碳纳米管的毒性和安全问题是什么？了解纳米材料的物理风险

明确地说，碳纳米管（CNT）的毒性并非源于碳本身，而是绝大多数取决于其物理特性。其针状形状、高长径比（长度与宽度的比率）和生物持久性可能模仿石棉纤维的危害特性，使吸入成为主要的 အ安全隐患。

碳纳米管安全性的核心问题在于结构。长而坚硬且不易被身体免疫细胞清除的纳米管可能会引发慢性炎症、纤维化和其他严重的肺部疾病，这种机制被称为“纤维范式”。

结构决定毒性的原因

CNT的潜在危害本质上是一个物理问题，而不是化学问题。了解其物理形态如何与生物系统相互作用是评估其风险的关键。

理解CNT风险最有效的方法是通过石棉类比。石棉纤维因其细长和坚硬的特性而导致石棉肺病和间皮瘤。

身体中负责清除异物的免疫细胞称为巨噬细胞。然而，它们无法完全吞噬比自身直径长（通常为15-20微米）的纤维。

这种“吞噬受挫”会导致慢性炎症状态。挣扎中的巨噬细胞持续释放炎症信号和活性氧物质，从而引起组织损伤、疤痕（纤维化），并最终可能导致癌症。

并非所有CNT的危害性都相同。风险是一个由特定物理性质定义的谱系：

了解CNT如何进入人体对于实施有效的安全控制至关重要。

最显著和研究最充分的暴露途径是吸入。由于其尺寸很小，空气中的CNT可以深入肺部。

一旦进入肺泡区域，它们就会引发上述的炎症反应。动物模型的研究表明，某些类型的CNT可能导致形成肉芽肿、纤维化，在某些情况下，还会出现与石棉暴露相似的病理变化。

完整、健康的皮肤对CNT的渗透提供了良好的屏障。对于未受损的皮肤，接触皮肤的风险被认为是低的。

然而，如果皮肤因割伤或擦伤而受损，CNT可能有途径进入体内。这种途径的了解较少，但在工作场所安全中仍需考虑。

食入被认为是低风险的暴露途径。预计大多数被摄入的CNT会穿过胃肠道而不会被吸收到血液中。

尽管基本风险已得到理解，但纳米毒理学领域仍在发展中，重大的不确定性仍然存在。

评估CNT毒性的一大困难在于材料的巨大多样性。通过不同方法生产的CNT在长度、直径、纯度和表面化学性质上都有所不同。这使得跨研究比较结果和建立通用安全标准变得具有挑战性。

CNT样本的毒性可能受到杂质的显著影响，特别是制造过程中残留的金属催化剂（例如铁、镍、钴）。这些金属本身可能引起氧化应激和炎症，从而混淆对纳米管本身的评估。

在其原始形式中，CNT倾向于聚集形成大的团聚体。这些团块通常太大，无法被吸入到肺深处。

最大的风险来自于产生能量以打破这些团聚体、形成可呼吸的单个纤维气溶胶的过程。

目前几乎所有的知识都基于细胞培养（体外）和动物（体内）研究。缺乏来自接触过CNT的人类工人的长期流行病学数据，使得对人类疾病风险的确定性结论难以得出。

管理CNT的风险需要采取积极主动的方法，重点是预防暴露，特别是通过吸入预防。

如果您的主要重点是研发：优先考虑工程控制，如认证的通风橱或手套箱，以容纳CNT粉末并防止其进入空气中。
如果您的主要重点是工业制造：实施全面的安全计划，包括空气监测、严格的操作规程和适当的个人防护设备（PPE），如N95或P100呼吸器。
如果您的主要重点是产品设计：通过将CNT牢固地嵌入固体基质（例如聚合物复合材料）中来最大限度地减少未来风险，这大大降低了产品使用或处置过程中释放和吸入它们的可能性。

通过理解危险在于其物理形态，您可以做出明智的决定，设计更安全的材料并实施能有效减轻风险的控制措施。