需要先穿过长达44公里的音苏盖提冰川。地形复杂多变,冰川表面破碎,明暗冰裂缝纵横交错,再向上攀越无数陡峭的岩石,然后是一连串随时可能掉下置你于死地的冰锥。走在其中仿佛置身于冰雪地狱一般。
3.南迦帕尔巴特峰
世界第九高峰,海拔8125,位于喜马拉雅山脉西段巴基斯坦克什米尔境内境内。南迦帕尔巴特峰有着与乔戈里峰不分伯仲的攀登难度。对它的首次尝试是沿着一条狭窄的山脊线才得以登顶。山的南面是世界上最大的岩壁鲁泊尔岩壁,有1万5千英尺长。如此复杂的攀登线路,难怪人送外号食人峰。
4.干城章嘉峰(Kanchenjunga)
世界第三高峰,海拔8585米,位于喜马拉雅山脉的东端,珠穆朗玛峰以东120公里的尼泊尔印度边境上,东经8807,北纬2742。多冰川,其中有著名的热姆冰川、干城冰川和雅隆冰川。如果你对世界上最危险山峰的攀登死亡率有所留意,你会发现,随着时间的推移这些数字是在逐年下降的,但是干城章嘉峰是个例外。作为世界第三高峰,干城章嘉峰的死亡率在近些年更是达到了惊人的22%,这反映出雪崩和天气突变的高发,也让这座山峰蒙上了一层恐怖的阴影。
5.艾格峰(Eiger)
海拔3970米,位于瑞士因特拉肯市正南处,是瑞士境内的阿尔卑斯山脉群峰之一。艾格峰的北侧异常陡峭,刀削般的绝壁就连皑皑白雪也堆积不住,平均坡度70度,垂直落差1800米,敢于向这一组数字挑战的人,需要高超的攀登技巧和过人的勇气,这里是国际登山界公认的难关。艾格峰因山势险峻而被视为欧洲第一险峰。超高的技术难度和严重的山体滑坡也为它赢得了杀人坡的美誉。
6.马特峰(Matterhorn)
海拔4478米,位于瑞士采尔马特(Zermatt)村西南10公里处,地跨瑞士和意大利之间的边界。经过多次尝试后,马特峰的瑞士一侧在1865年7月14日由英国探险家温伯尔(EdwardWhymper)率先征服,但他同行的4位伙伴却在下山途中失足而亡。由此开始了它的噩梦攀登它的死亡率是所有阿尔卑斯山脉山峰里最高的。
7.文森峰(VinsonMassif)
南极洲最高峰,海拔4897米。位于艾尔斯渥兹山脉,在森蒂纳尔(Sentinel)与赫里蒂奇(Heritage)岭之间,俯瞰龙尼冰棚(RonneIceShelf)。文森峰山势险峻,且大部分终年被冰雪覆盖,交通困难,夏季气温在零下40度左右,被称为死亡地带。
8.拜塔布拉克峰
拜塔布拉克峰以食人魔的名字被人们所熟知,是世界上攀登难度最大的山峰之一。尽管早在1971年就有人初次尝试攀登,可直到2001才第一次登顶。道史考特作为曾经初登拜塔布拉克峰的成员之一,在攀登途中因为摔断了双腿,不得不迎着暴风雪爬回了队伍的大本营。
9.珠穆朗玛峰(Jo-moglang-ma)
世界第一高峰,海拔8848米。位于中华人民共和国和尼泊尔交界的喜马拉雅山脉之上,终年积雪。所有去过珠峰的人都知道在珠峰脚下布满了攀登者的坟墓,由此可见一斑。但是世界第一高峰的魅力依然吸引着源源不断的征服者。
10.麦金利峰(MountMcKinley)
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