二氧化鈦納米材料生物效應與安全應用

前言

我國科學家的高水平研究成果，大部分發(fā)表在國外的高影響力學術刊物上。長期以來，最新的知識總是在精通英語的發(fā)達國家首先傳播，被他們的企業(yè)優(yōu)先應用，率先開發(fā)出新性能、更安全的新產(chǎn)品，迅速占領發(fā)展中國家（如我國）的市場。我們之所以總是不得不跟蹤別人的技術，自己缺乏技術創(chuàng)新能力，這是最重要的原因之一。在全球化的國際競爭中，這種局面不改變，中國的產(chǎn)業(yè)界和學術界將永遠處于劣勢地位。如何改變這種現(xiàn)狀，是我們這個被叫做“科學家”的群體，應該承擔的社會責任。由于我們的母語不是英語，要求中國的企業(yè)家、負責產(chǎn)品設計和技術開發(fā)的研究人員以及科技管理部門和政策制定部門的政府工作人員，及時跟蹤閱讀國際學術刊物的相關英語論文，不是一個很現(xiàn)實的解決方案。因此，如果各個領域都有人組織專家，及時收集整理、歸納分析該領域的最新研究成果，不斷編寫出版成體系的中文書籍，把最新的知識提供給國內的需求者，如教育工作者，在學的研究生、大學生、中學生，產(chǎn)業(yè)界的新產(chǎn)品研發(fā)者，政府管理人員、政策制定和執(zhí)行人員，科學普及者，基礎科研人員，技術研發(fā)人員等，就會大大縮短有效利用最新科學研究成果來發(fā)展先進技術的周期，有助于我們搶占先機，在全球化的國際競爭中，占據(jù)有利地位。這套《納米安全性叢書》就是基于這個想法的一次嘗試。從國家利益來講，基礎研究不僅需要在國際公認的高水平學術刊物發(fā)表高質量研究論文，也應該為國內納稅人及時提供系統(tǒng)的知識財富，尤其是便于那些國際化程度還不很高的大量的中國企業(yè)盡早使用。因此，我們在完成國家“973”項目研究的同時，組織全國十余個研究機構的一線科研人員收集整理國內外陸續(xù)發(fā)表的與納米安全性相關的最新資料，近百人參與了這套（10本）納米安全系列中文書籍的編寫工作。我們希望這套叢書能夠為讀者提供最為廣泛的納米材料的毒理學知識和安全性應用的基礎知識，其內容涵蓋在我國大規(guī)模生產(chǎn)和使用的納米材料、生產(chǎn)規(guī)模還不大但是安全性爭議很大的納米材料、自然界沒有而是完全人造的納米材料等。納米產(chǎn)品和納米技術的安全性問題正在成為發(fā)達國家限制“市場準入”的策略。中國能否搶先制定、提出各種納米材料和產(chǎn)品的安全指標，事關巨大國家利益。要實現(xiàn)這一點，就必須率先獲取充分的基礎研究數(shù)據(jù)，培養(yǎng)和建立我國在納米安全領域的高水平專業(yè)隊伍。

內容概要

本書對二氧化鈦納米材料的應用領域、制造方法、性質和表征等進行了系統(tǒng)全面的論述。從流行病學調查和實驗研究兩個方面，綜述了二氧化鈦納米材料對生物體、細胞和生態(tài)系統(tǒng)的影響及其可能的產(chǎn)生機理。最后，介紹了二氧化鈦納米材料的修飾與安全應用，并對增強材料的生物相容性的途徑進行了探討。希望本書能為建立納米二氧化鈦的環(huán)境健康安全暴露評價體系(包括暴露途徑和安全暴露劑量等)，制定納米材料環(huán)境安全性評估方法和評估標準提供參考和依據(jù)，有助于指導納米二氧化鈦的安全生產(chǎn)和合理使用。    本書可供相關專業(yè)的研究生、本科生，與納米科技相關領域的科研人員和生產(chǎn)管理人員、企業(yè)以及政府監(jiān)督管理部門使用。

作者簡介

陳春英，武漢人，1 991年畢業(yè)于原華中理工大學，1996年獲該校生物醫(yī)學工程專業(yè)博士學位?，F(xiàn)任國家納米科學中心及中國科學院納米生物效應與安全性重點實驗室研究員，中國毒理學會及國際純粹與應用化學聯(lián)合會會員， 《生態(tài)毒理學報》雜志編委。在NatMethods，NanoLetter，ACSNano，Biomaterials.Anal Chem，EHP等學術刊物上發(fā)表論文80余篇，主編圖書NuclearAnalytica／Techniques forMetallomics andMetalloproteomics（英國皇家化學會出版）。

書籍目錄

《納米科學技術大系》序《納米安全性叢書》序前言第1章  二氧化鈦納米材料的應用領域  1.1 鈦白工業(yè)的發(fā)展    1.1.1 鈦資源儲量    1.1.2 生產(chǎn)現(xiàn)狀  1.2 二氧化鈦納米材料光催化特性的應用    1.2.1 二氧化鈦納米材料光催化機理    1.2.2 污水治理    1.2.3 氣體凈化    1.2.4 抗菌殺菌  1.3 二氧化鈦納米材料紫外吸收特性的應用    1.3.1 二氧化鈦納米材料紫外吸收機理    1.3.2 化妝品    1.3.3 塑料    1.3.4 玻殼    1.3.5 耐候顏料  1.4 二氧化鈦納米材料親水性的應用    1.4.1 親水性及疏水性機理    1.4.2 親水性和疏水性的應用  1.5 二氧化鈦納米材料的其他應用    1.5.1 國防領域    1.5.2 特殊顏料    1.5.3 染料敏化電池    參考文獻第2章  二氧化鈦納米材料的生產(chǎn)制備方法  2.1 二氧化鈦的生產(chǎn)現(xiàn)狀  2.2 二氧化鈦的工業(yè)生產(chǎn)技術    2.2.1 硫酸法    2.2.2 氯化法    2.2.3 鹽酸法  2.3 二氧化鈦納米材料的制備    2.3.1 氣相法    2.3.2 液相法    2.3.3 固相法    參考文獻第3章  二氧化鈦納米材料的特性與表征  3.1 二氧化鈦納米材料的特性    3.1.1 超微性    3.1.2 高效光催化活性    3.1.3 紫外吸收性    3.1.4 生物效應  3.2 二氧化鈦納米材料的表征    3.2.1 X射線熒光分析與電感耦合等離子體質譜分析    3.2.2 激光粒度分析法與小角X射線散射    3.2.3 電子顯微鏡    3.2.4 X射線衍射及電子衍射    3.2.5 掃描探針技術    3.2.6 電子能譜    3.2.7 振動譜    3.2.8 紫外可見光譜    3.2.9 電子順磁共振    3.2.10 比表面積測定    3.2.11 電場誘導表面光電壓譜    3.2.12 熒光光譜    3.2.13 紅外光譜    3.2.14 光電流譜    3.2.15 表面羥基含量的測定    3.2.16 熱重一差熱分析    3.2.17 差示掃描量熱法    3.2.18 納米粒表面電性能檢測    3.2.19 潤濕接觸角的測定    3.2.20 沉降性檢測    3.2.21 親油化度的測定    3.2.22 活化指數(shù)的測定    3.2.23 懸浮率的測定    參考文獻第4章  二氧化鈦納米材料的流行病學研究  4.1 流行病學簡介    4.1.1 流行病學定義    4.1.2 流行病學原理及應用    4.1.3 流行病學與其他學科的關系    4.1.4 職業(yè)流行病學研究方法  4.2 二氧化鈦生產(chǎn)現(xiàn)狀  4.3 動物實驗研究  4.4 人群流行病學研究    4.4.1 二氧化鈦生產(chǎn)方法    4.4.2 暴露評價    4.4.3 歐美主要流行病學研究    4.4.4 國內研究  4.5 工作場所對二氧化鈦粉塵的控制    4.5.1 法律措施    4.5.2 技術措施    4.5.3 衛(wèi)生保健措施  4.6 展望  參考文獻第5章  二氧化鈦納米材料的暴露途徑  5.1 人群的暴露模式    5.1.1 呼吸暴露    5.1.2 消化道暴露    5.1.3 皮膚暴露    5.1.4 呼吸暴露、消化道暴露和皮膚暴露之間的關系  5.2 動物研究的暴露途徑    5.2.1 急性毒性試驗    5.2.2 亞急性毒性試驗    5.2.3 慢性毒性試驗    5.2.4 專門毒性試驗  5.3 生態(tài)系統(tǒng)的暴露    參考文獻第6章  二氧化鈦納米材料與生物體的相互作用及其與納米特性的相關性  6.1 二氧化鈦納米材料對肺部的作用    6.1.1 粒徑    6.1.2 表面積    6.1.3 顆粒形狀    6.1.4 表面化學特性    6.1.5 生物體的種屬差異  6.2 二氧化鈦納米材料對肝臟和腎臟的作用  6.3 二氧化鈦納米材料對心血管系統(tǒng)的影響  6.4 二氧化鈦納米材料對神經(jīng)系統(tǒng)和生殖系統(tǒng)的影響    6.4.1 對神經(jīng)系統(tǒng)的作用    6.4.2 對生殖系統(tǒng)的作用  6.5 代謝組學方法研究二氧化鈦材料對生物體的作用  參考文獻第7章  二氧化鈦納米材料對皮膚的作用  7.1 二氧化鈦納米材料的皮膚滲透性  7.2 二氧化鈦納米材料對皮膚功能的影響  參考文獻第8章  二氧化鈦納米材料的細胞生物學效應及其與納米特性的相關性  8.1 二氧化鈦納米材料跨膜機理以及在細胞內的定位  8.2 光催化下二氧化鈦納米材料對細胞的損傷作用    8.2.1 二氧化鈦納米材料對原核細胞的損傷    8.2.2 二氧化鈦納米材料對真核細胞的損傷    8.2.3 二氧化鈦納米材料的類型與其細胞毒性的關系  8.3 非光催化條件下二氧化鈦納米材料的典型細胞效應    8.3.1 非光催化條件下二氧化鈦納米材料產(chǎn)生活性氧并引發(fā)細胞凋亡    8.3.2 非光催化條件下二氧化鈦納米材料可引發(fā)炎癥反應  8.4 二氧化鈦納米材料對特定細胞的生物效應    8.4.1 二氧化鈦納米材料與肺泡巨噬細胞的相互作用    8.4.2 二氧化鈦納米材料與中樞神經(jīng)系統(tǒng)小膠質細胞的相互作用  參考文獻第9章  二氧化鈦納米材料的生態(tài)環(huán)境效應  9.1 二氧化鈦納米材料對水體的影響    9.1.1 對游泳生物的影響    9.1.2 對浮游動物的影響    9.1.3 對浮游植物的影響  9.2 二氧化鈦納米材料對陸生植物的影響  9.3 二氧化鈦納米材料對土壤的影響  9.4 二氧化鈦納米材料在環(huán)境中的遷移、轉化和蓄積  參考文獻第10章  二氧化鈦納米材料的修飾與安全應用  10.1 二氧化鈦納米材料的表面修飾    10.1.1 二氧化鈦的表面性質    10.1.2 提高親水性和生物相容性    10.1.3 改善脂溶性    10.1.4 提高光催化活性    10.1.5 其他表面改性  10.2 體相修飾    10.2.1 金屬摻雜    10.2.2 金屬摻雜方法    10.2.3 非金屬摻雜  10.3 二氧化鈦納米材料修飾與應用    10.3.1 提高生物相容性    10.3.2 增強細胞黏附性    10.3.3 抗腫瘤治療    10.3.4 生物電極    10.3.5 殺菌    10.3.6 污染治理    參考文獻彩色插圖

章節(jié)摘錄

插圖：應用于氣體凈化的過濾、吸附、負氧離子以及臭氧技術等均難以持續(xù)有效地實現(xiàn)凈化；而TiO2納米材料光催化氧化技術不僅可用于大氣環(huán)境中污染氣體的降解，如工業(yè)廢氣和汽車尾氣，還可用于室內居住環(huán)境的改善，這對生活質量的提高有著積極的作用。室內有害氣體包括裝飾材料等釋放出的甲醛及生活環(huán)境中產(chǎn)生的甲硫醇、硫化氫、氨等，這些氣體在極低濃度時就使人產(chǎn)生不適感。研究表明，在居室、辦公室窗玻璃、陶瓷等建材表面涂敷Ti02納米材料光催化薄膜或在房間內安放Tio2納米材料光催化設備均可有效地降解這些有機物，凈化室內空氣。以下即以甲醛污染的控制為例進行說明。1.甲醛污染的控制甲醛又稱蟻醛，是最簡單的醛類物質，具有防腐、消毒的功能，主要用于塑料、橡膠、樹脂、膠合板以及黏合劑的生產(chǎn)，廣泛應用于皮革、紡織、制藥等行業(yè)。然而甲醛也是一種毒性物質，在我國有毒化學品優(yōu)先控制名單上高居第二位，并且已被世界衛(wèi)生組織確定為致癌和致畸物質。長期接觸低劑量甲醛可引起慢性呼吸道疾病、月經(jīng)紊亂、妊娠綜合征，引起新生兒體質降低、染色體異常，導致鼻腔、口腔、咽喉、皮膚和消化道發(fā)生癌變。因此在室內環(huán)境主要污染物中，甲醛是被重點監(jiān)測和控制的物質。家庭裝修時使用的膠合板、細木工板、中密度纖維板和刨花板等人造板材是室內甲醛的主要來源。這類板材的生產(chǎn)多使用脲醛樹脂作為膠黏劑，脲醛樹脂由甲醛和尿素在一定條件下反應制得，不合格板材中殘留的甲醛逐漸釋放到周圍環(huán)境就導致室內甲醛濃度超標。其次，多種裝飾材料都含有甲醛成分，例如墻布、墻紙、化纖地毯、泡沫塑料、油漆和涂料等。另外，香煙等一些有機材料的燃燒也會產(chǎn)生甲醛。傳統(tǒng)用于室內甲醛凈化的方法主要有吸附技術、光催化技術、低溫等離子體技術以及催化氧化技術。吸附技術主要采用活性炭和分子篩等高比表面材料來吸附甲醛，但由于吸附能力有限，需定期再生或更換，易產(chǎn)生二次污染。

編輯推薦

《二氧化鈦納米材料生物效應與安全應用》編輯推薦：叢書組織全國10余個研究機構的一線科研人員，近百人參與搜集、整理、編寫工作。希望能夠為讀者提供最為廣泛的納米材料的毒理學知識和安全性應用的基礎知識：包含在我國大規(guī)模生產(chǎn)和使用的納米材料，生產(chǎn)規(guī)模還不大但是安全性爭議很大的納米材料，自然界沒有而是完全人造的納米材料等。并希望能夠為保障國家納米科技整體發(fā)展所需的安全性和國際競爭力做出貢獻。

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