納米技術(shù)與信息技術(shù)、生物技術(shù)并列為“21世紀(jì)三大科技”。目前，納米產(chǎn)業(yè)已經(jīng)在全球形成產(chǎn)值數(shù)萬(wàn)億美元的產(chǎn)業(yè)，根據(jù)美國(guó)疾病控制和預(yù)防中心統(tǒng)計(jì)，納米材料被用于1000多種消費(fèi)品，包括化妝品、服裝和油漆。隨著納米行業(yè)的蓬勃發(fā)展，行業(yè)內(nèi)工人的健康安全問(wèn)題越來(lái)越受到重視。

什么是納米材料

納米材料是微小的顆粒，一納米是十億分之一米，只有大約一個(gè)病毒的大小。在生產(chǎn)中使用的納米材料，指的是三維空間(高度、寬度或長(zhǎng)度)中至少有一維小于100納米(10-7米)的材料。這樣的尺寸維度是納米材料的主要特征。納米材料的獨(dú)特性質(zhì)，可能實(shí)現(xiàn)非常奇特、理想的性能，從而導(dǎo)致各種不同的應(yīng)用。比如：

自清潔表面。納米結(jié)構(gòu)可以防止表面上的污垢附著，其效果類(lèi)似于自然界的“荷葉效應(yīng)”：蓮屬植物的葉子一方面弱疏水性，另一方面在納米范圍內(nèi)極為粗糙的表面結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致接觸表面強(qiáng)烈減小為水滴和污垢顆粒。

抗菌性能。銀納米顆粒(由于表面效應(yīng))比宏觀銀釋放更大量的銀離子，而銀離子具有抗菌作用。

改進(jìn)的機(jī)械性能。一些納米材料(尤其是碳化合物，如石墨烯和碳納米管)具有極高的拉伸強(qiáng)度和低重量穩(wěn)定性。當(dāng)碳納米管用于復(fù)合材料時(shí)，它們可以減輕重量，穩(wěn)定性或增加穩(wěn)定性。其他納米材料(例如二氧化硅)應(yīng)用于表面，提高其抗劃傷性。

此外，納米材料還具有表面效應(yīng)、量子效應(yīng)、光學(xué)性能、超順磁性，具有極廣泛的應(yīng)用前景。然而，納米材料也可能會(huì)造成不同于宏觀同類(lèi)物質(zhì)的健康損害。

納米材料的應(yīng)用領(lǐng)域

目前，生產(chǎn)工廠、建筑現(xiàn)場(chǎng)、醫(yī)院、化學(xué)實(shí)驗(yàn)室、藥物實(shí)驗(yàn)室等是應(yīng)用納米材料的典型場(chǎng)所。實(shí)際上，隨著納米材料使用的日益普及，各行各業(yè)的工人都可能接觸納米產(chǎn)品。如醫(yī)護(hù)人員(消毒劑中使用納米銀)、保潔人員(危險(xiǎn)廢物中會(huì)有納米顆粒)，其他潛在終端用戶(hù)包括消防員、卡車(chē)司機(jī)和酒店工作人員。

例如，納米技術(shù)已被廣泛用于建筑材料，建筑工人已成為納米危害風(fēng)險(xiǎn)非常高的群體。陶瓷行業(yè)使用納米材料提升陶瓷性能。陶瓷具有易碎性，而納米SiC、Si3N、ZnO、SiO2、TiO2、A12O3制成的陶瓷材料具有高強(qiáng)度、高韌性、耐磨性等特點(diǎn)，其塑性性能能夠吸收相當(dāng)部分的外來(lái)能量，可解決普通陶瓷易碎易被破壞的缺陷。

混凝土其實(shí)已經(jīng)使用納米材料幾十年。在混凝土中添加納米二氧化硅，可有效提升混凝土的物理力學(xué)性能、抗氯離子滲透性能、自收縮性能、抗凍耐久性，生產(chǎn)高性能混凝土。在混凝土表面使用疏水的納米涂料，還可得到“不沾水”的水泥。

普通防護(hù)鞋(右)與具有自清潔、抗污染、防水功能的納尼防護(hù)鞋(左)對(duì)比。

納米材料還被應(yīng)用于個(gè)體防護(hù)裝備(PPE)。目前納米技術(shù)在個(gè)體防護(hù)裝備上應(yīng)用最廣泛的是各類(lèi)防護(hù)面料。納米技術(shù)對(duì)服裝面料性能的改進(jìn)可通過(guò)兩種方式實(shí)現(xiàn)：一是將納米顆粒添加到纖維材料中制成面料，使其具有吸濕、防腐、除臭、抑菌、放靜電等性能;二是通過(guò)直接將纖維材料制成納米纖維，然后再編制成布，具有透氣性好、阻燃性能高、能擋風(fēng)、可過(guò)濾細(xì)微粒子等特性。

近年來(lái)，納米二氧化鈦?zhàn)鳛橥苛匣蚍罆駝┲械姆雷贤饩€劑，納米銀作為紡織和醫(yī)療應(yīng)用中的抗微生物劑，碳納米管作為高機(jī)械強(qiáng)度、重量輕和散熱性能好的材料，廣泛用于航天、車(chē)輛制造以及運(yùn)動(dòng)設(shè)備等領(lǐng)域。

納米材料對(duì)人體的危害

據(jù)美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)估計(jì)，到2020年，將會(huì)有600萬(wàn)人在納米技術(shù)領(lǐng)域工作。然而，目前世界上還沒(méi)有納米材料的監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn),人們至今對(duì)納米材料對(duì)工人的健康影響知之甚少，尚無(wú)納米技術(shù)和工人安全的全面規(guī)定。

美國(guó)國(guó)家職業(yè)安全和健康研究所(NIOSH)認(rèn)為，吸入、誤食或透過(guò)皮膚進(jìn)入人體的納米材料，可能會(huì)對(duì)健康產(chǎn)生不良影響。有些納米材料是不溶的，所以它們?cè)隗w內(nèi)停留時(shí)間更長(zhǎng)。其他一些可能穿透細(xì)胞膜并造成損傷。

《美國(guó)工業(yè)醫(yī)學(xué)雜志》的一篇研究文章則介紹了一個(gè)人類(lèi)案例：一名26歲的化學(xué)家用處理大尺寸材料的方式處理納米材料，在不通風(fēng)、沒(méi)有保護(hù)措施的實(shí)驗(yàn)臺(tái)上處理鎳納米顆粒粉末，出現(xiàn)了喉嚨刺激、鼻塞、鼻液倒流、面部潮紅等生理反應(yīng)。幾項(xiàng)研究還測(cè)試了納米技術(shù)對(duì)動(dòng)物的影響。

納米材料對(duì)肺的傷害作用已被證實(shí)，包括炎癥和組織損傷、纖維化和腫瘤生成。心血管系統(tǒng)也可能受到納米材料的影響，而某些類(lèi)型的碳納米管會(huì)導(dǎo)致類(lèi)似石棉的影響。2017年，世界衛(wèi)生組織下屬的國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)(IARC)將數(shù)種碳納米管列為致癌物。除了肺以外，納米材料被人體攝入后，還可到達(dá)其他器官和組織，如肝臟、腎臟、心臟、大腦、骨骼和軟組織。

研究認(rèn)為，一些納米材料具有毒性效應(yīng)。細(xì)胞的氧化應(yīng)激反應(yīng)、炎癥反應(yīng)是兩種解釋納米材料毒性的主要機(jī)制。雖然有些人造納米材料對(duì)健康的危害已被證實(shí)，但并非所有的納米材料都必然具有毒性效應(yīng)。此外，由于其尺寸小和表面積大，粉末形式的顆粒狀納米材料可能存在爆炸風(fēng)險(xiǎn)，而它們各自的粗糙材料可能不會(huì)發(fā)生爆炸。

目前，NIOSH推薦了兩種納米材料的接觸限值。根據(jù)實(shí)驗(yàn)室研究、工業(yè)實(shí)踐的研究和觀察，NIOSH將碳納米管和碳納米纖維的接觸限值設(shè)定為1微克/立方米;推薦細(xì)二氧化鈦的接觸限值為2.4毫克/立方米，超細(xì)二氧化鈦為0.3毫克/立方米。

如何預(yù)防納米材料危害

目前已有不少公司采取措施防范納米危害。如成立于2002年的納米技術(shù)公司Quantum Sphere，要求NIOSH幫助保護(hù)其工人。在過(guò)去的三年中，NIOSH到訪該公司四次，審查環(huán)境和工程控制并提出改進(jìn)建議。對(duì)于一般企業(yè)來(lái)說(shuō)，管理人員和員工應(yīng)提高納米危害的意識(shí)，在生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)加以防范。

工人可向雇主詢(xún)問(wèn)其工作場(chǎng)所內(nèi)是否存在納米材料，而雇主則可向工作場(chǎng)所化學(xué)品或材料的生產(chǎn)商核實(shí)，以確定是否存在工程納米材料。若納米材料容易分散(如粉狀、噴霧或小液滴)或沒(méi)有隔離，或沒(méi)有加以控制，那它的潛在健康安全風(fēng)險(xiǎn)就更大。

納米材料生產(chǎn)和使用相關(guān)企業(yè)，應(yīng)為員工提供相關(guān)信息和培訓(xùn)。這至少應(yīng)包括：企業(yè)使用的具體納米材料和涉及的具體作業(yè)環(huán)節(jié);工作場(chǎng)所暴露評(píng)估結(jié)果;控制暴露的工程措施和管理措施以及個(gè)人防護(hù)裝備;個(gè)人防護(hù)裝備用途和缺陷;發(fā)生納米材料泄漏故事時(shí)應(yīng)采取的應(yīng)急措施。此外，隨著納米材料的相關(guān)研究和應(yīng)用日益普及和深化，它的潛在健康風(fēng)險(xiǎn)信息和暴露限值數(shù)據(jù)也在不斷完善，企業(yè)可綜合使用以下措施控制風(fēng)險(xiǎn)：

工程控制措施。作業(yè)任務(wù)涉及納米材料時(shí)，使用帶有高效過(guò)濾膜的通風(fēng)密封設(shè)備(如工藝箱);若不能隔離作業(yè)，要使用帶有高效過(guò)濾膜的局部排風(fēng)設(shè)備(如捕獲罩和密封罩)，在納米材料產(chǎn)生或釋放時(shí)將其捕獲。

管理控制措施。為員工提供洗手設(shè)施，提供相關(guān)信息，鼓勵(lì)員工保持良好衛(wèi)生習(xí)慣;制定納米材料泄漏或污染的應(yīng)對(duì)程序。比如，禁止使用干掃或空氣壓縮的方法清理泄漏漏的納米材料，應(yīng)使用濕掃和配有高效過(guò)濾膜的真空吸塵器進(jìn)行清理。

個(gè)人防護(hù)裝備。為工人提供合適的個(gè)人防護(hù)裝備，如呼吸器、手套和防護(hù)衣等。

醫(yī)療檢查和監(jiān)護(hù)。進(jìn)行體檢，并對(duì)納米材料暴露人員進(jìn)行醫(yī)療監(jiān)護(hù);參照OSHA相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)醫(yī)療監(jiān)護(hù)的具體要求。