公共卫生学院劳动卫生与环境卫生学系与北京大学化学学院、中国科学院高能物理研究所共同承担国家自然基金国家十五重大项目“核技术在研究典型环境污染的应用”子课题《碳纳米材料生物学效应研究》日前启动。该项目融合了纳米、生物、化学、物理学、医学以及核分析技术等研究领域的优势力量，属多学科融合与交叉的课题。劳动卫生学科贾光副教授承担“碳纳米材料整体生物毒性及体外生物学效应研究”。

纳米技术是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，在其优点和潜在的巨大市场不断被认识的同时，一个非常重要的问题迅速凸现出来——比细胞小1000~10000倍的纳米颗粒，通过生产和使用环节进入环境以后，对人体健康、生存环境和社会安全等方面将产生什么影响？即纳米尺度物质的生物环境效应问题是全球科学界亟待研究的一项重要课题。

 

    纳米生物效应同时也是一个满足国家需求的重要研究方向。全球纳米产业化正在迅速发展。纳米颗粒的生物效应研究，与纳米药物研发、生物体系中纳米检测技术、纳米产品的生物安全性以及纳米标准的制定等直接相关，是保障纳米产业健康、可持续发展的基础。正如美国国家纳米计划负责人Roco博士所言“纳米产品和纳米技术的安全性，将成为影响纳米产业国际竞争力的关键因素之一”。获得国际公认的鉴定和确认各种纳米产品的生物安全性的分析数据将涉及国家的巨大商业利益。也正因为如此，一些发达国家在过去的几年，迅速组织和开展了纳米生物效应的研究，不到两年已经形成了一个崭新的前沿研究领域。

 

    同时，纳米颗粒生物学效应研究也是与人类生命健康问题直接相关的一个问题。当物质细分到纳米尺度时，其物理化学性质的巨大变化会导致它们在生物体内的生理行为与常规物质有很大区别。最近，《新英格兰医学杂志》发表了欧洲和北美科学家们的研究结果，发现小于100 nm的超细颗粒物浓度的微小增加所导致城市居民的发病率和死亡率的增高，远远大于相同浓度的微米颗粒物。尽管其机理还不十分清楚，科学家们推测小于100 nm的超细颗粒物具有特殊生物机制，可能会直接作用于心血管系统、也可能通过增加血粘度或促进凝血而导致心血管疾病的发生。因此，WHO最近呼吁要优先研究纳米尺度颗粒物的生物机制。但是目前国际、国内在这方面的研究都刚刚起步，相关的研究成果在文献期刊上报道尚少。

 

    在纳米颗粒或纳米材料中，单壁碳纳米管由于其独特的机械、电学和磁力特征而具有广阔的商业应用前景。2004年Toxicological Sciences首次报道了两篇关于单壁碳纳米管整体动物呼吸毒性的研究，并提出SWNT的毒性不同于其他类型的粉尘颗粒物而具有新的致肺损伤机制。为了进一步研究碳纳米材料的生物学活性，贾光课题组利用噻唑兰还原法、胶体金吞噬法、亚甲兰吸附实验和电子显微技术进行了单壁碳纳米管、不同直径多壁碳纳米管和富勒烯对豚鼠肺巨噬细胞的细胞毒性和吞噬功能的研究。

 

    结果表明，三种碳纳米材料均具有一定的生物学活性，不同结构碳纳米颗粒细胞生物学效应不同；在相同剂量下，细胞毒性明显高于阳性对照SiO2。以上研究工作具有一定的开创性，在此之前国际上还没有这方面系统性研究的报道。我们在国际上较早地进行了纳米颗粒和微米颗粒细胞毒性的比较研究，这对利用微米颗粒毒性数据的外推预测纳米颗粒的毒性和安全性十分重要——这是纳米材料安全性研究领域的重要课题；建立了研究纳米碳管细胞毒理学的实验方法，这些方法由于是第一次在纳米材料细胞毒性研究中被采用，对今后该领域的研究者具有指导作用。该项工作已发表在环境科学领域影响较高的杂志《Environmental Science and Technology》并在国际上产生了一定影响，由此，贾光等应美国《纳米科学与技术》杂志主编的邀请，为美国科学出版社编辑出版的《纳米科技大百科全书》撰写了“纳米生物效应与纳米毒理学”一章。该书将于2005年10月出版。

 

    贾光课题组将围绕纳米材料物理尺寸与化学修饰对纳米颗粒生物效应的影响、纳米颗粒与重要生物屏障的相互作用及其穿越生物屏障的能力等方面进行深入细致的研究。该项研究将为揭示纳米颗粒穿越生物屏障、以及纳米颗粒尺寸效应、化学修饰等对生物效应影响的基本规律、为保障我国纳米科技的安全、健康、可持续发展及纳米颗粒的安全防护提供科学依据。 

 

（公卫学院科研办  周小平）