在2007年10月举行的美国国会听证会期间,伍德罗·威尔逊国际学者中心的专家安德鲁·麦纳德(Andrew Maynard)指出,人们应该重视对纳米技术安全性的研究(一些科学家认为纳米管就如同石墨,人们不必对其过于担心)。麦纳德认为,把碳纳米管描述为石墨就像是把一块煤说成一枚钻石;也许碳纳米管非常安全,但它们也可能像石棉一样对人体有害。
美国得克萨斯州赖斯大学化学教授薇琪·科尔文(Vicki Colvin,下图)是纳米技术风险研究的世界级领军人物之一。在一次听证会上,她对参加该听证会的所有官员们说:“如果对纳米技术的安全性进行评估,我们假如资助5个研究纳米管毒性的课题组,就会得出5种不同的研究结论,这就造成了问题的不确定性。”
纳米技术把银子变小了
在过去的几年里,号称采用纳米技术的产品数量猛增到600多种,并在许多产品中嵌入了银纳米粒子。在纳米尺度,银具有抗菌的特性。
人类已被各种各样的纳米粒子所包围。人们食用的相当大一部分食品是由自然产生的纳米水平的成分构成。每个人每分钟会吸入至少1000万个纳米粒子,而其中大多数都是无害的。
但据研究发现,某些微粒(如从柴油机中排放出的粒子)可能对人体健康造成威胁。此外,尽管人类研究化学的历史已有几百年,但也很难预言当一种材料被粉碎成极小颗粒时会发生何种变化。这意味着我们无法确定它是否对人体有害。
当一种材料变得很小时,它就会具备一些特殊的性能,比如像铜那样柔软的材料就可变得很硬;像金那样与其他物质不易发生化学反应的材料就会变得活泼起来;原本相当安全的碳在成为纳米微粒后也可能变得不太安全。许多研究发现,无害材料的纳米粒子有可能变得格外危险。
这种变化的原因之一是微小的东西(与其质量比较起来)表面积大,物质的表面原子一般比其内部的原子活泼(这就是粉末比体积大的固体易于溶解的原因)。一颗5毫微米粒子有一半原子位于其表面,这种状态使其毒性比以重量为标准预测的毒性高出许多倍。纳米粒子因其小而更容易进入人体并以新的方式融入环境。
对动物的研究表明,纳米粒子能侵入身体的某些自然防御系统,它可在脑、细胞、血液和神经中积累起来。研究还表明,这种物质有可能引起肺炎,并能从肺转移到其他器官,具有很强的生物毒性。它们还可以从皮肤转移到淋巴系统,而且还有可能穿过细胞膜。除此之外,当粒子被设计成不同形状时,它们所造成的后果也是不同的。除了实验之外,目前还没办法知道每种形状所起的作用。
英国皇家学会曾于2004年建议把纳米粒子当作全新的材料对待,欧洲委员会则认为对每种新材料都应在“逐例研究的基础”上进行评估。然而,要了解EHS(Environment、健康Health、安全Safety的缩写)的危险性并非易事。对EHS风险的管理在于公司本身。公司务必要使自己的产品对消费者来说是安全的,务必保障员工的健康,务必使自己的工厂和产品不对环境造成危害。
在政府对企业生产缺乏规范性指导的情况下,企业正在设计自己的安全性方案。迈克尔·霍尔曼(Michael Holman)是位于纽约的鲁克斯研究公司(一家新兴的工业咨询和研究机构)的分析员。他说,大公司有可能自己开展研究,因为他们对责任风险和法规风险更加熟悉。但小型公司却难当此任。他说:“小型公司辩解,自己的企业只做二氧化钛产品,由于二氧化钛是安全材料,所以他们对安全问题漠不关心。我们认为他们对EHS的风险意识淡薄。”
鲁克斯研究公司的分析人员认为,最有可能引起人们关注的是如化妆品、食品添加剂、药品发送系统、新治疗药、纺织品外层和处理剂等应用项目。但他们认为,对于使用这些材料到底会发生什么样的后果,目前还有很多不确定因素。碳纳米管在企业中已经使用多年了,但这些含有纳米粒子的产品被抛弃或被打碎后是否会渗入到地下水中,我们还无从得知。
我们有充分的理由要求企业制造安全产品。许多企业则把研发预算花在新产品开发上而不肯花在可能对每个人都有益的纳米技术安全性的基本调查上,风险因此最终会落在保险公司的身上。然而,最大的保险公司之一———瑞士再保险公司(SwissRe)承认,目前保险公司在这方面还不具备足够的评估风险能力。
人们一方面希望保险公司提出更多的确定性标准,另一方面也希望政府对纳米技术研究的资金投入能有部分用于对该技术基本安全性的研究评估上。
研究纳米安全非常必要
科学家们喜欢用的警告用语是“有必要进行更多的研究”,至少在纳米技术领域,他们是正确的。英国的一个纳米领域的贸易团体———纳米技术企业协会呼吁更好地协调资金流向,把部分资金用于纳米技术的风险研究。据该协会主任斯蒂芬·弗里德里克(Steffi Friedrichs)说:“当前的研究项目和成果是好坏掺半。”科学家的研究项目主要集中在他们感兴趣的领域,而并不注重是否对企业有益,也不重视是否会对消费者产生影响。
科学家尚不清楚各种各样的纳米产品是否对人体健康和环境无害
2007年初,作为英国政府顾问机构的科学技术委员会发出警告:对纳米材料毒性及其对健康与环境影响的实际研究远比承诺的要少,并认为迫切需要编制一个战略性计划以支持此项研究。美国的情况同样如此,他们对风险研究进行协调和计划所花的时间比任何人所能想象的都长,这使美国议会中某科学委员会的主席布赖恩·贝尔德(Brian Baird)深感忧虑。2007年10月31日,他警告,国家纳米技术计划中的(NNI),EHS战略和实施计划在规定到期18个月之后仍未形成具体方案。他强调,为确保该项工作赶上甚至超过商业化的步伐,启动该项研究已经到了迫在眉睫的时候。
美国已经在纳米技术对EHS的影响的研究上花了大量经费。从不同方面的统计数据来看,投入资金在1100万～6000万美元之间。其中政府的投入较大,但没人能够确切地说这笔钱究竟办了些什么事情。
在国会中为碳纳米管呐喊的麦纳德博士在2006年的《自然》杂志上与几位著名科学家共同发表了一篇论文,简要论述了纳米安全性研究计划的重要性,旨在使人们对纳米技术安全性风险有一个清晰的认识。
麦纳德说,通过直接测量空气和水中纳米粒子的方法,就能大致了解纳米粒子可能具有什么毒性。通过快捷的实验也能告知科学家和企业最安全的纳米材料使用途径,并提供如何安全地与纳米粒子打交道的方法,包括如何处理废料。
这个问题要得到解决还有很长的路要走。在美国,一些科学家担心NNI的利益冲突———因为既要推广纳米技术又要归避其风险。实际上,NNI需要协调23个机构在研究日程上取得一致,而NNI的领导人克莱顿·蒂格(Clayton Teague)并不具备给这些机构施加压力的能力。
这就使纳米技术是否需要更多管制成为了一个难以衡量的问题。目前立法的根据是测量监控和评估风险的能力。
美国在2007年底公布了NNI战略计划
美国环境保护署的前助理行政官特里·戴维斯(Terry Davies)说,美国的立法,诸如关于清洁空气和水的立法是根据传统的安全标准和对其监控能力进行的。“我们没有任何关于空气中或水中纳米粒子的参考标准,对含有纳米粒子的东西已做了一些抽样检验,但目前仍不清楚应该监控些什么。在水中,仍不能检测出纳米粒子。即便这些东西可被测量,也没有人知道如何控制它们。”
如何权衡纳米技术的创新与纳米产品的风险
科尔文博士说,对纳米技术进行风险管理需要多方达成共识与合作。同时,还需要经过精心计划与协调以及多年的努力才能见效,甚至还需要全世界的科学家通力合作。他们可以先就术语的通用形式、某些基本技术和手段,比如在如何测量纳米材料、如何描绘纳米特征和保证其纯度等方面达成一致。目前还不可能准确测定一个10毫微米大的粒子,所有这些工作都正通过日内瓦的国际标准组织进行协调,相信将来某一天终会成为现实。
同时,据鲁克斯研究公司预测,纳米技术正在成为全球经济的一部分。到2014年,包括美容面霜、计算机芯片和汽车仪表板等采用纳米技术的产品,其价值将超过数万亿美元,其中一些产品的风险将会很低。例如在计算机领域,可以把一张芯片表面做得很小,这些相关特征对计算机用户来说不可能带来多大危险;驾驶摩托车的人也不会惧怕为了增强抗撞击性能而将碳纳米材料嵌入车门。
同时,没有人想压制人们的创新精神和拒绝纳米技术给人们带来的巨大好处。能进入大脑的纳米粒子也许可用来治疗脑疾病;纳米材料还为制造高性能电池、绿色能源和清洁水提供了巨大潜力。各国政府因此也应该愿意将巨额资金投入纳米技术的研究中。
目前,由于必要的风险研究不足,确保现有机构对巨大而新的风险领域进行领导与资金管理方面的工作进展也非常缓慢。美国国家基金会的资深顾问米凯尔·罗科(Mihail Roco)在2007年初的一篇文章中写道,纳米技术研究与开发的进展比管理者评价其社会与环境影响的能力提高要快得多。
从长远看,研究人员认为,他们将有可能编制出研究纳米粒子和预测其危害的框架性计划。该计划将使科技和企业把力量集中在最有可能获得益处和利润的材料上。这将是一个巨大的贡献,因为它在推动纳米技术发展的同时,又能避免其对健康和环境的威胁。但如果在一段时间里,公众发现科学家仍不能对大范围的纳米材料进行监控,则会严重损害很有潜在价值的新的安全产品的开发及应用。