有毒？荧光探测解读纳米粒子的健康隐患

人类渴望通过科学了解世界，改善生活，但有时候也会带来一定的风险。纳米粒子就是这样。

纳米粒子的尺寸在 1 到 100 纳米之，有较大的比表面积，所以具有独特的物理和化学性质。因此，科学家们将纳米粒子应用于各种行业，包括医药、制药、电子、生物材料、能源生产和消费产品。例如，纳米粒子在进入人体组织和体液时，可能会立即吸附到生物体的大分子表面上，这就是所谓的电晕效应。医生可以通过纳米粒子的表面设计将药物直接输送到体内的特定细胞，从而有针对性地吸附在目标细胞的表面上。

纳米粒子技术也让食品科学受益。

据估计，到 2050 年，全球人口的粮食需要供给将增长 70%。科学家们认为，单凭增加产量无法满足需求。必须进行创新。

据俄亥俄州立大学的研究人员称，目前，由于工艺、经济、能源、行为习惯和政策等问题，生产出的食品中有三分之一遭到浪费。如果能将这部分的浪费利用起来将大大缓解粮食供给压力。

纳米技术可以帮助厂商提高食品生产、加工水平，改善储存和质量控制，另外，应用纳米技术还有助于食品厂商创造拥有新质地、颜色或外观的食品，改善食品的感官品质。同时，科学家们可以利用纳米粒子制作纳米传感器，快速检测食品腐败和污染情况。

除此之外，纳米粒子也广泛应用在包括涂料、医疗、聚合物和塑料、纺织品和防晒产品市场。

工程师使用由锌、银、铜等金属制成的纳米材料作为抗菌剂，可减少细菌和霉菌等微生物。在接触食品的器具表面，例如砧板等，使用这种特制的抗菌剂，器具表面便不会滋长细菌。

氧化锌或金属纳米粒子也可以以喷雾形式应用于服装领域。使用以上金属负载型纳米沸石（特定的多孔晶态矿物），不会影响纺织品聚合物的性能因为尺寸小，不会干扰人们体验的宏观真实的产品，但依旧能保持产品更清洁、更安全、更有效。

不过纳米技术也存在不利的一面。科学家们担心纳米粒子存在毒性。

人体吸入的纳米粒子可抵达血液，也可能到达其他部位，如各个器官。有些尺寸的纳米粒子甚至可以穿过细胞膜。

纳米粒子在体内扩散的关键参数包括纳米粒子剂量和溶解度。一部分纳米粒子很容易溶解，可能会在生物系统中积累并持续很长时间。

在生命系统中，一些不利的生物分子可能会附着在纳米粒子表面进入体内组织和体液中。科学家们推断，纳米粒子对生物的影响与潜在化学物质的影响是一样的。

为确定特定的纳米粒子是否具有毒性，科学家们必须能够追踪该物质在人体内的迁移路径和最终目的地。Dutta 博士是俄亥俄州立大学化学和生化系荣誉退休教授，他与同事 Jim Waldman 教授及学生们共同探索出了一种可以研究摄入体内的纳米粒子在人体内迁移路径的方法。

Dutta 博士表示：“我们目前提出一种可以监测摄入体内的粒子如何到达人体不同部位的技术。

Dutta 博士的研究集中在纳米二氧化硅上，纳米二氧化硅是仅次于碳的最常见纳米粒子材料。二氧化硅具有抗结块性。除此之外，还能防止蛋糕等食品结块、粉末容易流动。

“有人担心，摄入的纳米二氧化硅会进入不同的器官，”他说道。"我们研究的重点是观察二氧化硅是如何在人体内迁移的，我们使用了荧光光谱技术。”

由于纳米二氧化硅不会产生荧光，因此，他使用核壳二氧化硅纳米粒子，以产生荧光的罗丹明 6G 和罗丹明 800，或硒化镉/硫化镉/硫化锌量子点（在光照下会产生荧光的半导体纳米粒子）作为核。罗丹明 6G 和罗丹明 800 都是荧光分子。以上纳米粒子的表面特征与商用二氧化硅粒子相似。他使用上述粒子模拟纳米二氧化硅粒子，以检验组织如何将其内化。

“我们在纳米粒子上附着荧光染料，”他说道，“我们制作了量子点，并将其置入二氧化硅纳米粒子中，然后向试验动物投喂，看看我们能否在不同的器官中发现。”结果Dutta 博士在小鼠的许多器官中发现存在纳米粒子，包括胃、小肠、结肠、肾、肺、脑、脾和肝组织。
 

Dutta 博士使用 HORIBA Fluorolog^®系列模块化稳瞬态荧光光谱仪，并配有TCSPC（时间相关单光子计数寿命测量）的附件来进行荧光寿命测量。

TCSPC 是测量荧光寿命的常用技术。原则上，它可以探测单个光子。具有 TCSPC 功能的 Fluorolog 3 将到达时间与激光脉冲相关联，可以高度激发样品。

虽然只有部分研究表明，随着尺寸的减小，纳米粒子的固有毒性增强。吸入体内的粒子，像空气污染一样，会损害呼吸系统。本身无害的物质，如果以纳米粒子形式吸入，也可能存在毒性。但是，关于纳米粒子在体内行为的信息仍然很少，而且经常相互矛盾。

美国食品药品监督管理局认为纳米粒子对人类不完全安全，也不完全有害。

Dutta 博士则通过自己的研究观察到，摄入体内的纳米二氧化硅粒子不一定有毒。

他说：“我们做了很多其他研究，在人体摄入不同量的粒子后，未发现具有体外毒性。”真的不需要担心纳米二氧化硅的毒性问题。”

至于其他纳米粒子，目前尚无定论。因此，更多类型的纳米粒子的安全性，还需进一步探究。