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迈向绿色纳米技术

作为以逐个分子甚至逐个原子的方式构造物体的工程学技术的一个分支,纳米技术的出现使人们头脑中产生了能够自我复制的“纳米机器人”的未来式形象。它们可以为病人实施手术,或者因为消耗一切可见的东西而把我们的星球变成一片“灰色的粘性物”。

这两种情况都遵循着相似的情节脉络:技术的进步,例如核技术的发展、转基因有机物、信息技术及合成有机化学,起初都带来人类救赎的希望,然而随着其后果,特别是环境影响的日益明显,又似乎会给人类带来末日之灾。甚至连水的净化-这一对延长人类寿命最为重要的技术进步-也会产生致癌的副产品。根本的发现、技术的发展、不良后果的显现和公众的厌恶似乎是一个牢不可破的循环。

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纳米技术会有所不同吗?和任何新技术亮相时一样,纳米技术在早期也引发了典型的惊喜和大鸣大放。但与此同时,在进行大规模商业化开发的条件远未成熟之前,它也遭遇了人们对其可能存在的环境风险的预测。在纳米技术的襁褓期就提出这样的问题或许能使我们获得更好、更安全的产品并减少未来产业化过程中的长期不利因素。

纳米技术对我们生活的影响可能首先表现在迅速发展的纳米材料产业。“纳米产业联盟”2003年的一份预测认为纳米材料将会是纳米技术产业化初始阶段的最大门类。

就环境技术产业而言,纳米材料将会在减少废弃物、清除工业污染、提供饮用水和提升能源生产和消费的效率方面引发新的技术。现有和即将实现的纳米材料的商业化应用包括用于太阳镜和油漆的纳米工程钛金属颗粒,轮胎中的碳纳米管成份,用作固体润滑剂的硅纳米颗粒,以及用于香皂、洗发水和清洁剂中的,以蛋白质为基础的纳米材料。

纳米材料的生产、使用和处理不可避免地会导致它们广泛存在于空气、水、土壤或有机体当中。我们需要通过研究来确保纳米材料和生产它们的产业演变为环境资产而不是环境债务。

不幸的是,我们目前对于纳米材料的环境影响还知之甚少。具有讽刺意味的是,让人为之担忧的纳米材料特性,如纳米颗粒被细胞吸收,恰好是我们在医疗应用中希望获得的特性。

例如,一项历经十年的,对于一种被称作球壳状碳分子(fullerene)的,以碳为基础的纳米材料研究显示了这种材料对人体健康可能带来的影响。这种形似足球的球壳状碳分子又被称为“布基球(buckyballs)”,是一种强抗氧化剂,其功能可以和维他命E媲美。另一些研究显示有些种类的布基球可以杀死癌细胞。

两项最近的研究认为布基球可能会妨碍鱼的大脑功能并对人体组织培养有很强的毒性。然而,要阐释这些研究的结论颇为困难,其部分原因是因为它们所使用的纳米材料被一种有机溶剂污染了。添加这种溶剂是为了稳定水中的球壳状碳分子。

接下来进行的一项对球壳状碳分子毒性的研究没有发现布基球的明显毒性,但却观察到细胞培养对另一类球壳状碳分子,即“单壁纳米管”的毒性反应。在现阶段,还无法对球壳状碳分子纳米材料的毒性问题下结论。

判定一种物质是否“危险”,不仅需要判定这种材料的毒性,还要判定它和生物细胞接触的程度。可以将布基球放进鱼缸里来评测其毒性。但我们还必须了解布基球是否会进入湖泊或河流等现实中的“鱼缸”。

我们知道难以降解的物质会在环境中存在很长的时间,因而更有机会和生物环境相互作用。但对包括细菌降解在内的可能会导致纳米材料分解的过程的研究,现在还是空白。

另外,正如毒性和持久性一样,我们对纳米颗粒如何在环境中移动也不甚了了。最危险的纳米材料莫过于那些既有活动性又具毒性的。作为早期毒性研究对象的球壳状碳分子是我们到目前为止所研究过的纳米材料中活动性最差的种类。我们对纳米材料的活动性在类地下水蓄水层构造和砂滤设施中的初始研究表明,某种纳米材料的活动性会很强,而另一种则会很差。因此,每一种纳米材料的活动性可能都不一样。

对纳米材料可能带来的健康和环境影响的担忧或许已经给确保其清洁生产,无害环境的迫切需求投下了阴影。的确,许多目前用于生产纳米材料的成分都对人类健康有潜在的威胁。

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一个令人鼓舞的趋势是,当纳米材料的生产方法从实验室转向工业化生产时,通常会变得“更为绿色”。撇开纳米材料的毒性问题,初始阶段的研究结果表明,生产纳米材料所带来的风险少于或相当于许多现有的工业活动所造成的风险。

如果我们认为纳米技术的发展不会带来健康和环境风险,那就太天真了。虽然企图遏制纳米材料相关技术的发展是既不现实,又不负责任,但负责任地开发这些技术需要高度的警惕和社会承诺。环境安全的纳米技术的成功开发需要我们付出时间、金钱和政治资本。但在远见和审慎的前提下,纳米技术能够以增进人类和地球福祉的方式发展。