危險?實驗室製造的奈米汙染水

碳奈米材料即使是疏水的,也能在水中混合,這增加了未來發生擴散性洩漏的可能性。

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碳奈米管——以及它們被稱為富勒烯的球形“表親”——正被證明具有多種用途,應用於改進的太陽能電池、電子產品和醫療探針。但是,與其它工業部件的產量相比,這種棘手的奈米材料的產量仍然是奈米級的。儘管如此,環境工程師已經開始調查如果這些材料意外釋放,它們會如何與自然環境相互作用,並發現至少一些疏水性(憎水)材料很容易在天然水中持續存在。

佐治亞理工學院的Jae-Hong Kim和他的同事研究了所謂的“多壁碳奈米管”——碳原子層層巢狀的“稻草”——如何與天然水相互作用,在本例中,樣本取自附近的蘇萬尼河。令他們驚訝的是,碳奈米材料並沒有像試圖避開水分子那樣結塊,而是與河水中帶負電的天然有機物相互作用。這種有機物似乎遮蔽了納米管,使它們在混合一小時後分散在水中,而不是結塊和沉澱。“一開始,溶液非常黑,隨著時間的推移,它會變成灰色,”Kim說。“有趣的是,一個月後它仍然是灰色的。”換句話說,即使在這段時間之後,奈米管也不會沉澱。

根據發表在Environmental Science and Technology上的線上論文,這種長達一個月的懸浮意味著蘇萬尼河水實際上比化學表面活性劑更能促進碳奈米管的分散,而化學表面活性劑只能將奈米管在溶液中保持大約四天。類似的富勒烯(由60個碳原子組成的穩定球體,也稱為C60)研究需要大量的有機溶劑才能維持懸浮狀態。


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由於存在這些溶劑,關於C60的毒性測試一直存在疑問,即究竟是富勒烯還是溶劑造成了損害影響。密歇根州立大學的環境工程師Volodymyr Tarabara和Syed Hashsham及其同事測試了這種富勒烯在水中(不含溶劑)對淋巴細胞(人類免疫細胞)的毒性影響。研究人員使用乙醇在先前被證明沒有毒性影響的水平下,並使用數週的磁力攪拌,製備了C60和水的溶液。

根據Environmental Science and Technology 12月1日刊顯微分析顯示,在濃度低至每升2.2微克時,C60團塊會損害免疫細胞的DNA。C60引起DNA損傷的確切機制尚不清楚,特別是因為成像無法檢測到最小的富勒烯團塊,但其DNA損傷效應是劑量依賴性的。“我們不確定是否存在非常非常小的顆粒,一到兩個奈米大,”Tarabara說。“它們可能對細胞損傷非常重要。”

無論如何,這種奈米汙染不太可能很快發生:“事實是,需要數週的混合才能在顆粒足夠小以至於不會沉澱的尺寸範圍內產生可觀的濃度,”Tarabara指出。“這不是我們可以預期會隨意出現的東西。”但環境工程師認為,在廣泛採用新型碳奈米材料之前,應該進行此類研究,尤其因為它們似乎還有一些意外之處。“有一件事是肯定的,”Kim說,“這些材料傳統上不被認為是水基汙染物。”他補充說:“我的意思是,‘嗯,這似乎是可能的。’”

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