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英 国 皇 家 学 会 英 国 皇 家 工 程 院
纳 米 科 学 与 技 术 : 机 遇 和 不 确 定 性
英 文 原 文 由 英 国 皇 家 学 会 和 英 国 皇 家 工 程 院 出 版
ISBN 0 85403 604 0 The Royal Society 2004
中 文 译 稿 由 中 国 科 学 院 翻 译 和 编 审 2006

序
纳 米 科 学 与 技 术 是 新 兴 的 前 沿 与 交 叉 领 域 , 得 到 世 界 各 国 广 泛 的 重 视 。 许 多 国 家 和 地
区 的 政 府 和 企 业 不 断 增 加 对 该 领 域 的 投 资 强 度 。 与 此 同 时 , 人 们 也 认 识 到 纳 米 科 学 与 纳 米
技 术 的 发 展 将 会 对 人 类 的 健 康 、 安 全 、 环 境 、 及 现 有 的 社 会 伦 理 和 道 德 规 范 等 提 出 新 的 挑
战 。 为 此 , 英 国 政 府 在 2003 年 6 月 委 托 英 国 皇 家 学 会 和 英 国 皇 家 工 程 院 对 纳 米 科 学 和 纳
米 技 术 的 现 状 及 未 来 的 发 展 与 影 响 进 行 了 研 究 , 研 究 结 果 -《 纳 米 科 学 与 技 术 : 机 遇 和 不
确 定 性 》 一 书 于 2004 年 7 月 发 表 。 该 书 内 容 包 括 : 界 定 纳 米 科 学 和 纳 米 技 术 的 含 义 ; 总
结 有 关 纳 米 技 术 的 科 学 知 识 现 状 ; 确 认 已 经 在 使 用 的 以 及 将 要 使 用 的 纳 米 技 术 ; 对 这 些 技
术 的 应 用 进 行 前 瞻 性 研 究 ; 讨 论 目 前 和 将 来 这 些 技 术 的 应 用 可 能 引 起 的 健 康 、 安 全 、 环 境 、
伦 理 和 社 会 问 题 ; 以 及 需 要 考 虑 的 其 他 一 些 问 题 。
纳 米 科 学 与 技 术 作 为 一 个 新 的 研 究 领 域 , 其 研 究 和 开 发 在 中 国 也 受 到 了 广 泛 重 视 。 随
着 研 究 的 深 入 , 纳 米 科 学 与 技 术 的 正 负 效 应 都 正 在 显 现 。 如 何 发 挥 纳 米 科 学 和 技 术 对 社 会
发 展 的 推 动 作 用 是 国 内 外 共 同 关 注 的 问 题 ,《 纳 米 科 学 与 技 术 : 机 遇 和 不 确 定 性 》 一 书 在
一 定 程 度 上 对 此 做 出 了 回 答 。 考 虑 到 此 书 对 国 内 从 事 纳 米 科 学 研 究 和 政 策 研 究 的 工 作 者 有
较 强 的 借 鉴 作 用 , 中 国 科 学 院 国 际 合 作 局 组 织 翻 译 了 此 书 , 以 期 为 广 大 从 事 和 关 心 纳 米 科
学 与 技 术 的 读 者 提 供 一 本 有 益 的 参 考 书 。 本 书 在 翻 译 过 程 中 得 到 了 国 家 纳 米 科 学 中 心 科 研
人 员 的 大 力 支 持 和 帮 助 , 我 在 此 表 示 感 谢 。
中 国 科 学 院 常 务 副 院 长 、 院 士
国 家 纳 米 科 学 中 心 主 任
二 ○○ 六 年 十 一 月 十 六 日

目
录
内 容
前 言 ……………………………………………………………………………………… i
1 导 论 ……………………………………………………………………………………… 1
1.1 期 望 和 顾 虑 ……………………………………………………………………………… 1
1.2 研 究 内 容 和 条 目 ………………………………………………………………………… 2
1.3 报 告 梗 概 ………………………………………………………………………………… 3
1.4 后 续 步 骤 ……………………………………………………………………………… 3
2 纳 米 科 学 和 纳 米 技 术 的 含 义 …………………………………………………………… 5
3 科 学 与 应 用 ………………………………………………………………………………… 8
3.1 概 述 ……………………………………………………………………………………… 8
3.2 纳 米 材 料 ………………………………………………………………………………… 8
3.2.1 纳 米 材 料 介 绍 ………………………………………………………………… 8
3.2.2 纳 米 材 料 中 的 科 学 …………………………………………………………… 9
3.2.3 应 用 …………………………………………………………………………… 14
3.3 纳 米 计 量 学 ……………………………………………………………………………… 18
3.3.1 纳 米 计 量 学 简 介 ……………………………………………………………… 18
3.3.2 长 度 测 量 ……………………………………………………………………… 19
3.3.3 力 测 量 ………………………………………………………………………… 20
3.3.4 单 分 子 测 量 …………………………………………………………………… 20
3.3.5 应 用 …………………………………………………………………………… 20
3.4 电 子 学 , 光 电 子 学 和 信 息 通 信 科 学 (ICT) ……………………………………………… 23
3.4.1 电 子 学 、 光 电 子 学 和 信 息 通 信 科 学 (ICT) 介 绍 ………………………………… 23
3.4.2 电 子 学 、 光 电 子 学 和 信 息 通 信 科 学 (ICT) 的 发 展 ……………………………… 23
3.4.3 当 前 的 应 用 …………………………………………………………………… 24
3.4.4 未 来 应 用 的 展 望 ……………………………………………………………… 25
3.5 纳 米 生 物 技 术 和 纳 米 医 药 学 …………………………………………………………… 27
3.5.1 纳 米 生 物 技 术 和 纳 米 医 药 学 简 介 ……………………………………………… 27
3.5.2 纳 米 生 物 技 术 和 纳 米 医 药 学 的 发 展 ………………………………………… 27
3.5.3 现 在 和 将 来 的 应 用 …………………………………………………………… 27
4 纳 米 制 造 和 纳 米 技 术 的 工 业 应 用 ……………………………………………………… 32
4.1 概 述 ……………………………………………………………………………………… 32
4.2 表 征 ……………………………………………………………………………………… 32
4.3 加 工 技 术 ………………………………………………………………………………… 32
4.3.1 自 下 而 上 制 造 ………………………………………………………………… 33
4.3.2 自 上 而 下 制 造 ………………………………………………………………… 37
4.3.3 自 上 而 下 与 自 下 而 上 技 术 的 汇 聚 ………………………………………… 38
4.4 未 来 展 望 ………………………………………………………………………………… 39
4.4.1 精 密 工 程 ……………………………………………………………………… 39
4.4.2 化 学 工 业 ……………………………………………………………………… 40
4.4.3 信 息 和 通 讯 技 术 工 业 ………………………………………………………… 41
4.5 资 源 管 理 和 环 境 因 素 ………………………………………………………………… 42
4.6 发 展 障 碍 ……………………………………………………………………………… 43
4.7 小 结 …………………………………………………………………………………… 44

5 可 能 对 健 康 、 环 境 和 安 全 的 不 利 影 响 ………………………………………………… 46
5.1 概 述 …………………………………………………………………………………… 46
5.2 评 估 和 控 制 风 险 ……………………………………………………………………… 47
5.3 人 类 健 康 ……………………………………………………………………………… 48
5.3.1 了 解 纳 米 颗 粒 与 纤 维 的 毒 性 ……………………………………………… 48
5.3.2 工 业 制 造 的 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 …………………………………………… 54
5.4 环 境 和 其 他 物 种 的 效 应 ……………………………………………………………… 59
5.5 爆 炸 的 危 险 …………………………………………………………………………… 62
5.6 知 识 的 鸿 沟 …………………………………………………………………………… 63
5.7 结 论 …………………………………………………………………………………… 66
6 社 会 和 伦 理 问 题 ……………………………………………………………………… 69
6.1 概 述 ( 规 划 社 会 和 伦 理 问 题 ) ……………………………………………………… 69
6.2 经 济 影 响 ……………………………………………………………………………… 70
6.3 “ 纳 米 分 权 ” ………………………………………………………………………… 71
6.4 信 息 收 集 和 公 民 自 由 ………………………………………………………………… 72
6.5 人 类 改 良 ……………………………………………………………………………… 73
6.6 汇 集 …………………………………………………………………………………… 74
6.7 军 事 运 用 ……………………………………………………………………………… 75
6.8 结 论 …………………………………………………………………………………… 77
7 风 险 承 担 者 和 公 众 对 话 ……………………………………………………………… 79
7.1 概 论 …………………………………………………………………………………… 79
7.2 目 前 英 国 公 众 对 纳 米 技 术 的 认 知 情 况 ……………………………………………… 79
7.2.1 定 量 调 查 发 现 ………………………………………………………………… 80
7.2.2 定 性 专 题 讨 论 的 发 现 ………………………………………………………… 81
7.2.3 诠 释 公 众 态 度 ………………………………………………………………… 82
7.3 推 广 更 大 范 围 对 话 的 重 要 性 …………………………………………………………… 83
7.4 纳 米 技 术 作 为 “ 溯 流 ” 问 题 ………………………………………………………… 86
7.5 设 计 关 于 纳 米 技 术 的 对 话 …………………………………………………………… 87
7.5.1 决 策 要 结 合 公 众 价 值 ………………………………………………………… 89
7.5.2 提 高 决 策 质 量 ………………………………………………………………… 89
7.5.3 解 决 冲 突 ……………………………………………………………………… 89
7.5.4 提 高 对 公 共 机 构 的 信 任 ……………………………………………………… 90
7.5.5 告 知 或 教 育 民 众 ……………………………………………………………… 90
7.6 结 论 …………………………………………………………………………………… 90
8 管 理 条 例 ………………………………………………………………………………… 92
8.1 概 述 ……………………………………………………………………………………… 92
8.2 管 理 条 例 的 提 出 ………………………………………………………………………… 92
8.3 案 例 研 究 ………………………………………………………………………………… 93
8.3.1 工 作 场 所 ( 含 研 究 实 验 室 ) ………………………………………………… 93
8.3.2 市 场 化 和 化 学 品 使 用 ………………………………………………………… 95
8.3.3 含 有 自 由 纳 米 颗 粒 , 特 别 是 针 对 皮 肤 保 养 的 消 耗 产 品 …………………… 96
8.3.4 医 药 和 医 疗 器 械 ……………………………………………………………… 99
8.3.5 加 入 固 定 纳 米 颗 粒 的 消 费 品 : 使 用 寿 命 问 题 ……………………………… 99
8.4 知 识 间 隙 ………………………………………………………………………………… 100
8.4.1 危 害 …………………………………………………………………………… 100
8.4.2 暴 露 …………………………………………………………………………… 101
8.4.3 测 量 …………………………………………………………………………… 102
8.5 结 论 ……………………………………………………………………………………… 103
9 结 论 ……………………………………………………………………………………… 106

9.1 纳 米 科 学 与 纳 米 技 术 以 及 它 们 的 工 业 应 用 …………………………………………… 106
9.2 健 康 、 安 全 、 环 境 风 险 及 危 害 ………………………………………………………… 107
9.3 社 会 和 伦 理 问 题 ………………………………………………………………………… 109
9.4 风 险 承 担 者 与 公 众 会 话 ………………………………………………………………… 110
9.5 管 理 规 则 ………………………………………………………………………………… 110
9.6 纳 米 技 术 的 发 展 责 任 …………………………………………………………………… 112
9.7 解 决 将 来 问 题 的 机 制 …………………………………………………………………… 113
10 推 荐 结 论 ……………………………………………………………………………… 114
11 参 考 书 目 ………………………………………………………………………………… 118
附 录
A 工 作 组 , 评 审 组 和 秘 书 处 成 员 …………………………………………………………… 126
B 研 究 的 过 程 ……………………………………………………………………………… 128
C 提 供 证 据 的 人 员 列 表 …………………………………………………………………… 130
D 机 械 自 修 复 的 纳 米 机 器 人 和 “ 灰 雾 ” ………………………………………………… 143
头 字 语 和 缩 写 ……………………………………………………………………………… 145
术 语 的 中 文 规 范 统 一 ……………………………………………………………………… 148

前
言
概 述
纳 米 科 学 与 技 术 在 许 多 研 究 和 应 用 领 域 中 都 被 认 为 有 很 大 的 获 益 潜 力 , 在 许 多 国 家 和
地 区 来 自 政 府 和 企 业 的 投 资 正 在 持 续 增 长 。 与 此 同 时 , 人 们 也 认 识 到 纳 米 技 术 的 应 用 也 将
对 安 全 、 规 则 或 道 德 范 畴 构 成 新 的 挑 战 。 因 此 , 英 国 政 府 在 2003 年 6 月 委 托 英 国 皇 家 学
会 和 英 国 皇 家 工 程 院 对 纳 米 科 学 与 技 术 的 现 状 和 未 来 的 发 展 与 影 响 进 行 一 个 独 立 研 究 。
这 个 委 托 研 究 的 目 的 在 于 : 界 定 纳 米 科 学 和 纳 米 技 术 的 含 义 ; 总 结 有 关 纳 米 技 术 的 科
学 知 识 现 状 ; 确 认 已 经 在 使 用 的 以 及 将 要 使 用 的 纳 米 技 术 ; 进 行 一 个 关 于 这 些 技 术 将 在 怎
样 一 个 时 间 段 里 怎 样 被 应 用 的 前 瞻 性 的 研 究 ; 确 认 目 前 和 将 来 应 用 这 些 技 术 可 能 引 起 的 健
康 、 安 全 、 环 境 、 伦 理 和 社 会 的 隐 含 问 题 和 不 确 定 性 ; 确 定 需 要 考 虑 额 外 规 范 的 领 域 。
为 了 进 行 这 个 研 究 , 两 个 学 术 机 构 建 立 了 一 个 由 来 自 相 关 的 科 学 、 工 程 、 社 会 科 学 、
伦 理 学 领 域 及 两 个 主 要 的 公 众 利 益 组 织 的 专 家 组 成 的 专 家 工 作 组 。 专 家 工 作 组 广 泛 征 集 了
英 国 和 其 它 国 家 的 利 害 相 关 者 的 书 面 和 口 头 证 据 , 并 对 公 开 发 表 的 文 献 和 公 众 态 度 进 行 了
评 价 调 查 。 在 整 个 研 究 过 程 中 , 专 家 工 作 组 的 工 作 尽 可 能 地 做 到 公 开 化 , 并 在 一 个 网 站
(www.nanotec.org.uk) 上 公 布 了 这 些 收 到 的 证 据 。 相 应 的 研 究 报 告 也 通 过 了 皇 家 学 会 和 皇 家
工 程 院 的 评 价 和 认 可 。
纳 米 尺 度 的 含 义
一 个 纳 米 (nm) 是 十 亿 分 之 一 米 。 我 们 可 以 做 一 个 比 较 : 一 根 头 发 的 直 径 大 约 是
80000nm; 一 个 红 血 球 细 胞 约 为 7000nm 而 一 个 水 分 子 的 断 面 尺 寸 约 为 0.3nm。 人 们 之 所
以 对 纳 米 尺 度 ( 我 们 定 义 它 从 100nm 到 原 子 大 小 ( 约 0.2nm)) 感 兴 趣 , 是 因 为 材 料 的 特
性 在 这 个 尺 度 上 与 大 尺 度 时 有 很 大 的 不 同 。 纳 米 科 学 被 界 定 为 研 究 材 料 在 原 子 、 分 子 和 巨
分 子 尺 度 上 的 现 象 和 变 化 ; 纳 米 技 术 则 被 定 义 为 在 纳 米 结 构 的 尺 度 上 进 行 结 构 器 件 和 系 统
的 设 计 、 表 征 及 应 用 。 在 某 种 程 度 上 讲 , 纳 米 科 学 和 纳 米 技 术 并 非 新 的 研 究 。 实 际 上 化 学
家 在 几 十 年 前 就 制 备 出 了 由 次 纳 米 尺 度 大 分 子 组 成 的 聚 合 物 , 并 且 纳 米 技 术 也 已 经 在 过 去
20 年 内 被 用 于 制 造 计 算 机 芯 片 的 微 细 结 构 。 只 是 由 于 近 些 年 能 高 精 度 检 测 原 子 和 分 子 的
工 具 的 出 现 , 使 纳 米 科 学 和 纳 米 技 术 得 到 了 快 速 发 展 和 扩 充 。
纳 米 尺 度 下 的 材 料 特 性 变 化 是 由 于 两 个 原 因 : 第 一 是 因 为 纳 米 材 料 具 有 较 大 的 比 表 面
积 , 能 使 它 的 化 学 反 应 更 容 易 进 行 并 能 影 响 它 的 力 学 和 电 特 性 ; 第 二 是 由 于 量 子 效 应 在 纳
i

米 尺 度 上 开 始 对 物 质 的 性 质 起 支 配 作 用 , 将 影 响 材 料 的 光 、 电 和 磁 性 质 。 已 能 生 产 的 纳 米
尺 度 材 料 可 以 是 一 维 的 ( 如 非 常 薄 的 镀 层 ), 二 维 的 ( 如 碳 纳 米 管 和 纳 米 线 ), 也 可 以 是 三
维 的 ( 如 纳 米 颗 粒 )。
尽 管 我 们 定 义 的 纳 米 研 究 覆 盖 了 许 多 传 统 的 学 科 领 域 , 但 它 仍 存 在 一 个 共 有 的 特 征 ,
那 就 是 小 尺 度 。 因 此 , 用 它 作 为 纳 米 技 术 的 表 述 可 能 更 贴 切 。
纳 米 科 学 和 纳 米 技 术 目 前 和 未 来 的 潜 在 用 途
我 们 目 的 是 提 供 一 个 纳 米 科 学 和 纳 米 技 术 的 目 前 和 未 来 潜 在 的 发 展 概 况 , 同 时 也 考 虑
由 此 产 生 的 健 康 、 安 全 、 社 会 和 伦 理 问 题 , 而 不 是 筛 选 哪 些 纳 米 科 学 和 纳 米 技 术 应 该 优 先
被 资 助 。
1. 纳 米 材 料
纳 米 科 学 和 纳 米 技 术 在 很 大 程 度 上 是 与 新 材 料 的 探 索 有 关 的 。 通 过 “ 自 上 而 下 ” 的 技
术 能 从 一 块 较 大 的 材 料 上 产 生 极 小 的 结 构 , 如 可 在 一 个 微 小 硅 芯 片 表 面 上 利 用 刻 蚀 技 术 来
制 造 电 路 。 也 可 以 通 过 “ 自 下 而 上 ” 的 技 术 组 装 原 子 和 分 子 获 得 希 望 的 纳 米 结 构 。 这 种 技
术 目 前 有 两 种 方 法 : 一 是 自 我 组 装 , 即 利 用 原 子 或 分 子 的 自 然 特 性 自 行 排 列 组 装 , 如 半 导
体 工 业 中 的 晶 体 生 长 就 和 大 分 子 的 化 学 合 成 非 常 类 似 ; 二 是 利 用 工 具 来 移 动 单 个 原 子 或 分
子 从 而 构 成 所 需 的 结 构 。 尽 管 第 二 种 方 法 提 供 了 很 强 的 组 装 控 制 能 力 , 但 尚 不 适 合 工 业 应
用 。 目 前 纳 米 薄 膜 材 料 已 经 在 电 子 学 和 自 清 洁 窗 户 上 得 到 应 用 , 而 纳 米 部 件 的 应 用 大 多 是
固 定 或 埋 置 的 。 小 于 100nm 的 超 精 细 机 械 加 工 能 力 也 正 在 吸 引 着 工 业 界 ( 如 信 息 和 通 讯 技
术 、 自 动 化 和 航 天 工 业 ) 去 考 虑 它 的 应 用 。
准 确 预 测 纳 米 技 术 发 展 的 时 间 表 是 很 难 的 事 。 不 过 我 们 可 以 期 望 在 未 来 的 几 年 中 , 纳
米 材 料 将 能 改 进 诸 如 硅 基 电 子 器 件 、 显 示 器 、 油 漆 、 电 池 、 微 加 工 硅 传 感 器 和 催 化 剂 等 产
品 的 性 能 。 在 更 远 一 点 的 时 间 内 , 我 们 将 能 看 到 纳 米 化 合 物 的 应 用 。 这 些 化 合 物 可 以 是 基
于 单 壁 或 多 壁 的 炭 纳 米 管 的 导 电 线 材 ( 几 个 纳 米 粗 和 几 个 厘 米 长 , 且 具 有 很 高 的 强 度 和 韧
性 )。 眼 下 , 炭 纳 米 管 的 应 用 尚 受 限 于 它 的 尺 寸 均 匀 度 难 以 控 制 和 单 个 纳 米 管 不 易 剥 离 。
我 们 也 希 望 看 到 另 一 些 应 用 , 如 基 于 无 机 纳 米 球 的 润 滑 材 料 , 使 用 纳 米 晶 粒 的 磁 性 材 料 ,
用 于 外 科 修 复 的 纳 米 陶 瓷 , 汽 车 部 件 或 高 温 炉 , 高 效 水 净 化 的 纳 米 膜 等 。
2. 计 量
计 量 作 为 一 种 测 量 科 学 , 支 撑 着 纳 米 科 学 和 所 有 纳 米 技 术 。 这 是 因 为 它 能 提 供 纳 米 尺
度 材 料 的 电 特 征 、 质 量 、 大 小 等 的 表 征 手 段 。 计 量 越 准 确 , 越 有 助 于 纳 米 科 学 和 纳 米 技 术
ii

的 发 展 。 我 们 可 以 建 议 贸 易 和 工 业 部 门 对 这 个 领 域 的 计 量 给 予 发 展 资 助 。
3. 电 子 学 、 光 电 子 学 、 信 息 和 通 讯 技 术
纳 米 科 学 和 纳 米 技 术 在 信 息 技 术 的 发 展 中 对 于 半 导 体 起 到 了 国 际 技 术 路 标 的 作 用 。 这
个 路 标 预 测 了 全 球 半 导 体 工 业 直 到 2018 年 的 主 要 发 展 趋 势 , 它 给 出 的 2004 年 的 记 忆 单 元
的 特 征 尺 度 是 90 纳 米 , 但 到 2016 年 将 达 到 22 纳 米 水 平 。 目 前 的 计 算 机 芯 片 的 小 型 化 已
经 涉 及 了 纳 米 的 科 学 和 技 术 , 这 种 涉 入 将 在 短 期 和 中 期 内 持 续 存 在 。 利 用 光 和 磁 的 性 质 来
储 存 数 据 也 将 依 赖 于 纳 米 科 学 和 纳 米 技 术 。
取 代 硅 基 电 子 学 的 方 法 也 已 通 过 纳 米 科 学 和 纳 米 技 术 进 行 了 探 索 , 如 柔 性 塑 料 电 子 显
示 屏 就 是 一 个 很 好 的 例 子 。 另 外 一 些 目 前 正 在 发 展 的 纳 米 电 子 装 置 是 检 测 环 境 中 化 学 物 质
的 传 感 器 、 检 测 食 物 的 可 食 性 的 传 感 器 、 监 测 建 筑 物 内 部 强 度 状 态 的 传 感 器 等 。 此 外 , 那
些 可 应 用 于 太 阳 能 电 池 或 荧 光 生 物 标 记 , 并 具 有 调 谐 或 发 射 或 吸 收 特 定 波 长 光 波 功 能 的 半
导 体 纳 米 粒 子 以 及 纳 米 量 子 点 也 受 到 人 们 的 强 烈 关 注 。
4. 生 物 纳 米 技 术 与 纳 米 医 药
纳 米 技 术 在 医 药 上 的 应 用 是 非 常 乐 观 的 , 包 括 疾 病 诊 断 、 药 物 靶 向 传 输 、 分 子 成 像 等
都 在 大 力 研 究 中 , 一 些 产 品 已 经 进 入 临 床 实 验 阶 段 。 在 美 国 , 伤 口 包 扎 已 经 开 始 使 用 具 有
抗 菌 功 能 的 纳 米 晶 化 银 。 纳 米 科 学 和 纳 米 技 术 的 应 用 正 在 使 一 些 材 料 和 器 件 ( 如 细 胞 组 织
工 程 支 架 的 搭 建 , 能 监 视 人 体 健 康 的 传 感 器 ) 通 向 生 产 之 路 。 然 而 , 也 有 许 多 研 究 在 未 来
10 年 甚 至 更 长 的 时 间 内 仍 然 无 法 得 到 实 际 的 应 用 。( 一 部 分 由 于 严 格 的 实 验 和 体 制 的 确 认 )
在 一 个 更 长 时 间 段 内 , 用 于 信 息 检 测 和 处 理 的 纳 米 电 子 系 统 的 开 发 将 导 致 人 造 视 网 膜 和 耳
蜗 的 发 展 。 生 物 纳 米 技 术 的 发 展 将 建 立 在 分 子 水 平 上 对 自 然 生 物 结 构 的 理 解 , 如 蛋 白 质 的
构 造 。
5. 工 业 应 用
到 目 前 为 止 , 达 到 工 业 应 用 的 纳 米 技 术 的 数 量 相 对 较 少 , 应 该 说 他 们 只 代 表 了 一 种 进
化 而 不 是 一 个 革 命 化 的 进 展 。 目 前 的 应 用 主 要 集 中 在 材 料 特 性 表 征 、 化 学 制 备 、 精 密 制 造
和 计 算 机 领 域 。 例 如 , 采 用 纳 米 技 术 的 材 料 正 被 用 来 开 发 移 动 电 话 用 的 电 池 、 电 子 包 和 显
示 器 , 使 用 的 纳 米 材 料 占 产 品 重 量 的 比 例 尽 管 很 低 , 但 却 能 提 供 大 部 分 的 功 能 。 在 一 个 更
长 的 时 期 内 , 纳 米 技 术 除 了 需 要 面 对 从 实 验 室 到 工 业 化 生 产 的 挑 战 外 , 也 将 会 影 响 更 多 的
领 域 。 在 这 样 一 个 时 期 内 , 也 希 望 纳 米 技 术 能 提 供 低 成 本 、 低 能 耗 的 多 功 能 材 料 的 制 造 方
法 。 材 料 或 产 品 的 寿 命 对 环 境 影 响 的 评 价 也 是 十 分 重 要 的 , 我 们 建 议 在 纳 米 技 术 应 用 中 应
iii

进 行 这 个 评 估 。
尽 管 人 们 已 经 表 达 了 开 发 能 够 生 产 原 子 组 装 用 并 能 够 无 限 制 复 制 自 身 的 机 器 的 愿 望 ,
但 对 此 我 们 的 结 论 是 没 有 任 何 证 据 显 示 在 可 预 见 的 将 来 能 开 发 自 复 制 的 纳 米 机 器 。
对 健 康 与 环 境 的 影 响
一 些 关 于 纳 米 粒 子 在 某 些 应 用 中 可 能 对 健 康 和 环 境 有 负 面 的 影 响 的 顾 虑 已 经 出 现 ( 如
很 高 的 表 面 反 应 性 和 对 细 胞 的 易 穿 透 性 )。 许 多 的 纳 米 技 术 并 不 会 对 健 康 带 来 新 的 风 险 ,
并 且 绝 大 多 数 的 担 心 是 对 可 自 由 移 动 的 纳 米 粒 子 和 纳 米 管 的 。 仅 有 很 少 几 种 化 合 物 是 以 纳
米 颗 粒 形 态 进 行 工 业 生 产 的 , 并 且 使 用 自 由 漂 移 的 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 仅 限 于 研 究 实 验 室 的
某 些 工 作 场 所 , 以 及 一 些 化 妆 品 中 。 我 们 期 望 从 产 品 中 释 放 的 已 被 固 化 的 纳 米 颗 粒 和 纳 米
管 ( 如 化 合 物 ) 的 可 能 性 尽 可 能 的 低 , 但 我 们 仍 然 劝 告 制 造 者 应 该 评 价 产 品 在 其 寿 命 期 内
潜 在 的 释 放 风 险 。
公 开 发 表 的 关 于 悬 浮 纳 米 颗 粒 的 吸 入 效 应 研 究 还 很 少 , 我 们 不 得 不 主 要 依 靠 分 析 一 些
相 关 的 研 究 结 果 , 诸 如 , 出 现 在 大 都 市 空 气 中 的 污 染 纳 米 颗 粒 及 在 某 些 工 作 场 所 的 矿 物 尘
埃 的 吸 入 效 应 。 分 析 结 果 显 示 同 等 单 位 质 量 的 人 造 化 合 物 纳 米 颗 粒 较 常 规 尺 寸 颗 粒 的 毒 性
更 强 。 这 个 毒 性 是 与 纳 米 粒 子 的 比 表 面 积 大 和 表 面 的 化 学 活 性 有 关 的 , 也 可 能 是 由 于 纳 米
颗 粒 更 容 易 洞 穿 细 胞 的 缘 故 。
足 够 剂 量 的 新 的 人 造 纳 米 颗 粒 与 在 被 污 染 的 空 气 中 的 纳 米 颗 粒 进 入 人 体 后 引 发 相 同
的 健 康 损 害 是 不 大 可 能 。 然 而 , 一 些 也 许 会 在 某 些 特 定 的 场 所 吸 入 大 量 的 纳 米 颗 粒 的 人 应
该 采 取 措 施 , 尽 量 减 少 吸 入 。 低 表 面 活 性 和 低 溶 解 性 的 纳 米 粒 子 已 经 进 行 过 毒 理 学 研 究 ,
但 一 些 更 新 的 、 不 具 有 上 述 特 性 的 纳 米 颗 粒 应 该 特 别 谨 慎 处 理 。 碳 纳 米 管 和 其 它 纳 米 管 的
物 理 特 征 意 味 着 它 们 可 能 有 类 似 石 棉 纤 维 的 毒 性 , 尽 管 石 棉 纤 维 的 早 期 研 究 显 示 单 独 的 纤
维 很 难 逃 逸 到 空 气 中 。 除 非 进 行 了 深 入 的 毒 理 研 究 , 应 该 禁 止 人 们 暴 露 在 漂 浮 纳 米 管 的 实
验 室 或 工 作 场 所 里 。
如 果 纳 米 颗 粒 穿 透 皮 肤 , 他 们 可 能 促 进 导 致 细 胞 损 伤 的 反 应 分 子 的 产 生 。 某 些 证 据 已
经 显 示 二 氧 化 钛 纳 米 粒 子 并 不 穿 透 皮 肤 , 但 不 清 楚 此 结 论 是 否 对 那 些 皮 肤 已 被 太 阳 或 普 通
疾 病 如 湿 疹 损 坏 的 个 体 依 然 成 立 。 目 前 尚 无 充 分 的 证 据 表 明 用 于 化 妆 品 的 其 它 的 纳 米 粒 子
是 否 能 穿 透 皮 肤 。 实 际 上 这 些 原 料 的 安 全 性 已 被 工 业 界 所 研 究 , 但 并 没 公 开 在 科 学 文 献 中 。
所 以 , 我 们 建 议 安 全 委 员 会 应 考 虑 要 求 公 开 这 些 原 料 的 毒 理 信 息 和 获 得 这 些 信 息 的 方 法 。
能 穿 透 人 体 防 御 的 纳 米 粒 子 的 重 要 信 息 可 以 从 开 发 使 用 这 些 纳 米 粒 子 靶 向 药 物 的 研
究 者 处 获 得 。 我 们 呼 吁 从 事 这 些 研 究 的 科 学 家 能 和 其 它 纳 米 粒 子 和 纳 米 管 的 毒 性 调 查 进 行
iv

合 作 。 此 外 , 这 些 新 异 的 药 物 传 递 方 法 的 安 全 测 试 必 须 考 虑 使 用 的 纳 米 粒 子 的 毒 性 和 他 们
对 远 离 药 物 靶 的 细 胞 和 器 官 的 影 响 。
目 前 , 纳 米 粒 子 对 其 它 的 非 人 物 种 的 影 响 的 信 息 ( 如 他 们 在 水 中 和 土 壤 中 的 特 性 及 它
们 在 是 食 物 链 中 的 积 累 能 力 等 ) 可 得 到 的 不 多 。 相 对 于 这 种 信 息 的 获 得 , 我 们 更 热 心 的 是
尽 可 能 的 避 免 纳 米 粒 子 和 纳 米 管 对 环 境 的 排 放 。 我 们 提 出 工 厂 和 研 究 实 验 室 在 处 理 人 造 纳
米 粒 子 ( 管 ) 时 把 它 们 看 作 危 险 物 并 尽 可 能 的 减 少 他 们 在 废 水 及 环 境 中 的 排 放 量 。
已 有 某 些 证 据 显 示 易 燃 纳 米 颗 粒 可 能 增 加 引 起 爆 炸 的 风 险 , 这 主 要 是 因 为 他 们 的 比 表
面 积 大 , 能 增 强 反 应 。 在 这 个 风 险 被 评 估 之 前 , 应 采 取 措 施 避 免 大 量 的 易 燃 纳 米 颗 粒 漂 浮
在 空 气 中 。
研 究 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 的 暴 露 途 径 和 风 险 , 能 减 少 许 多 对 健 康 、 安 全 、 和 环 境 的 潜 在
影 响 的 不 确 定 性 , 这 个 研 究 必 须 和 纳 米 材 料 的 发 展 保 持 同 步 。 我 们 建 议 英 国 研 究 评 议 会 成
立 一 个 多 学 科 的 中 心 , 从 事 人 造 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 的 毒 理 性 、 流 行 性 、 持 续 性 和 生 物 积 累
性 研 究 , 以 及 研 究 纳 米 颗 粒 的 暴 露 途 径 和 防 护 措 施 。 这 个 中 心 应 和 英 国 、 欧 洲 及 其 它 国 家
的 研 究 者 保 持 密 切 联 系 。 我 们 估 计 这 样 一 个 中 心 的 10 年 研 究 计 划 大 约 需 要 资 助 5 到 6 百
万 英 镑 , 这 个 资 助 应 主 要 由 政 府 承 担 , 部 分 由 这 个 中 心 通 过 参 与 欧 洲 和 国 际 的 研 究 项 目 进
行 筹 措 。
社 会 和 伦 理 影 响
很 难 预 测 纳 米 科 学 和 纳 米 技 术 未 来 的 方 向 和 时 间 表 , 甚 至 很 难 预 测 是 什 么 将 会 触 发 社
会 和 伦 理 的 关 注 。 在 中 短 期 内 , 这 些 关 注 被 期 望 集 中 在 两 个 基 本 问 题 上 , 一 个 是 谁 来 控 制
纳 米 技 术 的 使 用 , 另 一 个 是 谁 将 从 纳 米 技 术 的 应 用 中 获 利 。 这 些 问 题 并 非 针 对 纳 米 技 术 ,
其 它 技 术 的 过 去 的 经 验 也 显 示 需 要 说 明 这 些 问 题 。
纳 米 技 术 的 机 遇 和 挑 战 常 常 来 自 一 个 事 物 的 两 个 方 面 。 例 如 , 纳 米 技 术 和 有 很 强 的 计
算 能 力 的 遥 感 装 置 的 集 合 , 可 以 让 人 类 获 得 更 多 的 个 人 安 全 和 健 康 关 护 , 也 可 以 让 商 家 方
便 地 追 踪 和 监 视 他 们 的 产 品 , 但 同 样 的 技 术 也 能 被 用 于 监 视 隐 私 和 搜 集 情 报 。 随 着 新 的 监
视 和 传 感 系 统 的 发 展 , 是 否 目 前 的 法 规 框 架 和 研 究 机 构 应 对 社 会 团 体 和 个 人 提 供 相 应 的 保
护 , 可 能 需 要 进 一 步 的 研 究 和 专 业 法 律 分 析 。 在 军 事 领 域 也 是 一 样 , 纳 米 技 术 可 用 于 防 卫 ,
但 也 可 以 用 于 犯 罪 , 因 此 将 会 引 起 一 系 列 的 社 会 和 伦 理 问 题 。 未 来 纳 米 技 术 和 生 物 、 信 息
及 认 知 科 学 的 结 合 可 能 会 用 于 增 强 人 类 的 基 本 能 力 , 同 时 我 们 也 必 须 思 考 由 此 而 来 的 深 层
次 的 伦 理 问 题 。
伴 随 纳 米 技 术 发 展 而 可 能 产 生 的 一 些 社 会 、 伦 理 问 题 应 该 被 进 一 步 研 究 , 我 们 建 议 研
v

究 评 议 会 和 人 文 艺 术 监 事 会 考 虑 资 助 相 应 的 研 究 项 目 。 同 时 我 们 也 建 议 应 对 在 这 些 领 域 工
作 的 全 体 研 究 学 生 和 研 究 职 员 进 行 有 关 的 社 会 和 伦 理 隐 含 问 题 的 正 规 的 培 训 。
利 害 相 关 者 以 及 公 众 对 话
公 众 态 度 在 技 术 进 步 中 能 起 一 个 关 键 的 作 用 。 英 国 民 众 对 纳 米 技 术 的 认 知 是 很 低 的 。
一 个 公 众 调 查 表 明 : 被 调 查 者 中 只 有 29% 的 人 说 他 们 听 说 过 纳 米 技 术 ,19% 的 人 能 给 出 纳
米 ( 技 术 ) 的 定 义 , 在 能 提 供 定 义 的 人 中 有 68% 的 认 为 纳 米 技 术 能 改 进 未 来 的 生 活 , 而 仅
4% 的 受 访 者 感 到 纳 米 技 术 将 会 使 生 活 更 糟 。
在 两 个 一 般 公 众 小 组 的 座 谈 会 上 , 与 会 者 认 为 纳 米 技 术 的 正 面 因 素 和 潜 在 的 负 面 因 素
是 相 当 的 。 认 为 有 正 面 因 素 的 人 大 多 从 一 些 领 域 的 进 步 考 虑 , 如 在 医 药 、 新 材 料 的 潜 在 应
用 ; 也 有 些 人 认 为 纳 米 技 术 是 一 种 很 自 然 的 进 步 并 且 将 能 改 变 我 们 的 生 活 质 量 。 持 负 面 意
见 的 人 主 要 考 虑 的 是 纳 米 技 术 的 发 展 所 带 来 的 财 政 问 题 、 对 社 会 的 影 响 、 新 应 用 的 可 靠 性 、
长 期 的 副 作 用 以 及 纳 米 技 术 是 否 可 控 制 等 因 素 。 纳 米 技 术 的 管 理 也 被 提 到 了 很 高 的 地 位 。
那 些 可 信 任 的 、 能 保 证 纳 米 技 术 在 正 确 的 轨 道 上 发 展 的 研 究 机 构 是 否 应 是 一 种 社 会 利 益 的
保 障 机 构 。 关 于 这 一 点 也 和 基 因 改 良 组 织 或 核 动 力 管 理 机 构 作 了 比 较 。
我 们 建 议 研 究 理 事 会 构 建 一 个 初 步 的 公 众 态 度 研 究 基 金 , 对 公 众 小 组 成 员 和 社 会 利 益
部 门 的 成 员 们 从 事 此 项 研 究 提 供 一 个 持 续 稳 定 的 资 助 。
我 们 相 信 一 个 建 设 性 的 、 正 面 的 关 于 纳 米 技 术 的 未 来 的 辩 论 应 该 进 行 , 特 别 是 在 能 报
告 纳 米 技 术 发 展 的 关 键 决 定 阶 段 和 纳 米 技 术 的 正 确 的 定 位 之 前 。 我 们 建 议 政 府 开 始 资 助 与
纳 米 技 术 发 展 相 关 的 对 话 。 对 话 的 准 确 方 法 和 承 办 者 的 选 择 应 和 围 绕 的 对 话 目 的 相 一 致 。
我 们 的 公 众 态 度 工 作 组 建 议 管 理 规 范 应 作 为 初 期 的 对 话 的 一 个 题 目 , 并 且 应 由 研 究 评 议 会
正 在 资 助 的 超 前 的 纳 米 技 术 政 策 研 究 给 出 。
管 理 规 则
在 各 种 利 害 关 系 者 的 讨 论 中 , 提 出 的 一 个 关 键 问 题 是 社 会 怎 样 才 能 最 大 限 度 地 获 得 我
们 需 要 的 纳 米 技 术 , 并 控 制 不 需 要 的 结 果 。 换 句 话 说 , 就 是 纳 米 技 术 应 该 怎 样 被 管 理 规 范 。
目 前 欧 盟 和 英 国 的 管 理 规 则 应 对 现 在 的 纳 米 技 术 发 展 阶 段 有 足 够 的 广 泛 性 和 灵 活 性 。 不
过 , 一 些 规 则 需 要 在 一 个 预 防 的 基 础 上 进 行 修 正 , 以 便 反 映 目 前 尚 不 能 被 预 测 毒 性 的 、 含
有 可 自 由 移 动 的 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 的 化 合 物 。 在 一 些 情 况 下 , 它 们 要 比 在 更 大 的 颗 粒 形 态
下 具 有 更 强 的 毒 性 。 我 们 关 注 了 一 些 正 在 暴 露 或 将 要 暴 露 在 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 的 情 况 的 管
理 规 则 。
vi

目 前 , 吸 入 人 造 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 的 主 要 来 源 是 在 实 验 室 和 一 些 其 它 的 工 作 场 所 。 我
们 建 议 健 康 和 安 全 执 行 部 门 应 对 存 在 的 规 则 进 行 调 查 , 对 那 些 暴 露 在 纳 米 颗 粒 下 的 和 与 事
故 相 关 的 工 作 场 所 做 出 评 估 并 加 以 控 制 。 同 时 , 他 们 也 应 该 考 虑 在 生 产 纳 米 化 合 物 时 规 定
更 高 的 职 业 防 护 水 平 。
按 照 英 国 现 行 的 化 学 品 规 定 ( 新 物 质 的 通 告 ) 和 欧 盟 的 标 准 ( 化 学 品 的 注 册 、 评 价 和
认 证 ), 已 存 在 的 物 质 ( 尽 管 是 纳 米 颗 粒 形 态 ) 的 生 产 是 无 须 进 行 测 试 的 。 我 们 建 议 以 纳
米 颗 粒 或 纳 米 管 形 态 生 产 的 化 学 品 应 在 这 些 规 则 框 架 下 被 作 为 新 的 化 学 品 进 行 检 测 。 与 这
些 纳 米 物 质 相 关 的 测 试 年 生 产 阈 值 和 测 试 方 法 都 应 该 被 评 估 以 便 获 得 更 多 的 毒 理 证 据 。
在 欧 盟 的 化 装 品 规 定 中 , 如 果 生 产 商 提 供 这 些 成 分 不 在 限 制 或 禁 止 使 用 的 化 学 品 之
列 , 应 保 证 他 们 的 最 终 产 品 是 安 全 的 。 所 用 成 分 ( 包 括 以 纳 米 颗 粒 形 态 出 现 的 ) 可 以 用 于
大 部 分 目 的 , 而 无 须 事 先 获 得 同 意 。 针 对 纳 米 颗 粒 能 穿 透 皮 肤 的 毒 性 的 顾 虑 , 我 们 建 议 纳
米 颗 粒 作 为 产 品 应 获 得 相 关 的 欧 洲 科 学 安 全 顾 问 委 员 会 的 同 意 。 一 个 赞 赏 性 意 见 已 对 氧 化
钛 纳 米 颗 粒 ( 因 为 防 紫 外 线 的 化 学 品 在 使 用 前 必 须 得 到 顾 问 委 员 会 的 鉴 定 ) 做 出 , 但 仍 没
有 提 供 足 够 的 信 息 可 对 氧 化 锌 做 一 个 鉴 定 。 与 此 同 时 , 我 们 也 劝 告 制 造 商 详 细 地 公 布 他 们
所 使 用 的 评 价 包 含 纳 米 颗 粒 的 产 品 安 全 的 方 法 , 并 应 显 示 他 们 已 考 虑 了 纳 米 颗 粒 可 能 与 更
大 的 颗 粒 的 不 同 。 我 们 并 不 指 望 这 为 许 多 的 制 造 商 接 受 , 因 为 我 们 知 道 氧 化 锌 是 不 能 在 欧
洲 的 化 妆 品 中 大 量 使 用 的 。 基 于 我 们 对 使 用 纳 米 颗 粒 生 产 的 化 学 品 应 被 作 为 新 的 化 学 品 的
建 议 , 我 们 相 信 消 费 产 品 的 成 分 列 表 应 该 明 确 表 述 纳 米 颗 粒 被 添 加 的 事 实 。 在 未 来 , 更 多
的 产 品 中 会 添 加 纳 米 颗 粒 , 我 们 建 议 欧 洲 委 员 会 通 过 英 国 的 支 持 对 现 存 的 规 则 构 架 进 行 评
估 , 讨 论 纳 米 颗 粒 进 入 任 何 消 费 产 品 的 相 应 规 则 。
尽 管 我 们 认 为 已 固 化 的 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 不 可 能 从 大 部 分 束 缚 材 料 中 释 放 出 来 , 但 释
放 的 最 大 风 险 是 在 遗 弃 , 破 坏 和 再 利 用 时 出 现 。 因 此 , 我 们 建 议 产 品 制 造 商 应 阔 充 他 们 的
职 责 , 公 布 在 这 些 材 料 的 寿 命 期 内 将 如 何 做 到 最 小 限 度 的 暴 露 给 人 体 和 环 境 的 规 定 。
我 们 对 规 则 的 评 论 并 非 很 全 面 , 所 以 提 请 有 关 的 规 则 机 构 考 虑 现 存 的 规 则 是 否 能 保 护
人 类 和 环 境 免 受 纳 米 负 面 效 应 的 危 害 , 并 应 公 开 他 们 的 评 价 和 给 出 规 定 中 未 能 含 盖 的 内
容 。 纳 米 技 术 的 进 一 步 应 用 也 将 可 能 对 其 它 领 域 的 规 则 产 生 影 响 , 比 如 , 传 感 器 技 术 的 发
展 可 能 会 影 响 与 个 人 隐 私 有 关 的 立 法 。 所 以 , 规 则 中 体 现 米 技 术 未 来 的 应 用 中 的 规 定 是 很
重 要 的 , 这 些 规 则 应 能 保 证 纳 米 技 术 发 展 的 任 何 一 个 阶 段 的 规 定 中 的 空 白 之 处 都 被 认 识 。
总 之 , 给 出 合 适 的 规 则 并 按 照 我 们 表 明 的 方 向 去 研 究 , 我 们 将 不 会 延 期 偿 付 人 造 纳 米
颗 粒 的 实 验 室 和 商 业 生 产 所 造 成 的 欠 债 。
vii

确 保 新 技 术 和 萌 芽 技 术 负 责 任 的 发 展
纳 米 科 学 和 纳 米 技 术 的 快 速 发 展 及 国 际 竞 争 的 压 力 将 为 其 负 责 任 的 发 展 提 供 保 证 。 英
国 政 府 的 科 学 总 顾 问 应 委 托 一 个 独 立 组 在 一 个 两 年 期 以 及 另 外 一 个 五 年 期 内 去 评 估 采 取
什 么 样 的 措 施 , 纳 米 科 学 和 纳 米 技 术 在 这 个 过 渡 时 期 将 怎 样 发 展 , 以 及 评 价 这 些 发 展 对 社
会 、 伦 理 、 健 康 、 环 境 、 安 全 和 牵 涉 的 规 则 的 影 响 。 这 个 组 还 应 包 括 有 关 的 利 害 关 系 者 组
和 咨 询 组 的 代 表 。
更 一 般 的 讲 , 这 个 研 究 再 次 突 出 尽 可 能 早 的 了 解 会 对 社 会 产 生 很 强 的 影 响 的 新 科 学 和
新 技 术 的 意 义 。 因 此 , 科 学 总 顾 问 应 建 立 一 个 组 , 把 广 泛 的 利 害 关 系 者 的 代 表 聚 集 在 一 起 ,
满 足 对 新 技 术 和 萌 芽 技 术 的 两 年 一 次 的 评 估 , 确 认 在 最 早 的 可 能 阶 段 应 引 起 政 府 注 意 的 领
域 , 并 给 出 这 些 将 怎 样 被 引 述 的 意 见 。 这 个 组 的 工 作 应 是 公 开 的 , 应 鼓 励 所 有 的 利 害 关 系
者 从 事 萌 芽 事 件 的 研 究 。 我 们 也 希 望 这 个 组 能 起 一 个 跨 政 府 的 团 体 作 用 而 不 仅 仅 做 重 复 的
工 作 。
我 们 期 望 着 来 自 政 府 和 其 它 团 体 对 这 个 报 告 的 响 应 。 这 个 研 究 已 经 在 一 个 很 大 范 围
( 英 国 和 外 国 ) 内 , 引 起 的 利 害 关 系 者 的 兴 趣 。 就 我 们 所 知 , 我 们 的 研 究 是 此 类 研 究 中 第
一 个 , 同 时 也 期 望 这 个 研 究 的 发 现 能 对 全 球 的 纳 米 科 学 和 纳 米 技 术 健 康 发 展 做 出 贡 献 。
viii

第 一 章 导
论
1.1 期 望 和 顾 虑
纳 米 科 学 和 纳 米 技 术 在 许 多 领 域 有 着 巨 大 的 获 益 潜 力 , 这 些 领 域 包 括 药 物 开 发 、 水 净
化 、 信 息 与 通 讯 技 术 以 及 更 强 更 轻 的 材 料 等 。 在 很 多 国 家 和 地 区 , 来 自 政 府 和 民 间 的 对 上
述 领 域 的 投 资 正 在 快 速 的 增 长 ; 估 计 全 球 在 纳 米 技 术 上 的 总 投 资 在 50 亿 英 镑 左 右 , 其 中
约 20 亿 英 镑 来 自 民 间 资 本 ( 欧 委 会 2004a, 参 见 表 1.1)。 发 表 的 专 利 从 1995 年 的 531 项
到 2001 年 的 1976 项 , 增 长 了 4 倍 (3i2002)。 现 在 给 出 全 球 市 场 的 可 靠 数 字 还 为 时 尚 早 ,
但 一 个 被 人 们 接 受 的 估 计 值 表 明 在 2011-2015 年 之 前 , 与 纳 米 技 术 相 关 的 年 产 值 ( 包 括 信
息 和 通 讯 技 术 ) 约 为 一 万 亿 美 元 (NSF2001)。 尽 管 很 多 人 都 相 信 纳 米 技 术 将 对 广 泛 的 领
域 产 生 影 响 , 但 一 个 世 界 性 的 纳 米 技 术 的 专 家 调 查 显 示 过 分 的 夸 大 可 能 会 对 纳 米 技 术 的 发
展 不 利 (3i2002)。
与 工 业 界 对 纳 米 技 术 增 加 的 兴 趣 相 反 , 一 些 非 政 府 组 织 和 纳 米 技 术 专 家 都 已 经 对 纳 米
技 术 目 前 和 未 来 的 潜 在 发 展 表 示 了 顾 虑 。 这 些 顾 虑 包 括 新 的 纳 米 材 料 对 人 类 健 康 影 响 的 不
确 定 性 。 由 纳 米 技 术 和 其 它 技 术 如 生 物 技 术 、 信 息 技 术 和 人 造 智 能 等 技 术 的 结 合 在 一 个 更
长 的 时 期 内 可 能 引 起 的 问 题 , 以 及 对 未 来 的 自 复 制 纳 米 机 器 人 可 能 毁 灭 世 界 的 忧 虑 。 另 外
的 一 些 问 题 也 被 提 出 , 如 现 行 的 法 规 架 构 是 否 仍 适 合 这 些 新 发 展 , 以 及 新 的 应 用 是 否 有 益
于 发 展 中 国 家 等 。
媒 体 已 经 报 道 了 这 些 关 于 纳 米 科 学 与 纳 米 技 术 的 希 望 和 顾 虑 。
2003 年 1 月 , 法 规 完 善 专 案 组 (Better Regulation Task Force) 在 他 们 公 布 了 的
2003 年 研 究 报 告 “ 科 学 研 究 : 可 控 制 的 创 新 ” 中 包 括 了 对 纳 米 技 术 的 考 虑 。 它 的 第 一 个
建 议 是 英 国 政 府 应 考 虑 纳 米 技 术 自 身 的 风 险 , 并 通 过 辩 论 对 公 众 公 开 。 其 它 的 建 议 是 提 倡
透 明 化 的 决 策 过 程 , 发 展 双 向 交 流 的 渠 道 , 并 对 纳 米 技 术 的 任 何 萌 芽 状 态 的 风 险 加 强 操 控
和 领 导 。 对 于 第 一 个 建 议 , 政 府 的 回 答 是 目 前 没 有 明 显 的 焦 点 可 作 一 个 辩 论 , 但 承 认 这 应
是 一 个 能 确 定 纳 米 技 术 是 否 会 引 起 或 将 要 引 起 的 特 别 的 安 全 、 环 境 或 伦 理 方 面 的 影 响 的 初
步 工 作 。
1

表 1.1: 对 纳 米 科 学 和 纳 米 技 术 研 发 投 入 的 公 共 经 费 ( 来 源 : 欧 盟 委 员 会 2004a)
国 家 纳 米 科 学 和 纳 米 技 术 的 支 出 费 用 。
欧 洲
日 本
美 国
英 国
目 前 对 纳 米 技 术 的 研 发 投 入 大 约 是 10 亿 欧 元 , 其 中 三 分 之 二 来
自 政 府 和 区 域 性 规 划 。
经 费 从 2001 年 的 4 亿 美 元 增 长 到 2003 年 的 8 亿 美 元 , 并 希 望 在
2004 年 在 有 20% 的 增 长 。
美 国 21 世 纪 纳 米 技 术 研 究 和 发 展 委 员 会 安 排 了 37 亿 美 元 给 2005
年 到 2008 年 的 纳 米 技 术 开 发 , 而 2003 年 的 投 入 是 7.5 亿 美 元 .
随 着 2003 年 英 国 的 纳 米 技 术 战 略 的 奠 定 , 从 2003 年 到 2009 年
英 国 政 府 每 年 将 提 供 4500 万 的 资 金 。
1.2 研 究 内 容 和 条 目
在 2006 年 6 月 , 英 国 政 府 委 托 英 国 皇 家 学 会 ( 英 国 国 家 科 学 院 ) 和 英 国 皇 家 工 程 院
对 纳 米 技 术 进 行 了 一 个 独 立 的 研 究 。 我 们 的 研 究 内 容 和 条 目 是 经 上 述 的 两 个 研 究 院 以 及 科
技 办 公 室 共 同 批 准 的 , 具 体 如 下 :
• 纳 米 科 学 和 纳 米 技 术 的 含 义 ;
• 总 结 纳 米 技 术 科 学 知 识 现 状 ;
• 确 定 纳 米 技 术 的 新 应 用 , 特 别 是 已 经 在 使 用 的 纳 米 技 术 ;
• 执 行 一 个 前 瞻 性 的 研 究 , 弄 清 纳 米 技 术 未 来 将 怎 样 被 应 用 , 预 测 这 些 技 术 应 用 到
实 际 中 所 对 应 的 可 能 时 间 段 ;
• 弄 清 现 在 和 未 来 的 纳 米 技 术 应 用 可 能 引 起 的 对 环 境 、 健 康 、 安 全 的 影 响 及 对 伦 理
的 影 响 ( 隐 含 的 社 会 问 题 或 不 确 定 性 );
• 确 定 需 要 对 规 则 进 行 考 虑 的 领 域
为 了 进 行 这 个 研 究 , 两 个 学 术 机 构 建 立 了 一 个 跨 学 科 的 专 家 工 作 组 , 其 中 包 括 来 自 相
关 的 科 学 、 工 程 、 医 药 、 社 会 科 学 、 消 费 事 务 、 伦 理 学 、 及 环 境 领 域 的 专 家 。 这 是 一 个 独
立 于 政 府 , 政 府 不 干 涉 工 作 组 成 员 的 选 择 和 工 作 方 法 , 不 查 看 公 开 之 前 的 研 究 报 告 的 研 究 。
我 们 广 泛 征 集 了 英 国 和 其 它 国 家 的 利 害 相 关 者 的 书 面 和 口 头 证 据 , 由 于 收 集 到 证 据 比 预 计
的 要 多 的 多 , 工 作 组 不 得 不 延 长 时 间 以 便 处 理 这 些 证 据 。 在 这 个 研 究 开 始 的 时 候 , 就 已 确
定 报 告 中 应 包 括 公 众 对 纳 米 技 术 的 顾 虑 以 及 公 众 对 纳 米 技 术 的 认 知 , 并 以 此 作 为 一 个 重 要
的 参 考 数 据 。 我 们 委 托 了 BMRB 国 际 市 场 公 司 研 究 公 众 态 度 , 他 们 采 用 了 一 个 短 期 的 调 查 并
举 办 两 个 讨 论 会 的 方 式 对 此 进 行 了 调 查 。 随 着 项 目 的 进 展 和 来 自 网 络 (www.nanotec.org.uk)
2

的 评 论 , 证 据 逐 渐 被 公 开 。 一 个 关 于 此 研 究 进 行 的 详 细 描 述 可 以 在 附 录 B 中 被 发 现 。 我 们
非 常 地 感 谢 对 这 个 研 究 做 出 贡 献 的 个 人 和 组 织 并 将 他 们 列 在 附 录 C 中 。 他 们 的 贡 献 作 为 研
究 的 依 据 也 能 在 我 们 的 网 页 和 这 个 研 究 的 纸 制 版 本 携 带 的 CD 中 找 到 。 研 究 报 告 在 正 式 提 交
英 国 皇 家 学 会 和 英 国 皇 家 工 程 院 之 前 , 已 由 两 个 学 术 机 构 的 院 士 ( 见 附 录 A) 组 成 的 小 组
进 行 了 审 议 。 这 个 报 告 已 经 获 得 了 英 国 皇 家 学 会 的 委 员 会 承 认 , 并 被 英 国 皇 家 工 程 院 同 意
发 表 。
1.3 报 告 梗 概
在 第 二 章 , 我 们 介 绍 了 纳 米 科 学 与 纳 米 技 术 , 解 释 了 我 们 研 究 中 所 用 的 纳 米 科 学 与 纳
米 技 术 的 定 义 。 第 三 章 给 出 了 目 前 一 些 关 键 研 究 的 例 子 并 描 述 了 在 纳 米 材 料 、 纳 米 计 量 、
电 子 学 、 光 电 子 学 和 信 息 通 讯 技 术 、 生 物 纳 米 领 域 的 目 前 的 进 展 和 未 来 的 潜 在 进 展 。 我 们
也 考 察 了 目 前 正 在 提 供 的 利 益 和 在 一 个 短 期 , 中 期 和 长 期 内 可 能 提 供 的 利 益 。 在 第 四 章 ,
我 们 关 注 了 纳 米 技 术 目 前 应 用 和 将 来 的 可 能 应 用 , 并 调 查 了 工 业 化 的 一 些 障 碍 。 在 第 三 和
第 四 章 里 , 我 们 提 供 了 一 个 纳 米 科 学 和 技 术 在 目 前 和 将 来 的 应 用 与 发 展 的 梗 概 ( 不 是 一 个
详 细 的 评 价 ), 也 提 出 了 应 考 虑 纳 米 技 术 对 健 康 、 安 全 、 环 境 、 社 会 和 伦 理 隐 含 的 可 能 影
响 。 泰 勒 (Taylor) 报 告 (2002 年 ) 评 价 了 英 国 的 纳 米 技 术 在 工 业 上 的 应 用 , 并 建 议 采
取 一 系 列 措 施 加 速 在 英 国 的 纳 米 技 术 探 索 和 增 加 投 资 。 批 判 或 更 新 泰 勒 报 告 或 探 讨 纳 米 科
学 和 纳 米 技 术 的 研 究 优 先 性 都 不 是 我 们 的 意 愿 。 最 近 , 众 议 院 科 学 和 技 术 委 员 会 泰 勒
(Taylor) 报 告 的 评 荐 的 推 行 情 况 ( 众 议 院 2004a)。
在 第 五 章 , 我 们 评 价 了 纳 米 技 术 隐 含 的 对 健 康 、 安 全 、 和 环 境 的 潜 在 影 响 , 并 在 第 六
章 中 考 虑 了 隐 含 的 社 会 和 伦 理 影 响 。 这 两 章 我 们 主 要 指 出 了 影 响 纳 米 技 术 潜 在 影 响 的 障
碍 。 第 七 章 突 出 了 英 国 公 众 对 纳 米 技 术 的 态 度 , 同 时 也 考 虑 了 纳 米 技 术 未 来 的 发 展 与 多 个
利 害 关 系 者 对 话 的 作 用 。 我 们 对 现 行 的 规 则 架 构 的 评 荐 被 放 在 第 八 章 中 。 第 九 和 第 十 章 包
含 了 我 们 的 研 究 结 论 和 评 荐 。
1.4 后 续 步 骤
我 们 期 望 着 来 自 政 府 和 其 它 团 体 对 这 个 报 告 的 响 应 。 这 个 研 究 已 经 引 起 一 个 很 大 范 围
( 英 国 和 外 国 ) 内 的 利 害 关 系 者 的 兴 趣 。 就 我 们 所 知 , 我 们 的 研 究 是 此 类 研 究 中 第 一 个 。
我 们 期 望 这 个 研 究 的 发 现 能 为 全 球 的 纳 米 科 学 和 纳 米 技 术 健 康 发 展 做 出 贡 献 。 两 个 皇 家 研
究 机 构 ( 英 国 皇 家 学 会 和 英 国 皇 家 工 程 院 ) 将 继 续 参 与 这 个 重 要 的 领 域 。 这 个 报 告 提 出 的
问 题 和 结 论 都 可 以 在 我 们 的 网 页 (www.nanotec.org.uk) 上 进 行 辩 论 。 在 这 个 报 告 发 表 后 , 我
们 在 伦 敦 举 行 一 个 公 开 的 会 议 讨 论 了 这 个 报 告 的 发 现 。
3

第 二 章 纳 米 科 学 和 纳 米 技 术 的 含 义
这 个 研 究 的 第 一 个 项 任 务 就 是 定 义 纳 米 科 学 和 纳 米 技 术 的 含 义 。 然 而 , 纳 米 技 术
(nanotechnology) 一 词 包 含 了 太 多 的 工 具 , 技 术 和 潜 在 的 应 用 , 我 们 觉 得 用 纳 米 技 术 类
(nanotechnologies) 来 表 述 更 合 适 。 我 们 的 定 义 或 表 述 是 通 过 与 科 学 家 、 工 程 师 的 讨 论 并
汇 总 研 究 网 站 收 到 的 评 论 给 出 的 。
虽 然 在 “ 纳 米 科 学 ” 和 “ 纳 米 技 术 ” 并 没 有 非 常 明 确 的 区 别 , 但 在 我 们 的 报 告 中 , 我 们 还
是 限 定 了 它 们 的 区 别 , 具 体 如 下 :
图 框 2.1 纳 米 科 学 和 纳 米 技 术 的 定 义
纳 米 科 学 : 关 于 在 原 子 、 分 子 和 巨 分 子 尺 度 上 , 研 究 材 料 的 现 象 和 改 造 的 科 学 。 在 这
些 尺 寸 范 围 、 物 质 性 质 与 更 大 尺 寸 时 相 比 有 很 大 不 同 。
纳 米 技 术 : 与 在 纳 米 尺 度 上 的 设 计 、 表 征 、 结 构 的 制 造 和 应 用 , 可 控 制 形 状 和 尺 寸 的
装 置 和 系 统 相 关 的 研 究 。
纳 米 的 “ 纳 ” 是 来 自 古 希 腊 的 “ 侏 儒 ” 一 词 , 一 个 纳 米 (nm) 是 十 亿 分 之 一 米 , 一 根
人 发 约 为 80000 纳 米 宽 , 而 一 个 红 血 细 胞 约 为 7000 纳 米 宽 。 图 2.1 显 示 了 纳 米 与 其 它 长
度 单 位 的 关 系 。 原 子 的 尺 寸 小 于 纳 米 , 而 许 多 分 子 和 蛋 白 质 的 大 小 都 是 在 大 于 或 等 于 一 个
纳 米 的 范 围 内 。
纳 米 技 术 类 的 概 念 , 最 先 是 由 物 理 学 家 理 查 德 费 曼 (Richard Feynman) 在 1959 年 给
出 的 。 费 曼 探 索 了 在 单 个 原 子 和 单 个 分 子 的 尺 度 上 改 造 材 料 的 可 能 性 , 勾 画 了 整 个 大 英 百
科 全 书 能 被 写 在 一 个 针 尖 上 的 图 像 , 并 预 言 了 在 纳 米 尺 度 上 将 大 大 增 强 对 物 质 的 检 测 和 控
制 能 力 。
直 到 1974 年 “ 纳 米 技 术 ” 一 词 才 被 使 用 。 这 是 因 为 一 位 日 本 东 京 大 学 的 研 究 者 (Norio
Taniguchi) 在 1974 年 用 “ 纳 米 技 术 ” 描 述 了 在 纳 米 尺 度 上 精 确 加 工 材 料 的 能 力 。 此 外 ,
这 个 词 汇 的 使 用 与 电 子 工 业 的 发 展 有 关 , 因 此 时 对 在 芯 片 上 能 制 造 更 小 的 电 子 器 件 及 制 造
工 具 提 出 了 新 的 要 求 , 如 在 70 年 代 早 期 , 美 国 的 IBM 公 司 已 经 使 用 了 一 种 电 子 束 蚀 刻 技
术 来 制 造 40-70 纳 米 的 纳 米 结 构 和 器 件 。
人 们 之 所 以 对 纳 米 尺 度 ( 我 们 定 义 它 从 100nm 到 原 子 大 小 ( 约 0.2nm)) 感 兴 趣 , 是
因 为 材 料 的 特 性 在 这 个 或 者 更 小 尺 度 上 与 大 尺 度 上 有 很 大 的 不 同 。 纳 米 尺 度 下 的 材 料 特 性
变 化 是 由 于 两 个 原 因 。 第 一 是 因 为 纳 米 材 料 具 有 较 大 的 比 表 面 积 , 能 使 它 的 化 学 反 应 更 容
易 进 行 并 能 影 响 它 的 强 度 和 电 特 性 。 第 二 是 由 于 量 子 效 应 在 纳 米 尺 度 上 开 始 对 物 质 的 性 质
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起 支 配 作 用 , 这 将 影 响 材 料 的 光 、 电 和 磁 性 质 。 在 某 些 情 况 下 , 尺 寸 依 赖 特 性 已 被 研 究 了
很 多 个 世 纪 。 比 如 , 金 和 银 的 纳 米 颗 粒 ( 小 于 100 纳 米 , 参 见 第 三 章 第 二 节 ) 从 公 元 10
世 纪 开 始 就 已 经 被 用 做 彩 色 玻 璃 和 陶 制 品 的 色 素 。 根 据 颗 粒 的 尺 寸 , 金 颗 粒 能 显 现 红 、 蓝
或 金 色 。 在 古 代 , 化 学 家 们 遇 到 的 挑 战 是 制 作 相 同 尺 寸 的 纳 米 颗 粒 以 便 有 相 同 的 颜 色 , 时
至 今 日 , 纳 米 颗 粒 的 尺 寸 均 匀 性 仍 然 还 是 一 个 挑 战 。
在 我 们 的 尺 度 的 更 大 的 一 端 , 其 它 效 应 如 表 面 张 力 或 粘 性 也 是 重 要 的 , 这 些 效 应 能 影
响 物 理 和 化 学 特 性 。 在 气 体 和 液 体 中 的 布 朗 运 动 描 述 了 颗 粒 的 随 机 运 动 。 它 是 由 于 更 小 的
分 子 和 原 子 对 更 大 颗 粒 或 分 子 产 生 的 碰 撞 所 致 。 这 种 随 机 运 动 是 很 重 要 的 , 它 使 得 对 液 态
和 气 态 下 的 单 个 的 原 子 或 分 子 的 控 制 更 加 困 难 。
纳 米 科 学 就 是 要 弄 明 白 这 些 效 应 及 它 们 对 物 质 特 性 的 影 响 。 纳 米 技 术 的 目 的 在 于 探 索
这 些 效 应 所 产 生 的 结 构 , 具 有 新 的 尺 寸 特 性 和 功 能 的 器 件 及 系 统 。
在 某 种 程 度 上 讲 , 纳 米 科 学 和 纳 米 技 术 并 非 新 的 研 究 , 实 际 上 化 学 家 已 经 在 几 十 年 前
就 制 备 出 了 由 纳 米 尺 度 大 分 子 组 成 的 聚 合 物 , 并 且 纳 米 技 术 也 已 经 在 过 去 20 年 内 被 用 于
制 造 计 算 机 芯 片 的 微 细 结 构 。 自 然 界 也 包 含 了 许 多 的 纳 米 尺 度 例 子 , 从 牛 奶 ( 纳 米 尺 寸 胶
体 ) 到 搀 杂 纳 米 结 构 的 蛋 白 质 , 这 些 蛋 白 质 控 制 着 大 量 的 生 物 活 动 , 如 肌 肉 收 缩 , 能 量 释
放 和 细 胞 修 复 等 。 纳 米 颗 粒 可 以 是 自 然 的 , 也 可 以 是 通 过 已 有 千 百 年 历 史 的 燃 烧 烹 制 食 品
所 产 生 。
不 过 , 用 来 检 测 纳 米 尺 度 的 工 具 只 是 在 近 些 年 才 被 发 展 起 来 , 这 些 工 具 极 大 的 帮 助 了
我 们 对 纳 米 世 界 的 了 解 。1982 年 发 明 的 扫 描 隧 道 显 微 镜 (STM) 和 1986 年 发 明 的 原 子 力
显 微 镜 (AFM) 是 纳 米 测 量 表 征 上 的 一 个 里 程 碑 。 这 些 工 具 使 用 纳 米 探 针 , 可 以 形 成 原 子 级
分 辨 率 的 表 面 图 像 , 也 能 对 表 面 的 原 子 或 分 子 实 行 捡 出 、 拖 拽 、 滑 动 以 制 造 纳 米 结 构 。 这
些 工 具 会 在 第 三 章 中 进 一 步 描 述 。 在 1990 年 ,IBM 的 两 位 科 学 家 (Eigler and Schweizer)
在 一 枚 5 分 镍 币 上 通 过 移 动 氙 原 子 重 构 了 公 司 的 徽 标 ( 见 图 2.1), 这 是 在 一 个 控 制 的 很
好 的 实 验 条 件 下 花 了 一 天 的 时 间 才 完 成 的 。 这 些 工 具 并 非 仅 限 于 工 程 , 也 可 以 用 到 很 广 泛
的 学 科 中 。 比 如 原 子 力 显 微 镜 (AFM) 就 可 以 用 于 生 物 分 子 如 像 蛋 白 质 的 研 究 。
IBM 的 两 位 科 学 家 使 用 的 方 法 只 是 产 生 纳 米 材 料 的 很 多 方 法 中 的 一 种 , 这 些 方 法 通 常
被 分 为 “ 自 上 而 下 ” 或 “ 自 下 而 上 ” 两 类 。“ 自 上 而 下 ” 技 术 是 在 一 个 体 材 料 上 通 过 向 下
的 蚀 刻 获 得 想 要 的 构 造 , 而 “ 自 下 而 上 ” 是 通 过 原 子 或 分 子 的 自 组 装 形 成 一 个 更 大 的 结 构 。
“ 自 上 而 下 ” 技 术 面 临 的 主 要 挑 战 是 怎 样 获 得 不 断 变 小 的 但 又 足 够 精 准 的 构 造 , 而 “ 自 下
而 上 ” 制 造 的 问 题 是 如 何 使 组 装 的 结 构 足 够 大 , 质 量 足 够 高 并 能 作 为 材 料 使 用 。 这 两 种 方
法 能 获 得 的 特 征 尺 寸 都 差 不 多 , 这 会 导 致 更 新 奇 的 混 合 制 造 方 法 。
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纳 米 技 术 是 一 种 交 叉 学 科 , 促 进 了 在 各 个 不 同 学 科 的 研 究 者 的 合 作 , 知 识 、 工 具 和 技
术 的 共 享 。 纳 米 尺 度 的 物 质 及 过 程 的 物 理 和 化 学 是 与 所 有 的 学 科 有 关 的 , 从 物 理 和 化 学 ,
到 生 物 学 、 工 程 和 医 疗 。 可 以 说 , 在 这 些 学 科 中 的 革 命 化 进 展 大 都 与 对 尺 度 不 断 变 小 的 物
质 进 行 的 研 究 有 关 , 今 天 我 们 已 经 知 道 这 就 是 “ 纳 米 技 术 ”。
在 第 三 和 第 四 章 会 看 到 纳 米 科 学 和 纳 米 技 术 包 含 了 各 种 材 料 、 工 具 和 方 法 。 如 果 远 离
特 定 的 尺 度 , 要 在 它 们 之 间 找 到 共 同 点 是 很 难 的 。 因 此 , 我 们 不 要 指 望 它 们 能 产 生 相 同 的
健 康 、 环 境 、 安 全 、 社 会 和 伦 理 的 问 题 , 或 能 用 相 同 的 方 法 去 规 定 , 这 些 内 容 将 会 在 第
5-8 章 讨 论 。
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第 三 章 科 学 与 应 用
3.1 概 述
在 这 一 章 我 们 要 总 结 纳 米 科 学 和 技 术 中 目 前 一 些 关 键 的 进 展 , 并 着 重 指 出 一 些 将 来 可
能 的 应 用 。 本 章 的 内 容 来 自 学 术 界 和 工 业 界 的 科 学 家 与 工 程 师 们 提 供 的 证 据 。 它 阐 明 了 人
们 对 这 些 领 域 广 泛 的 兴 趣 , 同 时 给 后 面 讨 论 纳 米 技 术 在 健 康 、 环 境 、 社 会 、 伦 理 和 制 度 方
面 的 影 响 的 章 节 提 供 基 础 。 本 章 不 会 深 入 地 考 虑 所 有 科 学 技 术 领 域 中 纳 米 科 技 的 发 展 。
因 为 纳 米 科 学 和 技 术 覆 盖 了 如 此 多 的 领 域 ( 从 化 学 、 物 理 和 生 物 到 医 学 、 工 程 和 电 子 ),
我 们 把 它 分 为 四 个 类 别 : 纳 米 材 料 , 纳 米 度 量 , 电 子 、 光 电 和 信 息 与 通 讯 技 术 , 以 及 生 物
纳 米 技 术 与 纳 米 医 药 。 这 种 分 类 有 助 于 区 分 不 同 领 域 中 的 进 展 , 但 肯 定 会 有 所 重 叠 。
在 可 能 的 情 况 下 , 我 们 将 发 展 将 来 应 用 的 期 限 定 义 为 短 期 ( 五 年 以 内 )、 中 期 ( 五 到
十 五 年 ) 及 长 期 ( 二 十 年 以 上 )。 这 里 可 能 有 一 些 我 们 认 为 有 潜 力 的 应 用 将 来 没 有 成 为 现
实 , 而 现 在 没 有 预 见 到 的 一 些 却 产 生 了 重 大 的 影 响 。 我 们 还 要 定 义 环 境 、 健 康 和 安 全 、 伦
理 与 社 会 中 的 潜 在 影 响 和 不 确 定 性 , 并 在 后 续 章 节 中 进 一 步 讨 论 。
纳 米 技 术 目 前 在 工 业 中 的 应 用 将 在 第 四 章 中 讨 论 , 那 些 影 响 到 这 些 应 用 的 因 素 也 将 被
涉 及 。
3.2 纳 米 材 料
3.2.1 纳 米 材 料 介 绍
从 十 九 世 纪 的 钢 铁 到 今 天 的 各 种 先 进 材 料 , 人 们 发 展 更 新 更 好 的 材 料 的 动 力 之 一 就 是
能 在 越 来 越 小 的 尺 度 上 控 制 它 们 的 结 构 。 无 论 是 颜 料 还 是 硅 芯 片 , 材 料 总 体 的 性 质 都 是 它
们 在 微 纳 米 尺 度 上 的 结 构 所 决 定 的 。 随 着 我 们 对 纳 米 尺 度 上 材 料 的 理 解 , 和 对 控 制 其 结 构
的 能 力 的 不 断 提 高 , 未 来 创 造 出 多 种 具 有 新 奇 特 征 、 功 能 和 用 途 的 材 料 的 潜 力 是 巨 大 的 。
作 为 一 个 泛 泛 的 定 义 , 我 们 把 纳 米 材 料 归 结 为 其 结 构 组 成 单 元 至 少 在 一 个 维 度 上 小 于
100 纳 米 的 那 些 材 料 。 在 某 一 维 上 具 有 纳 米 尺 度 ( 其 它 两 维 上 展 开 ) 的 材 料 属 于 层 状 材 料 ,
例 如 薄 膜 和 表 面 涂 层 。 计 算 机 芯 片 的 某 些 性 质 就 属 于 此 类 。 在 两 个 维 度 上 属 于 纳 米 尺 度 ( 在
剩 下 的 一 维 展 开 ) 的 材 料 包 括 纳 米 线 和 纳 米 管 。 在 三 个 维 度 上 都 是 纳 米 级 的 材 料 是 粒 子 ,
比 如 沉 淀 、 胶 体 粒 子 和 量 子 点 ( 半 导 体 材 料 构 成 的 小 颗 粒 )。 由 纳 米 尺 寸 的 微 畴 组 成 的 纳
晶 材 料 也 属 于 这 一 类 别 。 这 些 材 料 里 有 一 些 已 经 存 在 一 段 时 间 了 , 而 另 一 些 还 刚 刚 出 现 。
这 一 章 的 目 的 就 是 概 述 某 些 重 要 的 纳 米 材 料 的 性 质 , 和 某 些 可 以 预 见 到 的 显 著 应 用 纳 米 材
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料 的 综 述 。
造 成 纳 米 材 料 的 性 质 与 其 它 材 料 显 著 不 同 的 两 个 首 要 因 素 是 : 增 加 的 相 对 表 面 积 和 量
子 效 应 。 这 些 因 素 能 够 改 变 或 增 强 物 质 性 质 , 例 如 反 应 活 性 、 强 度 和 电 学 特 性 等 。 当 粒 子
尺 寸 减 小 时 , 更 大 比 例 的 原 子 会 出 现 在 其 表 面 , 而 不 是 包 在 里 面 。 例 如 ,30 纳 米 大 小 的
粒 子 有 5% 的 原 子 在 其 表 面 ,10 纳 米 的 则 有 20%,3 纳 米 的 就 会 有 50% 在 表 面 。 因 此 单
位 质 量 的 纳 米 粒 子 与 更 大 些 的 粒 子 相 比 具 有 更 大 的 表 面 积 。 因 为 生 长 和 催 化 反 应 都 发 生 在
表 面 , 这 就 意 味 着 相 同 质 量 的 材 料 , 处 于 纳 米 颗 粒 的 状 态 会 比 同 样 质 量 但 粒 度 更 大 的 那 些
材 料 更 活 泼 。
当 物 质 尺 寸 减 小 到 纳 米 尺 度 后 , 在 表 面 效 应 之 外 , 量 子 效 应 开 始 支 配 物 质 性 质 。 这 些
可 以 影 响 到 物 质 的 光 学 、 电 学 和 磁 学 行 为 。 尤 其 是 当 粒 子 尺 寸 或 结 构 接 近 纳 米 尺 度 的 下 限
时 , 表 现 出 这 些 效 应 的 包 括 量 子 点 和 用 于 光 电 的 量 子 阱 激 光 。
对 于 其 它 的 材 料 , 比 如 晶 体 , 当 它 们 的 结 构 单 元 的 尺 度 减 小 时 , 材 料 内 部 的 晶 界 面 面
积 会 大 大 增 加 。 这 样 会 大 大 影 响 其 机 械 和 电 学 性 能 。 例 如 , 大 多 数 金 属 是 由 小 的 晶 区 组 成
的 , 微 区 之 间 的 界 面 会 减 慢 或 截 住 缺 陷 的 扩 散 , 从 而 赋 予 材 料 机 械 强 度 。 如 果 这 些 微 区 足
够 小 , 甚 至 达 到 纳 米 尺 寸 , 材 料 中 的 界 面 面 积 会 大 大 增 加 , 从 而 增 强 其 机 械 强 度 。 例 如 ,
纳 米 晶 体 镍 跟 硬 化 后 的 钢 一 样 强 固 。 对 那 些 跟 纳 米 材 料 打 交 道 的 人 来 说 理 解 表 面 和 界 面 是
一 个 重 要 的 挑 战 , 也 是 新 的 成 像 与 分 析 设 备 起 决 定 作 用 的 地 方 。
纳 米 材 料 不 仅 仅 是 材 料 微 小 化 中 的 另 外 一 步 。 它 们 经 常 需 要 非 常 不 同 的 制 造 方 式 。 正
如 在 第 二 章 介 绍 过 , 并 将 在 第 四 章 中 进 一 步 讨 论 的 , 制 造 纳 米 材 料 有 几 种 方 法 , 归 为 “ 自
上 而 下 ” 和 “ 自 下 而 上 ”。 尽 管 许 多 纳 米 材 料 的 制 备 目 前 还 处 于 实 验 室 阶 段 , 但 有 几 种 已
经 商 业 化 了 。
3.2.2 纳 米 材 料 中 的 科 学
下 面 , 我 们 简 要 介 绍 一 些 纳 米 材 料 的 例 子 和 致 力 于 理 解 这 些 性 质 的 纳 米 科 学 。 正 如 下
面 要 看 到 的 , 虽 然 当 前 我 们 已 经 充 分 的 了 解 了 一 些 纳 米 材 料 , 但 依 然 存 在 很 多 未 解 之 谜 。
a) 一 维 上 的 纳 米 尺 度
薄 膜 、 多 层 和 表 面
一 维 纳 米 材 料 , 如 薄 膜 和 加 工 过 的 表 面 , 已 经 在 电 子 器 件 制 造 、 化 学 和 工 程 领 域 中 大
量 应 用 。 例 如 , 在 硅 集 成 电 路 工 业 中 , 薄 膜 工 艺 应 用 于 很 多 设 备 , 因 为 在 原 子 量 级 上 的 薄
膜 厚 度 的 生 长 和 控 制 已 经 非 常 成 熟 。 单 层 膜 ( 只 有 一 个 原 子 或 分 子 厚 的 薄 膜 ) 已 能 大 规 模
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生 产 并 用 于 化 学 工 业 中 , 我 们 对 原 子 量 级 以 上 的 薄 膜 形 成 和 性 质 有 了 充 分 的 了 解 , 甚 至 扩
大 到 一 些 多 层 的 复 合 膜 ( 例 如 滑 润 剂 )。 我 们 将 进 一 步 致 力 于 膜 的 组 成 、 表 面 平 整 度 以 及
生 长 的 控 制 。
经 纳 米 加 工 过 的 表 面 由 于 拥 有 诸 如 大 的 表 面 积 、 特 殊 的 反 应 活 性 等 定 制 的 特 性 , 在 燃
料 电 池 和 催 化 剂 ( 详 情 见 3.2.3b 部 分 ) 等 方 面 有 广 泛 的 应 用 。 纳 米 颗 粒 具 有 大 表 面 积 ,
同 时 能 够 自 组 装 , 在 所 有 这 些 领 域 都 能 得 到 应 用 。
虽 然 它 们 表 现 出 广 泛 的 应 用 潜 力 , 但 是 这 种 性 能 加 强 的 表 面 在 化 学 和 能 源 部 门 应 当 有
更 广 泛 的 用 途 。 他 们 在 反 应 中 的 更 高 的 活 性 , 以 及 分 离 过 程 更 灵 敏 的 选 择 性 , 会 带 来 更 好
经 济 利 益 并 节 约 能 源 , 同 时 让 小 规 模 的 分 布 式 处 理 成 为 可 能 ( 在 离 使 用 者 尽 可 能 近 的 地 方
生 产 化 学 品 )。 化 工 行 业 已 经 有 向 这 个 方 向 发 展 的 趋 势 。 另 一 个 应 用 将 在 小 尺 度 高 商 业 价
值 的 化 学 产 品 中 , 比 如 医 药 。
b) 二 维 纳 米 材 料
最 近 , 二 维 纳 米 材 料 比 如 纳 米 管 、 纳 米 线 在 科 学 界 得 到 了 广 泛 关 注 , 特 别 是 一 些 新 的
电 学 、 力 学 性 质 是 研 究 的 重 点 。
碳 纳 米 管
碳 纳 米 管 (CNTS) 于 1991 年 由 Sumio Iijima 首 先 发 现 。 碳 纳 米 管 是 卷 起 来 的 石 墨 层
形 成 的 长 管 。 它 分 为 两 类 : 单 壁 纳 米 管 和 多 壁 纳 米 管 ( 图 3.1) 两 种 。 典 型 纳 米 管 直 径 为
几 个 纳 米 , 长 度 为 几 个 微 米 到 厘 米 。 由 于 碳 纳 米 管 具 有 新 的 化 学 物 理 性 质 , 它 们 在 纳 米 材
料 中 扮 演 重 要 角 色 。 它 们 机 械 强 度 高 ( 杨 式 模 量 超 过 1 terapascal, 使 得 碳 纳 米 管 像 金
刚 石 一 样 坚 硬 ), 柔 韧 性 好 ( 他 们 的 轴 可 以 任 意 弯 曲 ), 导 电 性 极 佳 ( 石 墨 层 的 螺 旋 情 况 决
定 碳 纳 米 管 具 有 半 导 体 性 还 是 金 属 性 )。 这 些 显 著 的 特 点 使 得 碳 纳 米 管 拥 有 一 系 列 潜 在 的
应 用 价 值 , 例 如 可 以 做 加 强 型 复 合 材 料 、 传 感 器 、 纳 米 电 子 器 件 和 显 示 器 件 。
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图 3.1a 单 层 碳 纳 米 管 的 模 型
图 3.1b 多 层 碳 纳 米 管 的 模 型
碳 纳 米 管 现 在 可 以 小 规 模 地 商 业 化 了 。 有 几 种 方 法 可 以 生 长 这 些 碳 管 ,4.31b 中 会
讨 论 这 些 方 法 。 不 过 , 选 择 性 地 以 及 均 匀 性 地 生 产 特 定 尺 寸 和 物 理 性 质 的 碳 纳 米 管 还 没 有
达 到 。 碳 纳 米 管 和 石 棉 纤 维 在 尺 寸 和 形 状 上 的 相 似 使 人 们 产 生 了 对 其 安 全 性 的 担 心 , 我 们
在 5.3.1 和 5.3.2 中 会 更 详 细 地 涉 及 这 些 问 题 。
无 机 纳 米 管
基 于 二 硫 化 钼 等 层 状 化 合 物 的 无 机 纳 米 管 和 无 机 富 勒 烯 一 类 的 材 料 继 碳 纳 米 管 后 很
快 也 被 发 现 了 。 它 们 拥 有 出 色 的 抗 摩 擦 ( 润 滑 ) 性 能 、 抗 冲 击 性 质 、 催 化 活 性 以 及 高 容 量
的 储 氢 和 储 锂 特 性 。 显 示 出 一 系 列 可 能 的 应 用 。 基 于 氧 化 物 的 纳 米 管 ( 例 如 二 氧 化 钛 ) 在
催 化 、 光 催 化 和 能 量 存 储 方 面 的 应 用 正 在 被 研 究 探 索 当 中 。
纳 米 线
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纳 米 线 指 的 是 超 细 的 线 或 小 点 通 过 自 组 装 形 成 的 线 形 阵 列 。 它 们 可 以 由 多 种 材 料 构
成 。 由 硅 、 氮 化 镓 和 磷 化 铟 形 成 的 半 导 体 纳 米 线 已 经 展 现 出 良 好 的 光 学 、 电 学 和 磁 学 性 能
( 如 , 硅 的 纳 米 线 可 以 在 很 锐 的 弯 角 条 件 下 使 光 线 弯 曲 )。 纳 米 线 在 高 密 度 信 息 存 储 中 的
潜 在 应 用 是 作 为 读 取 磁 头 或 可 图 案 化 的 存 储 介 质 , 在 电 子 和 光 电 器 件 中 则 可 用 作 量 子 和 纳
米 器 件 的 金 属 连 接 。 纳 米 线 的 制 备 依 赖 于 复 杂 的 生 长 技 术 , 比 如 原 子 在 台 阶 表 面 上 进 行 排
布 的 自 组 装 过 程 、 在 模 式 化 表 面 的 化 学 气 相 沉 积 、 电 镀 、 和 分 子 束 外 延 。 分 子 束 通 常 来 自
热 挥 发 的 元 素 源 。
生 物 高 分 子
生 物 高 分 子 , 如 DNA 分 子 , 所 具 有 的 多 样 性 和 识 别 功 能 给 线 性 结 构 自 组 装 成 更 加 复
杂 的 模 式 提 供 了 许 多 机 会 。DNA 分 子 的 骨 架 然 后 可 以 镀 上 金 属 。 它 们 也 给 纳 米 技 术 与 生
物 技 术 的 结 合 , 如 为 生 物 相 容 的 传 感 器 和 小 而 简 单 的 马 达 提 供 了 可 能 。 有 机 骨 架 纳 米 结 构
的 组 装 常 常 被 弱 相 互 作 用 所 控 制 , 例 如 氢 键 、 增 水 性 、 或 范 得 华 作 用 ( 通 常 是 在 水 环 境 中 ),
所 以 需 要 和 碳 纳 米 管 的 合 成 完 全 不 同 的 策 略 。 把 生 物 高 分 子 和 无 机 化 合 物 的 一 维 纳 米 结 构
结 合 起 来 , 将 给 科 学 技 术 带 来 很 多 机 会 。
c) 三 维 纳 米 尺 度
纳 米 粒 子
纳 米 粒 子 经 常 被 定 义 为 直 径 小 于 100 纳 米 的 粒 子 。 这 与 我 们 关 于 纳 米 科 学 和 技 术 的 定
义 一 致 。 我 们 将 纳 米 粒 子 定 义 为 直 径 在 100 纳 米 以 下 的 粒 子 , 与 同 种 更 大 的 粒 子 相 比 呈 现
出 新 的 或 增 强 的 与 尺 寸 有 关 的 性 质 。 纳 米 粒 子 在 自 然 世 界 里 广 泛 存 在 , 例 如 作 为 光 化 学 和
火 山 活 动 的 产 物 , 或 者 由 植 物 和 真 菌 制 造 出 来 。 作 为 燃 烧 和 烹 调 的 产 物 它 们 的 产 生 已 有 上
千 年 的 历 史 , 近 年 来 还 从 车 辆 废 气 中 产 生 。 人 们 特 意 制 备 的 纳 米 粒 子 , 如 金 属 氧 化 物 , 相
比 之 下 还 是 少 量 。 在 这 个 报 告 中 , 我 们 会 分 别 称 它 们 天 然 的 、 污 染 物 、 和 人 工 制 造 的 纳 米
粒 子 。
正 如 在 第 二 章 中 描 述 过 的 , 人 们 对 纳 米 粒 子 感 兴 趣 是 因 为 它 们 与 相 同 材 料 的 大 粒 子 相
比 呈 现 出 新 的 性 质 。 例 如 , 二 氧 化 钛 和 氧 化 锌 在 纳 米 尺 度 上 都 变 成 透 明 的 , 却 能 吸 收 和 反
射 紫 外 线 , 这 使 它 们 在 防 晒 上 得 到 应 用 。 纳 米 粒 子 具 有 一 系 列 的 潜 在 用 途 : 短 期 来 说 , 在
新 的 化 妆 品 、 织 物 和 涂 料 中 ; 长 期 来 说 , 在 定 向 药 物 释 放 , 也 就 是 把 药 物 释 放 到 身 体 的 特
定 部 位 的 方 法 中 有 用 。 纳 米 粒 子 还 可 以 在 表 面 上 排 成 层 状 , 从 而 提 供 了 很 大 的 表 面 面 积 ,
并 增 强 了 与 催 化 等 用 途 有 关 的 活 性 。
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人 工 纳 米 粒 子 通 常 还 不 算 是 直 接 的 产 品 , 而 是 作 为 现 存 产 品 的 原 材 料 , 组 分 之 一 或 添
加 剂 。 尽 管 跟 其 它 纳 米 材 料 相 比 它 们 的 产 量 还 很 低 , 我 们 在 本 报 告 中 还 是 给 它 们 很 大 关 注 。
这 是 因 为 它 们 目 前 出 现 在 化 妆 品 等 少 数 消 费 品 中 , 而 它 们 增 强 或 新 颖 的 性 质 可 能 会 引 起 毒
性 。 在 我 们 研 究 过 程 中 提 交 的 证 据 显 示 , 对 大 多 数 应 用 来 说 , 纳 米 粒 子 将 被 固 定 ( 例 如 联
接 到 表 面 上 或 存 在 于 复 合 材 料 中 ), 而 在 其 它 应 用 中 它 们 是 自 由 粒 子 , 或 是 悬 浮 在 液 体 中 。
它 们 是 固 定 的 还 是 自 由 的 会 影 响 到 它 们 潜 在 的 健 康 、 安 全 和 环 境 作 用 。 我 们 会 在 第 五 章 中
详 细 讨 论 这 些 问 题 。
富 勒 烯 ( 碳 60)
八 十 年 代 中 期 人 们 发 现 了 一 种 称 为 碳 60 的 新 型 碳 材 料 (Kroto 等 ,1985)。 碳 60 的
图 可 见 图 2.1。 它 们 是 直 径 1 纳 米 的 球 形 分 子 , 由 60 个 碳 原 子 按 照 20 个 六 边 形 和 12 个 五 边
形 排 列 起 来 的 , 正 如 一 个 足 球 。 碳 60 及 同 类 被 称 为 “ 巴 基 富 勒 烯 ”, 以 纪 念 因 建 设 窿 形 建
筑 而 出 名 的 建 筑 学 家 巴 克 敏 思 特 · 富 勒 ,。 富 勒 烯 这 一 词 随 后 被 用 于 任 何 封 闭 的 碳 原 子 笼 。
1990 年 , 一 种 基 于 在 氦 环 境 中 电 阻 加 热 石 墨 棒 的 大 量 生 产 碳 60 的 技 术 被 发 现 了
(Krätschmer 等 ,1990)。 许 多 富 勒 烯 的 应 用 被 预 见 出 来 , 如 小 型 球 涂 层 用 以 润 滑 表 面 ,
药 物 释 放 的 载 体 和 电 子 线 路 。
树 枝 状 聚 合 物
树 枝 状 聚 合 物 是 通 过 纳 米 尺 度 多 级 自 组 装 过 程 形 成 的 球 形 聚 合 物 分 子 。 它 们 有 许 多 种
类 , 最 小 的 尺 寸 为 几 个 纳 米 。 树 枝 状 聚 合 物 正 应 用 于 传 统 用 途 如 涂 层 和 墨 水 中 。 不 过 它 们
还 有 一 些 有 意 思 的 性 质 , 可 以 产 生 有 用 的 用 途 。 例 如 , 树 枝 状 聚 合 物 可 以 作 为 纳 米 级 的 载
体 分 子 , 从 而 在 药 物 输 送 中 得 到 应 用 。 它 还 可 以 留 住 金 属 离 子 , 并 用 超 滤 技 术 从 水 中 滤 掉 ,
从 而 对 环 境 清 洁 起 到 帮 助 。
量 子 点
半 导 体 纳 米 粒 子 ( 量 子 点 ) 是 20 世 纪 70 年 代 理 论 提 出 ,20 世 纪 80 年 代 最 早 实 现
的 。 如 果 半 导 体 粒 子 做 的 足 够 小 , 量 子 效 应 就 显 现 出 来 , 导 致 了 存 在 于 粒 子 中 的 电 子 和 空
穴 ( 电 子 空 位 ) 能 量 的 受 限 。 能 量 是 与 波 长 ( 颜 色 ) 相 关 的 , 这 就 意 味 着 粒 子 的 光 学 性 质 ,
取 决 于 它 的 尺 寸 , 可 以 被 精 细 地 调 节 。 因 此 , 仅 仅 取 决 于 粒 子 的 大 小 , 它 们 就 可 以 作 到 发
射 或 吸 收 特 定 波 长 ( 颜 色 ) 的 光 。 近 年 来 , 利 用 其 小 尺 寸 和 可 调 的 能 级 , 量 子 点 已 经 在 复
合 物 、 光 电 池 和 荧 光 生 物 标 记 ( 用 来 追 踪 一 个 生 物 分 子 ) 得 到 应 用 。 最 近 在 化 学 上 的 进 步
使 得 人 们 制 备 出 单 层 膜 保 护 的 、 高 质 量 的 、 单 分 散 的 和 晶 化 的 量 子 点 , 最 小 直 径 可 达 2 纳
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米 , 可 以 方 便 地 作 为 一 种 通 常 的 化 学 试 剂 使 用 。
3.2.3 应 用
下 面 我 们 列 出 一 些 当 前 和 潜 在 的 , 短 期 和 长 期 的 纳 米 材 料 的 应 用 。 大 多 数 当 前 的 应 用
代 表 了 现 有 技 术 的 革 命 性 的 发 展 。 例 如 , 电 子 器 件 尺 寸 的 缩 小 。
a) 当 前
防 晒 品 和 化 妆 品
纳 米 尺 寸 的 二 氧 化 钛 和 氧 化 锌 目 前 用 于 一 些 防 晒 霜 中 , 因 为 它 们 吸 收 并 反 射 紫 外 线 ,
却 对 可 见 光 透 明 , 这 使 它 们 得 到 消 费 者 更 多 青 睐 。 纳 米 尺 寸 的 氧 化 铁 在 一 些 口 红 中 用 作 颜
料 , 但 我 们 了 解 到 欧 洲 化 妆 品 市 场 还 没 有 用 它 。 纳 米 粒 子 在 化 妆 品 中 的 应 用 已 经 引 起 了 一
些 担 忧 , 我 们 将 在 5.3.2b 中 评 估 与 这 些 担 心 相 关 的 证 据 。
复 合 物
纳 米 粒 子 和 纳 米 管 的 一 个 重 要 用 途 是 在 复 合 物 中 , 复 合 物 是 综 合 了 一 种 或 多 种 单 独 组
分 而 又 经 过 设 计 表 现 出 每 种 组 分 的 最 佳 性 能 的 材 料 。 这 种 多 功 能 性 不 光 是 对 机 械 性 能 而
言 , 而 且 适 用 于 光 、 电 、 以 及 磁 学 性 质 。 目 前 , 碳 纤 维 和 多 壁 碳 纳 米 管 的 束 被 用 于 聚 合 物
中 来 控 制 或 增 强 导 电 性 , 其 中 包 括 抗 静 电 的 包 装 。 碳 纳 米 管 在 复 合 材 料 中 的 使 用 是 一 个 潜
在 的 长 期 应 用 ( 见 3.2.3c)。 一 种 特 殊 的 纳 米 复 合 材 料 是 纳 米 粒 子 填 充 在 母 体 中 。 例 如 ,
碳 黑 作 为 填 充 物 增 强 汽 车 轮 胎 。 不 过 , 碳 黑 的 粒 子 尺 寸 从 几 十 到 几 百 纳 米 不 等 , 所 以 不 是
所 有 的 碳 黑 都 符 合 我 们 纳 米 粒 子 的 定 义 。
粘 土
含 有 天 然 纳 米 粒 子 的 粘 土 一 直 是 重 要 的 建 筑 材 料 , 也 在 不 断 地 加 以 改 善 。 基 于 粘 土 粒
子 基 的 复 合 材 料 ( 包 含 有 塑 料 和 纳 米 尺 度 的 粘 土 屑 ) 也 在 汽 车 保 险 杠 上 得 到 应 用 。
涂 层 和 表 面
厚 度 控 制 在 纳 米 或 原 子 尺 度 的 涂 层 用 于 日 常 生 产 已 有 一 段 时 间 了 , 例 如 在 分 子 束 外 延
生 长 , 或 用 于 光 电 子 器 件 的 金 属 氧 化 物 化 学 气 相 沉 积 , 或 在 具 有 催 化 活 性 和 化 学 功 能 的 表
面 上 。 近 来 的 应 用 包 括 用 高 活 性 二 氧 化 钛 覆 盖 , 并 制 成 高 度 增 水 和 抗 菌 的 自 清 洁 窗 户 , 其
表 面 涂 覆 氧 化 物 纳 米 粒 子 为 基 体 而 能 通 过 催 化 作 用 消 灭 化 学 品 的 物 质 。 抗 磨 的 硬 涂 料 在 外
面 的 硬 层 和 基 底 材 料 之 间 加 入 纳 米 级 中 间 层 后 性 能 得 到 了 很 大 提 高 。 中 间 层 具 有 优 良 的 键
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合 作 用 和 塑 性 与 热 性 的 吻 合 , 因 此 改 善 了 粘 附 性 质 。 一 系 列 增 强 的 织 物 , 例 如 透 气 好 的 ,
防 水 的 , 和 抗 污 的 织 物 , 都 是 由 于 聚 合 物 与 无 机 物 在 纳 米 尺 度 的 多 孔 性 质 和 表 面 粗 糙 的 更
好 控 制 才 实 现 的 。
更 韧 和 更 硬 的 切 割 工 具
纳 米 材 料 , 如 碳 化 钨 , 碳 化 和 碳 化 钛 制 成 的 切 割 工 具 抗 磨 损 和 抗 腐 蚀 性 更 好 , 与 它 们
的 常 规 ( 粗 晶 的 ) 同 类 产 品 相 比 还 能 用 的 更 久 。 它 们 正 在 用 来 在 电 路 版 上 钻 眼 的 钻 头 中 得
到 应 用 。
b) 短 期
颜 料
在 颜 料 中 加 入 纳 米 粒 子 可 以 提 高 它 们 的 性 能 , 比 如 使 它 们 更 轻 和 带 来 不 同 的 性 质 。 更
薄 ( 质 量 轻 ) 的 颜 料 涂 层 , 例 如 那 些 用 在 飞 机 上 的 , 可 以 减 轻 飞 机 的 重 量 的 涂 料 , 而 且 对
环 境 也 更 好 。 不 过 , 在 这 之 前 需 要 考 虑 飞 机 的 寿 命 周 期 ( 见 4.5 节 )。 还 有 的 可 能 是 显 著
减 少 颜 料 中 的 溶 剂 含 量 , 给 环 境 带 来 好 处 。 作 为 三 丙 基 锡 (TBT) 的 替 代 品 , 新 型 的 抗 吸
附 海 洋 涂 料 急 需 能 够 开 发 出 来 , 因 为 现 在 TBT 的 生 态 影 响 已 经 被 大 家 认 识 到 。 由 于 可 以 节
省 能 源 , 抗 吸 附 的 表 面 处 理 在 诸 如 热 交 换 等 应 用 过 程 中 也 很 有 用 , 所 以 如 果 能 够 以 很 低 的
成 本 制 造 出 来 , 那 么 抗 吸 附 涂 料 就 可 以 在 诸 如 家 用 和 工 业 用 的 水 系 统 等 日 常 使 用 中 得 到 应
用 。 人 们 预 期 这 种 非 常 有 效 的 抗 吸 附 涂 料 可 以 减 少 包 括 氯 气 在 内 的 杀 虫 剂 。 其 它 新 颖 的 ,
更 为 长 期 的 纳 米 粒 子 的 应 用 也 许 会 在 出 现 在 随 着 温 度 或 化 学 环 境 变 化 而 改 变 颜 色 的 涂 料 ,
或 是 减 少 红 外 线 吸 收 从 而 减 少 热 损 失 的 涂 料 中 。
上 述 对 纳 米 粒 子 给 健 康 和 环 境 带 来 的 影 响 的 担 心 ( 我 们 在 第 五 章 中 会 详 细 讨 论 ) 也 许
要 求 纳 米 化 的 涂 料 具 有 高 耐 用 性 和 耐 磨 性 , 这 样 磨 损 下 来 的 东 西 就 会 是 些 粗 糙 的 或 微 观 的
团 聚 物 , 而 不 是 单 个 的 纳 米 粒 子 。
补 救 措 施
人 们 正 在 研 究 纳 米 粒 子 与 泥 土 和 地 表 水 中 的 污 染 物 发 生 反 应 , 并 将 它 们 转 化 成 无 毒 的
化 合 物 的 可 能 。 在 一 项 前 沿 研 究 中 , 利 用 铁 纳 米 粒 子 的 较 大 的 表 面 积 和 高 反 应 活 性 , 将 地
表 水 中 含 氯 的 碳 氢 化 合 物 ( 其 中 的 一 些 据 信 是 致 癌 物 ) 转 化 成 了 毒 性 更 小 的 终 端 产 物 ( 张 ,
2003)。 而 且 , 人 们 希 望 纳 米 粒 子 可 以 将 如 铅 和 汞 等 重 金 属 从 可 生 物 吸 收 的 形 式 转 化 为 不
溶 的 形 式 。 不 过 , 未 加 控 制 的 将 纳 米 粒 子 释 放 到 环 境 中 去 已 经 引 起 了 人 们 非 常 大 的 担 心 。
这 些 将 在 5.4 节 讨 论 。
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燃 料 电 池
燃 料 电 池 中 至 关 重 要 的 就 是 工 程 化 的 表 面 , 外 在 的 表 面 性 质 和 孔 结 构 影 响 到 其 性 能 。
在 燃 料 电 池 里 用 作 中 间 燃 料 的 氢 可 以 通 过 催 化 转 换 从 碳 氢 化 合 物 中 获 得 , 通 常 是 在 燃 料 电
池 相 连 的 反 应 器 里 。 纳 米 技 术 制 造 的 膜 将 来 可 以 用 于 强 化 催 化 过 程 , 从 而 产 生 高 效 、 小 型
的 燃 料 电 池 。 这 些 能 够 用 作 电 力 系 统 的 分 配 源 头 。
显 示 器
大 尺 寸 、 高 亮 度 的 平 面 显 示 器 在 诸 如 电 视 屏 幕 和 计 算 机 显 示 器 等 方 面 有 着 巨 大 的 市 场 ,
正 在 推 动 着 一 些 纳 米 材 料 的 发 展 。 用 溶 胶 - 凝 胶 法 ( 一 种 制 备 陶 瓷 和 玻 璃 材 料 的 方 法 , 涉
及 到 从 液 体 “ 溶 液 ” 相 到 固 体 “ 胶 ” 相 的 转 化 ) 合 成 的 纳 米 晶 态 硒 化 锌 , 硫 化 锌 , 硫 化 镉
和 锑 化 铅 是 下 一 代 发 光 荧 光 剂 的 候 选 者 。 碳 纳 米 管 也 在 被 研 究 用 作 低 电 压 的 场 发 射 显 示 器 ;
它 们 的 强 度 、 锐 度 、 导 电 性 和 化 学 惰 性 使 得 它 们 成 为 潜 在 的 非 常 有 效 和 耐 用 的 发 光 物 质 。
电 池
随 着 便 携 式 电 子 设 备 ( 移 动 电 话 、 导 航 设 施 、 手 提 电 脑 、 远 程 感 应 器 ) 的 发 展 , 对 重
量 轻 、 高 能 量 密 度 的 电 池 的 需 求 变 得 巨 大 。 用 溶 胶 - 凝 胶 法 合 成 的 纳 米 晶 态 材 料 是 电 池 中
分 离 板 的 候 选 , 因 为 它 们 具 有 泡 沫 样 ( 气 溶 胶 ) 结 构 , 可 以 比 常 规 材 料 存 储 更 多 能 量 。 源
于 它 们 更 大 的 晶 界 面 积 , 人 们 预 期 纳 米 晶 态 镍 和 金 属 氢 化 物 制 成 的 镍 - 金 属 氢 化 物 电 池 不
会 需 要 频 繁 地 充 电 , 而 又 能 使 用 更 长 时 间 。
燃 料 添 加 剂
人 们 正 在 研 究 往 柴 油 中 添 加 纳 米 粒 子 的 铈 ( 氧 化 铈 ) 以 减 缓 随 时 间 推 移 的 燃 料 燃 烧 程
度 的 降 低 , 从 而 提 高 燃 料 的 经 济 指 标 。
催 化 剂
通 常 来 说 , 纳 米 粒 子 具 有 高 比 表 面 积 , 从 而 提 供 了 更 高 的 催 化 活 性 。 纳 米 技 术 正 在 改
变 纳 米 粒 子 和 放 置 它 们 的 支 撑 结 构 的 生 产 过 程 的 可 控 程 度 。 已 有 可 能 在 溶 液 中 表 面 活 性 剂
存 在 下 合 成 金 属 纳 米 粒 子 , 从 而 在 表 面 上 形 成 高 度 有 序 的 单 分 散 催 化 纳 米 粒 子 的 膜 。 这 样
使 得 催 化 剂 在 尺 寸 和 化 学 结 构 上 更 均 匀 , 相 应 地 得 到 更 高 的 催 化 活 性 和 更 少 的 副 产 物 。 加
工 成 特 异 和 有 选 择 的 反 应 活 性 也 有 可 能 。 这 些 更 活 泼 更 耐 久 的 催 化 剂 早 期 可 以 用 于 废 水 净
化 。 如 果 这 样 可 以 减 少 铂 族 金 属 的 用 量 就 有 特 殊 的 好 处 , 因 为 这 些 金 属 储 量 有 限 , 它 们 在
标 准 催 化 单 元 中 的 使 用 开 始 成 为 一 个 问 题 。
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c) 长 期 应 用
碳 纳 米 管 复 合 材 料
碳 纳 米 管 具 有 出 色 的 机 械 性 质 , 尤 其 是 高 拉 伸 强 度 和 轻 质 量 。 一 个 显 而 易 见 的 应 用 领
域 是 碳 纳 米 管 - 增 强 的 复 合 材 料 , 其 性 能 超 出 目 前 的 碳 纤 维 复 合 物 。 目 前 将 碳 纳 米 管 引 入
复 合 材 料 受 到 的 一 个 限 制 是 把 纳 米 管 的 缠 绕 做 成 有 序 的 结 构 , 从 而 能 利 用 它 们 的 强 度 。 另
一 个 挑 战 是 使 碳 纳 米 管 和 基 体 材 料 之 间 产 生 强 的 键 合 作 用 , 以 形 成 好 的 总 体 复 合 性 能 , 并
在 磨 损 和 腐 蚀 发 生 时 持 久 耐 受 。 碳 纳 米 管 的 表 面 平 滑 、 相 对 不 活 泼 , 所 以 在 受 到 拉 伸 力 时
易 于 在 基 体 中 滑 动 。 现 在 正 在 探 索 的 一 种 防 止 滑 动 的 方 法 是 将 化 学 基 团 联 到 碳 纳 米 管 上 ,
有 效 地 形 成 一 些 “ 锚 ”。 另 一 个 限 制 因 素 是 碳 纳 米 管 的 生 产 成 本 。 不 过 , 如 此 轻 又 高 强 度
的 材 料 在 运 输 中 大 量 潜 在 的 应 用 和 优 势 使 得 更 多 更 深 入 的 研 究 成 为 必 然 。
润 滑 剂
无 机 材 料 的 纳 米 球 可 以 用 作 润 滑 剂 , 本 质 上 是 作 为 纳 米 级 的 “ 球 磨 ”。 经 证 实 经 过 控
制 的 形 状 使 得 它 们 比 常 规 的 固 体 润 滑 剂 和 磨 损 添 加 剂 更 耐 用 。 生 产 它 们 所 增 加 的 财 政 和 资
源 成 本 是 否 能 用 这 些 润 滑 剂 和 部 件 更 长 的 使 用 寿 命 来 抵 消 还 值 得 研 究 ( 采 用 4。5 节 讨 论
的 方 法 )。 还 有 说 法 是 这 些 纳 米 粒 子 减 少 了 金 属 表 面 之 间 的 摩 擦 , 特 别 是 在 高 正 应 力 情 况
下 。 如 果 假 设 成 立 , 它 们 应 当 首 先 被 应 用 在 高 性 能 马 达 和 驱 动 装 置 ; 而 这 涉 及 到 能 源 和 运
输 部 门 。 更 有 一 种 说 法 是 这 类 润 滑 剂 即 使 是 当 金 属 表 面 不 怎 么 平 滑 时 也 有 效 。 减 少 消 耗 和
资 源 付 出 所 带 来 的 好 处 也 必 须 跟 生 产 纳 米 润 滑 剂 的 成 本 进 行 比 较 。 在 所 有 这 些 应 用 中 , 粒
子 将 在 常 规 的 润 滑 液 体 中 分 散 ; 润 滑 系 统 的 设 计 必 须 包 括 容 纳 和 管 理 废 物 的 措 施 。
磁 性 材 料
已 有 数 据 显 示 纳 米 晶 态 钇 - 钐 - 钴 形 成 的 磁 体 具 有 不 同 寻 常 的 磁 性 , 这 是 因 为 它 们 有
极 大 的 晶 界 面 积 ( 磁 化 转 子 不 能 容 易 地 跨 越 晶 界 进 行 转 播 , 高 可 以 被 获 得 )。 这 就 让 它
们 在 马 达 和 那 些 广 泛 应 用 于 医 院 中 的 核 磁 成 像 等 分 析 仪 器 上 得 到 应 用 。 不 过 , 总 磁 化 率 目
前 受 到 将 晶 粒 方 向 沿 着 磁 化 方 向 排 布 能 力 的 限 制 。
纳 米 尺 度 构 造 的 磁 性 材 料 在 数 据 存 储 中 也 有 应 用 。 如 计 算 机 硬 盘 那 样 的 器 件 , 依 赖 磁
化 一 张 旋 转 圆 盘 上 微 小 面 积 的 能 力 来 储 存 信 息 。 如 果 记 录 一 件 信 息 所 需 要 的 面 积 可 以 被 缩
小 到 纳 米 尺 度 ( 并 能 被 可 靠 地 读 和 写 ), 圆 盘 的 存 储 容 量 会 大 大 增 加 。 在 将 来 , 目 前 计 算
机 芯 片 中 靠 电 子 流 动 来 工 作 的 那 些 器 件 可 以 利 用 这 些 电 子 的 被 称 为 自 旋 的 磁 学 性 质 , 并 享
有 很 多 优 势 。 在 这 方 面 近 来 在 新 奇 磁 性 材 料 及 它 们 的 纳 米 制 造 上 取 得 的 进 步 令 人 鼓 舞 。
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医 用 植 入 物
目 前 所 用 的 医 疗 植 入 物 , 像 是 矫 形 外 科 植 入 物 和 心 脏 瓣 膜 , 是 用 钛 和 不 锈 钢 合 金 制 作
的 , 这 主 要 是 因 为 它 们 具 有 生 物 相 容 性 。 不 幸 的 是 , 在 一 些 病 例 中 , 这 些 金 属 合 金 在 病 人
活 着 的 时 候 就 磨 损 掉 了 。 纳 米 晶 态 氧 化 锆 是 硬 的 、 抗 磨 损 的 、 抗 生 物 腐 蚀 和 生 物 相 容 的 ,
所 以 它 代 表 了 一 种 有 吸 引 力 的 植 入 替 代 品 。 它 和 其 它 的 纳 米 陶 瓷 还 可 以 利 用 溶 胶 - 凝 胶 技
术 制 成 更 坚 更 轻 的 气 溶 胶 。 纳 米 晶 态 的 碳 化 硅 由 于 其 重 量 轻 、 强 度 高 和 惰 性 成 为 人 工 心 脏
瓣 膜 的 候 选 材 料 。
可 加 工 的 陶 瓷
陶 瓷 又 硬 又 脆 , 不 易 加 工 。 不 过 , 当 晶 粒 尺 寸 缩 小 到 纳 米 尺 度 , 陶 瓷 的 延 展 性 得 到 提
高 。 氧 化 锆 通 常 是 一 种 又 硬 又 脆 的 陶 瓷 , 竟 然 具 有 了 超 塑 性 ( 例 如 , 能 够 变 形 为 原 来 长 度
的 300%)。 纳 米 晶 态 的 陶 瓷 , 如 氮 化 硅 和 碳 化 硅 , 因 为 可 以 很 容 易 地 形 成 和 加 工 , 并 表
现 出 优 异 的 化 学 与 高 温 特 性 , 已 经 在 高 强 度 弹 簧 , 球 磨 和 阀 门 提 升 等 汽 车 领 域 中 得 到 应 用 。
它 们 还 被 用 于 高 温 炉 的 部 件 。 纳 米 晶 态 的 陶 瓷 可 以 被 压 成 复 杂 的 网 状 , 并 比 通 常 的 陶 瓷 在
显 著 降 低 的 温 度 下 锻 烧 。
水 净 化
纳 米 加 工 的 膜 可 以 在 例 如 反 向 渗 析 的 淡 化 中 实 现 更 节 省 能 源 的 水 净 化 过 程 。 这 些 应 用
也 代 表 的 是 现 有 技 术 的 逐 渐 革 新 。 它 们 用 到 固 定 的 纳 米 粒 子 , 因 此 是 与 用 游 离 纳 米 粒 子 的
设 想 不 一 样 的 。
军 用 战 斗 服 装
增 强 的 纳 米 材 料 构 成 了 最 先 进 的 “ 战 斗 服 装 ” 的 基 础 。 这 些 服 装 目 前 在 位 于 美 国 麻 省
理 工 学 院 的 士 兵 纳 米 技 术 研 究 所 里 进 行 开 发 。 一 个 短 期 的 开 发 项 目 可 能 会 是 能 够 抵 抗 冲 击
波 的 吸 能 材 料 , 长 期 的 则 会 是 那 些 内 嵌 传 感 器 以 检 测 或 响 应 化 学 和 生 物 武 器 的 材 料 ( 例 如 ,
一 旦 检 测 到 生 物 武 器 会 自 动 关 闭 的 响 应 性 纳 米 孔 )。 人 们 觉 得 也 应 该 发 展 能 够 监 控 处 于 战
场 的 士 兵 的 生 理 状 况 的 材 料 , 和 具 有 潜 在 医 疗 用 途 的 制 服 , 比 如 提 供 断 骨 支 撑 。 在 6、7
节 中 我 们 会 考 虑 发 展 军 事 用 途 的 纳 米 技 术 给 社 会 带 来 的 可 能 后 果 。
3.3 纳 米 计 量 学
3.3.1 纳 米 计 量 学 简 介
纳 米 尺 度 上 进 行 测 量 的 科 学 称 为 纳 米 计 量 学 。 它 的 应 用 支 撑 起 整 个 纳 米 科 学 和 技 术 。
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为 了 准 确 无 误 地 生 产 纳 米 材 料 和 器 件 , 并 实 现 纳 米 技 术 的 应 用 , 在 纳 米 尺 度 上 测 量 和 表 征
材 料 ( 测 定 它 们 的 尺 寸 , 形 状 和 物 理 性 质 ) 的 能 力 至 关 重 要 。 纳 米 计 量 学 包 括 长 度 和 大 小
的 测 量 ( 尺 度 通 常 用 纳 米 表 述 , 测 量 误 差 常 常 在 1 纳 米 以 下 ), 以 及 作 用 力 、 质 量 、 电 学
和 其 它 性 质 的 测 量 。 随 着 实 现 这 些 测 量 的 技 术 的 不 断 完 善 , 我 们 对 纳 米 尺 度 的 行 为 的 理 解
也 在 加 深 , 随 之 而 来 的 是 改 善 材 料 和 工 业 过 程 的 能 力 , 以 及 制 造 过 程 的 可 靠 度 的 提 高 。 实
现 这 些 测 量 的 设 备 有 很 多 , 也 各 不 相 同 ; 在 3.1 栏 里 会 描 述 一 些 重 要 的 仪 器 。 材 料 的 表 征 ,
尤 其 是 对 工 业 中 用 到 的 , 会 在 第 四 章 中 进 一 步 讨 论 。
就 像 所 有 的 测 量 一 样 , 纳 米 测 量 本 质 上 也 是 一 个 基 础 技 术 。 无 论 怎 样 定 义 , 纳 米 技 术
不 可 能 脱 离 纳 米 测 量 单 独 发 展 。 除 了 直 接 对 科 学 研 究 和 其 应 用 直 接 的 影 响 外 , 纳 米 测 量 的
改 进 需 要 其 它 方 面 科 技 的 支 持 。 就 像 一 个 关 键 的 测 量 工 具 , 原 子 力 显 微 术 概 念 的 提 出 对 光
刻 和 分 子 操 纵 都 有 很 大 的 影 响 , 也 有 可 能 当 前 对 纳 米 器 件 的 研 究 会 带 来 新 的 测 量 方 法 。
在 纳 米 尺 度 上 进 行 精 确 测 量 会 遇 到 几 个 主 要 困 难 。 振 动 和 温 度 变 化 等 环 境 影 响 对 于 纳
米 量 级 来 说 是 不 可 小 视 的 。 例 如 , 用 于 制 造 微 电 子 器 件 的 大 型 设 备 所 受 的 任 何 外 部 变 化 都
会 影 响 纳 米 尺 度 结 构 的 形 成 和 相 互 排 列 。 测 量 这 些 影 响 , 并 将 它 们 控 制 到 最 小 的 能 力 是 非
常 重 要 的 。
现 在 较 多 的 仪 器 精 度 可 以 足 够 支 持 实 验 室 的 研 究 。 如 果 使 用 得 当 , 很 多 传 感 技 术 和 设
备 能 够 在 纳 米 甚 至 更 高 的 灵 敏 度 上 测 量 长 度 , 比 如 栏 3.1 中 提 到 的 扫 描 探 针 显 微 镜 、 电 子
显 微 镜 和 其 他 一 些 光 学 设 备 , 但 是 一 个 通 用 的 标 准 却 没 有 建 立 起 来 。 最 近 德 国 的
Physikalisch-Technische Bundesanstalt(Breil 等 ,2002) 发 表 数 据 说 , 即 使 是 非 常
熟 练 的 原 子 力 显 微 镜 使 用 者 , 对 同 样 一 个 特 征 的 测 量 也 有 很 明 显 的 差 别 。 没 有 一 个 公 用 的
标 准 , 这 些 工 具 不 能 在 纳 米 精 度 下 矫 正 , 于 是 对 于 实 验 室 和 加 工 厂 来 说 , 对 比 实 验 、 交 换
和 比 较 数 据 变 得 非 常 不 现 实 。 同 时 , 也 没 有 一 个 关 于 纳 米 安 全 健 康 的 法 律 标 准 。 纳 米 颗 粒
的 大 小 、 性 质 的 制 作 工 艺 也 缺 乏 一 个 官 方 的 标 准 。
在 我 们 召 开 的 工 业 界 研 讨 会 上 出 示 的 证 据 表 明 , 发 展 优 秀 通 用 的 测 量 标 准 非 常 困 难 。 在
一 个 单 独 的 实 验 室 或 者 机 构 里 , 在 纳 米 尺 度 上 进 行 工 作 并 没 有 特 别 的 困 难 , 这 是 因 为 一 些 特
征 物 品 ( 不 管 是 通 用 的 或 是 像 硅 晶 格 一 样 的 内 部 “ 黄 金 ” 标 准 ) 可 以 被 用 来 校 准 各 种 设 备 ,
从 而 在 一 套 测 量 之 间 可 以 建 立 自 恰 关 系 。 为 达 到 这 个 目 标 , 必 须 严 格 的 控 制 振 动 、 热 交 换 等
等 不 利 影 响 。 但 是 , 纳 米 及 以 下 尺 度 上 绝 对 长 度 的 测 量 与 确 定 是 非 常 困 难 和 昂 贵 的 。
3.3.2 长 度 测 量
尽 管 现 在 没 有 一 个 适 用 的 国 际 标 准 , 但 是 可 以 在 三 维 尺 度 上 为 原 子 力 显 微 镜 进 行 长 度
测 量 校 准 的 人 工 结 构 已 经 存 在 了 。 这 些 结 构 也 可 用 来 校 正 针 尖 , 因 为 扫 描 表 面 的 针 尖 的 准
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确 形 状 对 于 长 度 测 量 影 响 很 大 , 尤 其 是 在 针 尖 变 钝 的 情 况 下 。 英 国 的 国 家 物 理 实 验 室 在 正
式 的 计 量 学 上 有 很 高 的 信 誉 , 在 发 展 测 量 能 力 上 也 做 了 突 出 贡 献 , 如 今 负 责 英 国 的 国 家 标
准 。 该 实 验 室 在 纳 米 的 复 现 方 面 成 果 卓 著 , 它 主 要 利 用 光 学 和 X 射 线 干 涉 方 法 , 当 使 用 足
够 大 的 波 前 时 可 以 在 纳 米 量 级 的 不 确 定 数 量 级 上 校 正 各 种 传 递 标 准 。 但 是 , 类 似 光 的 干 涉
方 法 在 测 量 比 光 的 波 长 还 要 小 的 物 质 的 时 候 就 不 实 用 。 很 多 表 面 测 量 利 用 X 光 直 接 比 较 反
射 或 衍 射 的 差 别 。 从 商 业 价 值 看 来 , 这 类 测 量 学 的 尝 试 可 能 会 做 的 更 好 , 更 容 易 上 手 。 毫
无 疑 问 的 是 , 在 纳 米 测 量 上 更 好 的 教 育 能 更 好 的 推 动 这 个 发 展 。
3.3.3 力 测 量
和 长 度 测 量 一 样 , 力 测 量 也 是 纳 米 测 量 学 中 一 个 重 要 的 领 域 。 如 果 表 面 力 学 量 可 以 定
量 测 量 , 那 么 生 物 和 其 他 软 表 面 的 测 量 更 需 要 加 强 探 针 刚 性 和 几 何 形 状 的 控 制 。 现 在 科 研
中 很 希 望 测 量 蛋 白 质 和 核 苷 酸 的 弹 性 , 测 量 与 其 他 分 子 结 合 力 的 大 小 。 现 在 这 个 领 域 的 缺
口 非 常 大 , 对 于 皮 牛 顿 到 微 牛 顿 的 力 测 量 需 求 非 常 迫 切 。 现 在 虽 然 一 些 研 究 工 作 正 在 开 展
中 ,NPL 和 美 国 国 家 标 准 局 都 在 寻 求 基 于 静 电 力 的 方 法 , 但 是 依 然 没 有 一 个 合 适 可 行 的 方
案 。 一 些 国 家 实 验 室 内 部 或 者 国 家 实 验 室 资 助 的 团 体 在 研 究 将 力 和 电 学 性 质 、 以 及 量 子 标
准 联 系 起 来 的 体 系 。 但 是 这 些 研 究 都 还 停 留 在 实 验 室 研 究 阶 段 , 基 础 领 域 还 有 非 常 多 的 工
作 要 做 , 小 于 毫 牛 顿 的 力 标 准 还 没 有 形 成 。 不 像 长 度 测 量 , 这 里 缺 乏 一 些 可 行 或 实 用 的 手
段 。AFM 悬 臂 有 纳 牛 顿 级 别 的 分 辨 率 , 但 是 它 的 矫 正 需 要 间 接 计 算 , 而 且 每 次 重 复 可 比 较
性 差 。 一 些 纳 米 压 痕 机 械 测 量 硬 度 利 用 了 MEMS( 微 电 子 力 系 统 ), 同 样 也 有 广 义 上 重 复 性
的 问 题 。 总 之 , 除 了 标 准 之 外 , 我 们 还 迫 切 需 要 实 验 室 和 工 业 用 的 纳 米 力 学 仪 器 。
3.3.4 单 分 子 测 量
从 更 长 远 看 来 , 我 们 期 待 单 分 子 尺 度 测 量 技 术 的 发 展 。 在 分 子 被 连 接 在 衬 底 上 的 情 况
下 , 单 个 有 机 分 子 或 者 单 壁 碳 纳 米 管 的 测 量 已 经 完 成 。 电 子 显 微 镜 和 AFM、STM 测 量 形 貌
已 经 非 常 常 见 , 更 多 的 兴 趣 转 移 到 分 子 的 刚 性 上 , 测 试 在 断 裂 前 一 刻 的 张 力 或 者 测 量 从 不
同 衬 底 上 拉 下 来 的 力 。AFM 就 可 以 很 好 的 独 立 完 成 这 样 一 个 工 作 。
3.3.5 应 用
测 量 学 形 成 了 半 导 体 业 的 基 础 , 并 得 到 了 前 所 未 有 的 发 展 。ITRS( 国 际 半 导 体 技 术 发
展 规 划 ) 中 指 出 纳 米 测 量 学 的 发 展 取 决 于 , 它 能 否 和 半 导 体 业 同 步 减 小 特 征 尺 寸 。 减 小 特
征 尺 寸 , 压 缩 设 备 的 电 学 参 数 以 及 新 材 料 微 物 理 量 测 量 带 来 新 的 机 遇 。 为 达 到 期 待 的 尺 度 ,
测 量 工 具 必 须 有 原 子 级 别 的 测 量 能 力 。 综 合 来 看 是 设 备 设 计 的 不 确 定 性 , 使 得 预 测 长 期 的
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测 量 学 需 要 非 常 困 难 , 特 别 制 作 可 靠 , 需 要 的 测 量 。 当 前 重 要 的 任 务 是 把 测 量 的 数 据 和 制
造 过 程 结 合 起 来 。
半 导 体 工 艺 的 发 展 潜 力 , 特 别 是 不 断 降 低 尺 寸 可 以 用 作 为 利 用 光 刻 技 术 , 正 与 MEMS
设 备 制 造 工 艺 结 合 , 制 造 出 小 于 100nm 的 电 子 机 械 部 件 。 纳 米 测 量 学 中 对 于 这 些 纳 米 级 别
的 纳 电 子 机 械 系 统 (NEMS) 设 备 非 常 有 兴 趣 。 例 如 Schwab 等 (2000) 制 造 出 了 一 个 NEMS 设
备 , 能 够 测 量 热 电 导 的 量 子 化 。
另 一 个 研 究 组 做 成 了 超 薄 硅 悬 臂 梁 , 拥 有 渺 牛 顿 (10 -18 N) 的 精 度 。 这 些 器 件 在 单 分
子 性 质 的 表 征 上 有 潜 在 的 应 用 , 并 说 明 了 NEMS 领 域 在 怎 样 增 加 着 纳 米 计 量 学 的 能 力 。
纳 米 测 量 学 的 地 位 , 特 别 是 对 测 量 标 准 化 的 需 要 将 在 8.4.3 节 详 细 讨 论 。 我 们 需 要 一
个 标 准 , 可 以 在 工 业 界 和 实 验 室 校 准 仪 器 。 我 们 认 为 最 好 是 由 贸 易 和 工 业 部 国 家 测 量 系 统
委 员 会 决 定 , 需 要 工 业 界 的 支 持 。
我 们 希 望 贸 易 和 工 业 部 支 持 纳 米 测 量 的 标 准 化 , 在 国 家 测 量 系 统 委 员 会 资 金 支 持 下 对
工 业 界 量 化 管 理 。 希 望 英 国 走 在 国 际 纳 米 测 量 技 术 标 准 化 的 最 前 沿 。
我 们 很 高 兴 的 知 道 , 作 为 欧 洲 标 准 技 术 委 员 会 纳 米 技 术 工 作 组 的 成 员 , 英 国 标 准 研 究
院 正 在 进 行 这 个 领 域 里 的 初 步 尝 试 。
图 框 3.1: 纳 米 计 量 学 中 的 仪 器
a) 电 子 束 技 术
透 射 电 子 显 微 镜 被 用 来 测 量 微 观 结 构 及 纳 米 结 构 的 内 部 组 织 结 构 。 它 通 过 穿 过 样 品
的 透 射 电 子 以 及 使 用 磁 透 镜 聚 焦 结 构 组 织 的 像 来 工 作 , 很 像 传 统 的 光 学 透 镜 中 光 通 过 材
料 传 播 。 由 于 电 子 的 波 长 比 光 的 波 长 短 , 透 射 电 子 显 微 像 比 光 学 显 微 像 有 更 高 的 空 间 分
辨 率 。 透 射 电 子 显 微 术 能 够 揭 示 内 部 结 构 以 及 在 某 些 情 况 下 单 独 原 子 的 详 细 细 节 。 透 射
电 子 显 微 镜 的 样 品 必 须 很 薄 ( 通 常 小 于 100nm), 以 至 于 许 多 电 子 能 够 通 过 样 品 传 播 。 但
是 , 某 些 材 料 , 比 如 纳 米 管 、 纳 米 晶 粉 末 或 者 小 的 团 簇 , 能 够 直 接 通 过 沉 淀 在 具 有 碳 膜
的 透 射 电 子 显 微 镜 栅 格 上 进 行 分 析 。 透 射 电 子 显 微 镜 和 高 分 辨 透 射 电 子 显 微 镜 是 用 来 使
样 品 的 内 部 结 构 成 像 的 及 其 重 要 的 工 具 。 而 且 , 如 果 高 分 辨 透 射 电 子 显 微 镜 配 置 齐 全 ,
通 过 利 用 样 品 中 原 子 与 电 子 的 相 互 作 用 可 以 做 化 学 分 析 。
扫 描 电 子 显 微 镜 采 用 许 多 为 透 射 电 子 显 微 镜 开 发 的 基 本 技 术 来 提 供 与 样 品 有 关 的
表 面 特 征 的 像 。 一 束 电 子 在 样 品 的 表 面 会 聚 成 直 径 大 约 1nm 的 斑 点 , 并 且 通 过 表 面 来 回
地 扫 描 。 通 过 产 生 的 反 射 ( 背 散 射 ) 电 子 或 者 当 入 射 电 子 使 二 次 电 子 减 速 时 从 样 品 逸 出
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的 电 子 可 以 揭 示 样 品 的 表 面 形 貌 。 一 个 直 观 的 图 像 , 携 带 着 由 束 斑 与 沿 每 个 扫 描 线 的 每
点 的 样 品 相 互 作 用 产 生 的 信 号 , 被 同 时 在 阴 极 射 线 管 的 荧 光 面 上 积 累 , 类 似 于 电 视 图 像
的 产 生 方 式 。 目 前 可 以 得 到 的 最 好 的 空 间 分 辨 率 是 1nm 的 范 围 。
b) 扫 描 探 针 技 术
扫 描 探 针 显 微 术 利 用 针 尖 和 表 面 的 相 互 作 用 获 得 图 像 。 针 尖 离 被 测 的 表 面 很 近 , 上
下 轻 敲 进 行 扫 描 。 扫 描 隧 道 显 微 镜 由 Gerd Binnig 和 Heinrich Rohrer 在 1981 年 发 明 ,
他 们 在 1986 年 获 得 诺 贝 尔 物 理 学 奖 。 这 里 , 导 电 针 尖 离 表 面 足 够 近 ( 通 常 约 0.5nm),
以 至 于 电 子 能 够 通 过 缝 隙 隧 穿 。 这 种 方 法 提 供 了 表 面 结 构 和 原 子 分 辨 率 的 电 子 的 信 息 。
扫 描 隧 道 显 微 镜 的 发 明 直 接 带 动 了 其 它 的 扫 描 探 针 显 微 镜 的 发 展 , 比 如 原 子 力 显 微 镜 。
原 子 力 显 微 镜 利 用 在 韧 性 梁 或 悬 臂 末 端 的 针 尖 。 当 针 尖 通 过 样 品 扫 描 时 , 悬 臂 末 端 的 位
移 被 测 量 , 通 常 是 激 光 束 。 不 像 扫 描 隧 道 显 微 镜 的 样 品 必 须 是 导 电 的 , 原 子 力 显 微 镜 能
够 使 绝 缘 材 料 成 像 , 这 仅 仅 是 因 为 这 信 号 与 针 尖 和 样 品 间 的 力 相 一 致 , 这 反 映 了 被 扫 描
通 过 的 形 貌 。
原 子 力 显 微 镜 有 几 种 不 同 的 模 式 。 在 接 触 式 模 式 中 , 针 尖 接 触 样 品 。 这 种 模 式 实 施
简 单 但 是 由 于 在 软 材 料 上 的 针 尖 的 打 滑 运 动 会 导 致 样 品 损 坏 。 轻 敲 模 式 缓 和 了 这 困 难 ,
针 尖 是 摆 动 的 而 且 仅 间 歇 式 接 触 , 因 此 扫 描 时 的 打 滑 运 动 减 小 。 非 接 触 式 模 式 针 尖 只 能
检 测 与 表 面 的 吸 引 力 , 不 会 引 起 损 坏 。 与 排 斥 力 相 比 这 种 力 很 弱 , 因 此 这 种 模 式 在 技 术
上 操 作 困 难 。 在 大 的 针 尖 - 表 面 间 隔 的 非 接 触 式 模 式 中 , 图 像 分 辨 率 差 , 这 种 技 术 很 少
使 用 。 但 是 , 在 小 的 间 隔 中 , 要 求 维 持 专 门 的 原 子 力 显 微 镜 装 置 , 在 非 接 触 式 模 式 的 原
子 力 显 微 镜 中 能 够 获 得 准 确 的 原 子 分 辨 率 。
原 子 力 显 微 镜 有 几 种 不 同 的 模 式 。 在 接 触 式 模 式 中 , 针 尖 接 触 样 品 , 这 种 模 式 实 施
简 单 但 是 由 于 在 软 材 料 上 的 针 尖 的 打 滑 运 动 会 导 致 样 品 损 坏 。 轻 敲 模 式 缓 和 这 困 难 , 针
尖 是 摆 动 的 而 且 仅 间 歇 式 接 触 , 因 此 扫 描 时 的 打 滑 运 动 减 小 。 非 接 触 式 模 式 针 尖 只 能 检
测 与 表 面 的 吸 引 力 , 不 会 引 起 损 坏 。 与 排 斥 力 相 比 这 种 力 很 弱 , 因 此 这 种 模 式 在 技 术 上
操 作 困 难 。 在 大 的 针 尖 - 表 面 间 隔 的 非 接 触 式 模 式 中 , 图 像 分 辨 率 差 , 这 种 技 术 很 少 使
用 。 但 是 , 在 小 的 间 隔 中 , 要 求 维 持 专 门 的 原 子 力 显 微 镜 装 置 , 在 非 接 触 式 模 式 的 原 子
力 显 微 镜 中 能 够 获 得 准 确 的 原 子 分 辨 率 。
c) 光 镊 ( 单 束 梯 度 捕 获 )
光 镊 技 术 使 用 单 个 激 光 束 ( 通 过 高 质 量 的 显 微 镜 物 镜 聚 焦 的 ) 在 样 品 面 上 形 成 一 个
斑 点 。 从 斑 点 处 的 辐 射 压 力 和 梯 度 力 产 生 一 个 “ 光 学 陷 阱 ”, 这 能 够 在 它 的 中 心 夹 住 粒
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子 。 这 样 , 小 的 原 子 间 的 力 和 位 移 能 够 被 测 量 出 来 。 能 够 被 分 析 的 样 品 范 围 从 单 个 原 子
和 微 米 大 小 的 球 体 到 DNA 链 和 活 细 胞 。 现 在 , 光 镊 是 手 术 和 测 量 的 标 准 方 法 。 许 多 陷 阱
能 够 与 其 它 的 光 学 技 术 同 时 使 用 , 例 如 激 光 手 术 刀 , 能 够 切 下 被 用 来 研 究 的 离 子 。
3.4 电 子 学 , 光 电 子 学 和 信 息 通 信 科 学 (ICT)
3.4.1 电 子 学 , 光 电 子 学 和 信 息 通 信 科 学 (ICT) 介 绍
过 去 的 30 年 IT 产 业 的 发 展 影 响 者 全 社 会 人 类 的 生 活 。 这 个 革 命 的 核 心 是 知 识 的 共 享 ,
不 论 是 出 版 的 文 字 , 图 像 还 是 声 音 。 它 需 要 与 地 球 另 一 边 的 人 及 时 沟 通 , 以 最 合 适 的 方 式
最 快 的 传 输 , 这 样 对 于 存 储 和 处 理 数 据 的 技 术 , 传 输 与 转 换 成 可 读 格 式 的 工 作 量 就 非 常 大 ,
它 同 样 还 需 要 安 全 的 编 码 格 式 , 能 够 保 护 个 人 隐 私 。
IT 产 业 的 估 计 价 值 在 1 万 亿 美 元 , 平 均 到 全 地 球 每 个 人 , 达 到 150 美 元 一 个 人 。 估
计 总 值 将 达 到 3 万 亿 美 元 , 没 有 那 个 工 业 像 IT 产 业 一 样 , 对 小 型 化 如 此 的 苛 求 。 我 们 来
看 看 晶 体 管 在 过 去 30 年 中 集 成 数 量 的 变 化 就 可 以 明 白 了 。1971 年 Intel 第 一 块 芯 片 编 号
4004 集 成 了 2300 个 晶 体 管 , 计 算 速 度 80 万 次 一 秒 。 到 了 2003 年 ,Intel Xeon 处 理 器 集
成 了 1.08 亿 个 晶 体 管 , 计 算 速 度 达 到 30 亿 次 每 秒 。 与 过 去 相 比 , 计 算 机 芯 片 的 大 小 没 有
明 显 的 改 变 , 只 是 晶 体 管 和 整 个 线 路 已 经 明 显 的 变 小 了 。 单 个 芯 片 的 晶 体 管 集 成 度 和 计 算
速 度 增 长 , 极 大 的 推 动 了 IT 产 业 的 经 济 发 展 。1971 年 制 作 单 个 晶 体 管 需 要 10 美 分 , 现
在 只 需 要 千 分 之 一 美 分 , 对 未 来 15 年 的 规 划 由 权 威 ITRS 蓝 图 一 一 记 录 下 来 , 记 录 下 这 个
技 术 各 个 要 素 的 详 细 信 息 , 发 展 过 程 中 的 每 一 步 改 进 。 这 个 蓝 图 包 括 了 所 有 直 接 或 间 接 融
入 硅 芯 片 制 造 业 的 工 业 , 主 要 有 材 料 、 结 构 、 计 量 、 过 程 控 制 , 以 及 制 造 中 的 环 境 健 康 等
问 题 。
3.4.2 电 子 学 , 光 电 子 学 和 信 息 通 信 科 学 (ICT) 的 发 展
在 ICT 中 的 纳 米 科 学 研 究 和 其 他 的 纳 米 科 学 研 究 一 样 , 都 非 常 想 进 一 步 了 解 纳 米 量 级
的 材 料 、 设 备 的 性 质 、 缩 小 制 造 、 控 制 工 艺 中 尺 度 误 差 , 开 发 有 经 济 价 值 的 工 业 产 品 。 毫
无 疑 问 的 是 ,ICT 部 门 有 效 的 推 动 了 纳 米 科 学 的 进 步 。 事 实 上 , 第 一 次 使 用 纳 米 科 学 这 个
词 就 与 半 导 体 工 业 中 越 来 越 重 要 的 超 薄 层 有 关 系 。 从 那 以 后 , 关 于 半 导 体 设 备 制 作 的 各 方
面 进 步 , 从 基 础 理 论 到 工 业 技 术 都 标 志 着 纳 米 科 学 进 步 的 里 程 碑 , 并 且 可 以 预 计 , 以 后 依
旧 会 这 样 。 减 小 设 备 的 大 小 的 期 望 可 以 更 高 的 推 动 全 世 界 研 究 纳 米 科 学 的 兴 趣 。 从 经 济 方
面 和 历 史 因 素 考 虑 , 在 可 见 的 未 来 ICT 部 门 非 常 有 可 能 继 续 使 用 与 硅 相 关 的 产 品 。 但 是 在
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ITRS 路 线 图 的 结 尾 , 大 约 在 2018 年 左 右 , 就 是 摩 尔 定 律 预 言 的 终 点 处 , 可 能 会 大 力 发 展
替 代 工 艺 , 或 者 杂 合 式 电 子 技 术 , 比 如 导 电 性 的 聚 合 物 , 这 个 将 在 下 面 讨 论 。
3.4.3 当 前 的 应 用
电 脑 芯 片
以 ITRS 路 线 图 看 来 , 电 脑 芯 片 技 术 进 步 中 “ 小 型 化 ” 的 重 要 地 位 可 以 定 义 为 制 造 业
的 标 准 。 当 前 Intel Xeon 的 130nm 技 术 标 准 标 志 着 动 态 随 机 存 取 存 储 器 (DRAM) 的 半 间
距 ( 一 个 记 忆 单 元 中 相 邻 两 个 金 属 导 线 距 离 的 一 半 ) 技 术 的 重 要 参 数 , 必 须 在 这 个 精 度 里 完
成 压 印 , 加 工 和 度 量 工 作 。 做 为 比 较 ,1971 年 Intel4004 型 芯 片 利 用 的 是 10000nm 技 术 ,
到 2007 年 和 2013 年 估 计 会 使 用 65nm 和 32nm 技 术 。 简 单 来 说 , 电 脑 芯 片 正 在 使 用 纳 米 技
术 , 并 在 20 年 内 继 续 使 用 纳 米 技 术 。 此 外 , 不 能 简 单 的 说 DRAM 半 间 距 是 在 纳 米 尺 度 上 的 ,
而 是 在 这 个 领 域 中 的 所 有 研 究 , 定 位 , 芯 片 产 品 都 是 在 纳 米 尺 度 上 。 某 些 时 候 , 甚 至 在 亚
纳 米 的 原 子 尺 度 上 。 这 些 工 具 在 如 下 的 方 面 支 持 着 IT 工 业 :1、 高 级 的 电 脑 设 备 和 原 子 量
级 的 材 料 ;2、 可 以 分 辨 单 个 原 子 的 显 微 镜 ;3、 在 30cm 的 硅 片 上 准 确 找 到 特 定 原 子 的 定
位 系 统 ;4、 原 子 级 别 平 整 的 薄 膜 生 长 技 术 , 以 及 在 小 于 10nm 尺 度 上 刻 蚀 如 DRAM 一 类 特
定 图 案 的 光 刻 技 术 。
信 息 存 储
在 IT 领 域 里 , 存 储 数 据 的 存 储 器 也 在 飞 速 发 展 。 存 储 器 还 分 为 两 部 分 , 固 体 介 质 的
存 储 器 , 比 如 处 理 器 芯 片 中 DRAM 或 者 数 码 相 机 闪 存 中 的 存 储 数 据 。 另 一 种 是 磁 盘 介 质 ,
比 如 电 脑 中 的 硬 盘 。 固 体 介 质 存 储 器 本 质 上 和 电 脑 芯 片 同 样 的 技 术 和 工 艺 , 同 样 的 设 计 方
法 , 同 样 希 望 把 更 集 成 更 多 存 储 器 再 固 定 的 大 小 上 , 使 得 单 个 设 备 总 集 成 存 储 器 个 数 变 大 。
但 是 磁 盘 的 发 展 却 朝 向 一 个 不 同 的 方 向 , 因 为 它 在 一 个 旋 转 的 磁 盘 上 依 靠 磁 性 的 读 写 信
息 。 因 而 主 要 的 技 术 发 展 在 于 机 械 或 更 严 格 的 说 是 电 机 械 方 面 的 进 步 。 但 是 , 尺 度 大 小 成
为 磁 盘 的 一 个 重 要 参 数 , 因 为 磁 盘 是 一 个 小 介 质 存 储 大 量 数 据 的 介 质 。 下 面 我 们 看 看 50
年 来 磁 盘 的 变 化 。1956 年 IBM 公 司 制 造 出 第 一 块 磁 盘 , 需 要 50 块 24 英 寸 的 磁 盘 来 存 储
5M 的 信 息 , 但 到 了 1999 年 , 一 个 73G(1G=1000M) 的 磁 盘 可 以 用 在 个 人 电 脑 使 用 , 换 句
话 说 , 就 是 在 一 个 比 1956 年 硬 盘 小 一 千 倍 的 硬 盘 上 存 下 了 14000 倍 的 数 据 。 虽 然 当 今 高
密 度 存 储 的 一 个 比 特 信 息 存 储 间 隔 已 经 小 于 100nm, 但 是 硬 盘 其 他 方 面 甚 至 需 要 比 这 个 更
高 的 精 度 。 另 一 个 纳 米 科 学 在 这 个 方 面 的 应 用 ——CD 和 DVD 的 普 及 已 是 妇 孺 皆 知 。
光 电 子 学
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IT 产 业 另 一 个 重 要 的 元 素 是 光 电 子 学 以 及 相 关 的 设 备 , 比 如 转 化 电 信 号 到 光 信 号 的
数 据 传 输 , 感 应 光 信 号 的 感 应 器 , 以 及 未 来 可 能 的 光 计 算 器 , 在 这 个 领 域 的 技 术 与 上 面 提
到 的 设 备 密 切 相 关 , 与 仪 器 的 发 展 同 步 进 行 。 虽 然 一 些 光 电 子 设 备 不 一 定 需 要 如 同 计 算 机
一 样 小 型 化 , 但 是 仍 然 存 在 小 型 化 的 趋 势 , 一 些 正 在 使 用 的 设 备 , 比 如 量 子 井 激 光 , 液 晶
显 示 器 在 制 造 过 程 中 需 要 纳 米 级 别 的 精 度 。
3.4.4 未 来 应 用 的 展 望
未 来 IT 硬 件 的 发 展 可 以 分 为 两 条 路 , 一 条 是 沿 着 ITRS 设 计 好 的 路 线 ( 规 划 到 2018
年 ), 而 另 一 个 路 线 是 寻 找 替 代 的 技 术 和 材 料 来 取 代 规 划 好 的 路 线 。
规 划 的 蓝 图 中 , 小 型 化 是 当 前 技 术 的 驱 动 力 , 于 是 22nm 的 技 术 瓶 颈 将 在 2016 年 迫 近 。
设 立 这 个 目 标 后 , 很 多 问 题 都 可 以 预 见 到 。 很 多 困 难 在 规 划 蓝 图 中 详 细 预 计 , 但 是 它 忽 略
了 一 些 革 新 带 来 的 性 能 改 善 , 比 如 新 材 料 应 用 , 小 于 50nm 的 印 制 技 术 应 用 , 以 及 高 级 的
集 成 定 位 系 统 应 用 于 在 纳 米 尺 度 探 测 缺 陷 。 这 样 子 纳 米 科 学 将 在 新 一 代 的 芯 片 中 起 关 键 作
用 , 相 关 技 术 比 如 闪 存 也 将 面 临 同 样 的 目 标 , 小 体 积 大 容 量 , 也 会 得 到 大 力 发 展 。
硬 盘 技 术 , 虽 然 没 有 明 确 写 进 ITRS 蓝 图 里 , 会 沿 着 增 加 存 储 密 度 的 路 发 展 。 但 是 ,
这 样 会 有 几 个 方 面 会 有 巨 大 的 进 步 彻 底 改 变 数 据 存 储 工 业 。 其 中 比 较 明 显 的 是 固 体 介 质 代
替 磁 盘 存 储 器 , 随 着 固 体 介 质 容 量 的 增 长 和 防 振 的 先 天 优 势 , 这 个 趋 势 在 个 人 随 身 听 市 场
已 经 非 常 明 显 。 但 是 预 计 在 大 容 量 存 储 上 , 不 论 是 磁 盘 还 是 光 盘 都 是 更 合 适 的 选 择 , 特 别
是 未 来 比 特 数 据 会 变 得 更 小 。 这 个 领 域 是 纳 米 科 学 发 挥 活 力 的 良 好 场 所 。
光 电 学 虽 然 不 是 像 电 脑 芯 片 和 数 据 存 储 那 样 , 但 是 依 然 有 很 多 它 自 己 的 困 难 。 将 光 组
件 集 成 到 硅 芯 片 上 刚 刚 起 步 , 期 待 在 未 来 有 更 好 的 发 展 。 另 一 个 纳 米 科 学 跃 跃 欲 试 的 领 域
是 有 光 能 级 差 的 材 料 , 我 们 可 以 通 过 控 制 光 透 过 仪 器 来 实 现 光 子 的 计 算 作 用 。 不 论 是 刻 蚀
还 是 自 组 装 的 , 光 晶 体 都 会 精 确 地 限 制 光 路 , 于 是 传 输 和 运 算 功 能 在 同 一 个 结 构 中 完 成 。
一 个 典 型 的 光 晶 体 包 括 在 绝 缘 材 料 上 一 系 列 小 孔 , 有 10nm 以 下 的 刻 蚀 技 术 完 成 , 于 是 空
的 周 期 律 决 定 材 料 对 光 的 传 输 能 力 。 光 晶 体 的 发 展 使 得 光 集 成 电 路 会 比 以 前 大 大 缩 小 , 在
通 信 和 光 计 算 领 域 有 深 远 影 响 。
量 子 计 算 机 和 量 子 密 码 也 将 从 光 电 子 学 中 受 益 。 这 两 个 技 术 依 赖 于 量 子 能 级 : 随 着 结
构 体 积 越 来 越 小 , 不 连 续 的 能 级 越 来 越 明 显 。 假 设 我 们 能 够 从 复 杂 材 料 中 做 出 纳 米 结 构 ,
大 约 十 年 以 后 的 量 子 编 码 技 术 ( 一 个 更 保 密 的 密 码 技 术 ) 将 取 代 现 有 的 密 码 技 术 。 在 同 样
的 时 间 标 准 下 , 量 子 计 算 机 可 以 解 决 传 统 计 算 机 很 难 甚 至 很 难 解 决 的 问 题 。
一 旦 利 用 上 面 所 述 的 技 术 控 制 了 光 相 互 作 用 的 地 点 、 时 间 、 方 式 , 一 个 在 分 子 层 次 上
的 光 谱 学 将 诞 生 。 比 如 利 用 一 系 列 的 光 镊 组 装 平 面 图 样 , 新 光 刻 蚀 方 法 制 作 电 脑 芯 片 , 并
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且 能 探 测 单 分 子 的 探 测 传 感 器 。 最 后 提 到 的 光 探 测 传 感 器 能 够 在 一 滴 血 中 探 测 单 个 分 子 ,
只 是 一 个 纳 米 科 技 中 新 的 挑 战 , 不 仅 因 为 它 需 要 很 高 的 精 度 , 而 且 它 需 要 电 子 , 光 学 , 化
学 , 生 物 化 学 和 医 药 学 知 识 的 综 合 , 才 能 系 统 的 经 济 的 可 靠 的 检 测 人 体 健 康 情 况 。 一 个 很
好 的 例 子 是 在 一 滴 血 放 在 特 定 的 芯 片 上 几 乎 可 以 瞬 间 诊 断 人 的 疾 病 。 这 需 要 一 个 集 成 很 多
生 物 化 学 敏 感 的 能 鉴 别 血 液 成 分 的 芯 片 。 这 种 检 测 手 段 也 可 以 植 入 体 内 , 持 续 性 检 测 身 体
健 康 状 况 , 比 如 可 以 控 制 糖 尿 病 等 。 还 有 很 多 其 他 在 医 药 学 的 应 用 , 使 得 这 个 领 域 一 直 受
人 关 注 。
“ 非 蓝 图 ” 的 技 术 也 会 与 上 面 IT 部 分 一 样 依 赖 于 纳 米 科 学 与 技 术 的 发 展 , 但 是 在 开
发 材 料 和 工 艺 方 面 没 有 和 传 统 工 艺 一 样 受 到 限 制 。 比 如 说 塑 料 电 子 就 是 一 个 良 好 的 替 代 材
料 。 虽 然 它 不 能 和 硅 芯 片 相 比 , 但 是 由 于 价 格 便 宜 , 提 供 了 一 种 相 对 便 宜 的 选 择 。 对 于 较
为 经 济 的 电 子 , 光 电 子 领 域 应 用 里 , 如 果 数 据 密 度 、 速 度 不 是 很 重 要 , 塑 料 可 以 为 电 子 学
提 供 良 好 的 支 持 。 塑 料 电 子 器 件 已 经 在 商 业 中 应 用 , 并 且 有 非 常 广 阔 的 前 景 。 相 同 地 , 单
分 子 作 为 功 能 材 料 使 用 在 未 来 的 电 路 中 是 纳 米 科 学 中 重 要 的 一 环 , 单 分 子 通 常 大 小 为 1nm,
是 小 型 化 的 极 限 。 事 实 上 , 对 小 型 化 的 猜 想 可 以 追 溯 到 1959 年 费 曼 先 生 , 小 型 化 到 分 子
层 次 是 当 前 可 以 预 示 的 结 果 , 传 统 的 硅 芯 片 晶 体 管 有 十 几 个 纳 米 的 大 小 限 制 。 纳 米 科 学 继
续 扩 展 存 储 、 处 理 数 据 的 构 想 , 企 盼 量 子 计 算 机 和 原 子 存 储 器 的 问 世 , 那 时 将 信 息 存 储 在
一 个 原 子 上 。
感 应 器
纳 米 技 术 在 感 应 器 的 进 步 中 发 挥 着 重 要 的 作 用 。 首 先 , 理 想 的 感 应 器 应 该 尽 量 消 除 植
入 带 来 的 影 响 , 于 是 越 小 越 好 。 它 包 括 能 源 供 应 , 感 应 部 分 ( 感 应 信 号 产 生 电 信 号 ), 传
2
输 信 息 到 远 方 的 接 收 器 。 把 这 些 东 西 集 成 到 一 个 小 于 1 mm 的 芯 片 上 和 IT 业 一 样 需 要 纳
米 技 术 的 支 持 。 其 次 , 纳 米 科 学 可 以 使 得 感 应 器 更 加 特 异 、 灵 敏 。 感 应 器 线 度 的 减 小 , 感
应 器 有 效 感 受 面 积 也 会 减 少 , 需 要 更 加 灵 敏 的 感 受 器 。 我 们 认 为 感 应 器 的 感 受 极 限 是 一 个
分 子 水 平 , 和 纳 米 科 学 的 长 度 底 线 一 样 , 这 将 是 一 个 非 常 有 挑 战 性 的 工 作 。
纳 米 技 术 期 待 能 够 生 产 更 小 更 便 宜 却 更 灵 敏 的 感 应 器 , 这 样 就 能 使 其 有 更 广 泛 的 用
途 。 比 如 , 检 测 饮 用 水 的 质 量 , 测 量 建 筑 中 力 学 应 力 大 小 , 监 测 交 通 工 具 的 磨 损 , 检 测 环
境 中 的 污 染 , 检 查 食 物 可 食 用 性 或 者 持 续 性 监 测 健 康 状 况 。 这 些 进 步 可 以 带 来 更 安 全 、 更
有 效 、 更 个 性 化 的 健 康 护 理 , 能 够 为 商 业 带 来 利 益 。 但 是 也 会 带 来 这 样 一 种 担 心 : 原 本 可
以 服 务 人 类 的 技 术 却 可 以 用 来 破 坏 个 人 隐 私 , 损 害 集 体 利 益 。 这 些 将 在 6.4 节 中 进 一 步 讨
论 , 其 他 潜 在 的 应 用 包 括 从 检 测 产 品 的 性 能 和 材 料 的 质 量 , 到 提 高 预 防 和 早 期 治 疗 , 提 高
人 的 身 体 素 质 和 健 康 状 况 。
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3.5 纳 米 生 物 技 术 和 纳 米 医 药 学
3.5.1 纳 米 生 物 技 术 和 纳 米 医 药 学 简 介
不 用 置 疑 , 最 复 杂 和 最 高 级 的 纳 米 尺 度 的 机 器 是 自 然 界 控 制 调 整 生 物 系 统 的 分 子 。 比
如 说 蛋 白 质 具 有 高 度 特 定 功 能 的 分 子 结 构 , 参 与 所 有 生 物 体 的 传 感 、 新 陈 代 谢 、 信 息 处 理
和 分 子 传 输 过 程 。 一 个 诸 如 蛋 白 质 一 样 大 小 的 纳 米 器 件 的 容 量 是 单 个 细 胞 容 量 的 一 百 万 到
十 亿 倍 , 从 这 个 角 度 说 , 生 物 的 世 界 里 有 很 多 科 学 家 有 兴 趣 的 模 板 和 原 型 。
纳 米 生 物 科 技 包 含 分 子 大 小 的 生 物 纳 米 结 构 的 性 质 和 应 用 , 它 结 合 了 化 学 、 生 物 和 物
理 学 科 的 知 识 。 但 它 不 包 括 一 些 大 尺 度 的 生 物 材 料 应 用 , 比 如 对 植 物 、 动 物 、 有 机 体 的 蛋
白 质 或 基 因 的 改 良 。 利 用 纳 米 制 作 工 艺 和 分 子 自 组 装 技 术 , 纳 米 生 物 技 术 可 以 制 作 细 胞 工
程 支 架 、 分 子 马 达 、 以 及 用 于 传 感 器 、 药 物 输 运 和 机 械 用 途 的 生 物 分 子 等 等 , 生 物 纳 米 科
技 在 医 药 学 中 对 定 向 给 药 的 构 想 从 诊 断 和 治 疗 两 方 面 提 供 了 一 个 系 统 的 可 行 的 方 法 , 也 给
医 药 领 域 提 供 了 一 种 比 MRI 核 磁 共 振 成 像 更 高 分 辨 率 的 细 胞 、 亚 细 胞 结 构 成 像 。
3.5.2 纳 米 生 物 技 术 和 纳 米 医 药 学 的 发 展
当 前 研 究 的 主 要 目 标 是 在 单 分 子 层 面 上 细 致 的 了 解 基 本 的 生 物 化 学 , 生 物 物 理 过 程 和
机 理 。 这 些 知 识 能 够 帮 助 我 们 理 解 自 然 界 的 分 子 的 规 则 , 定 理 , 可 能 会 带 来 更 多 新 的 科 技
应 用 。 在 3.3 节 我 们 讨 论 过 , 这 些 年 SPM 扫 描 探 针 显 微 镜 之 类 的 新 工 具 的 问 世 , 可 以 帮 助
我 们 在 生 物 系 统 里 面 直 接 探 测 单 个 分 子 的 运 动 。 例 子 包 括 大 的 (45nm) 分 子 旋 转 马 达 推 动
细 菌 鞭 毛 螺 旋 运 动 , 小 的 (9nm)ATP 合 成 酶 催 化 生 物 体 能 量 转 化 过 程 。 分 子 生 物 学 的 基
础 、 分 子 结 构 复 杂 变 化 可 以 利 用 AFM 和 光 镊 直 接 测 量 。 新 近 发 展 的 高 速 AFM 利 用 分 子 马 达
可 以 直 接 观 测 分 子 马 达 内 的 分 子 运 动 。 未 来 可 以 预 计 , 纳 米 生 物 技 术 和 纳 米 器 件 技 术 的 发
展 会 带 来 不 同 种 类 , 不 同 功 能 的 生 物 材 料 。 现 在 引 人 注 意 的 是 生 物 膜 蛋 白 , 这 是 一 种 调 节
很 多 生 理 过 程 的 蛋 白 质 , 它 包 含 很 多 的 离 子 通 道 , 有 选 择 性 的 允 许 离 子 进 入 细 胞 。 引 人 注
意 的 还 有 激 素 受 体 , 它 能 作 为 一 个 分 子 触 发 器 。 最 后 一 个 研 究 热 点 是 光 感 受 器 , 吸 收 单 个
光 子 而 在 不 同 的 状 态 下 跳 变 , 这 个 过 程 是 视 觉 和 光 合 作 用 的 基 础 。 大 约 有 四 分 之 一 的 基 因
与 膜 蛋 白 质 相 关 , 足 以 可 见 膜 在 生 物 科 学 里 的 重 要 性 , 同 时 膜 也 是 80% 的 新 药 物 研 究 目
标 。 单 分 子 观 测 操 控 技 术 已 经 在 系 统 的 学 习 离 子 通 道 的 选 择 性 , 开 关 特 性 , 药 物 反 应 等 等 。
3.5.3 现 在 和 将 来 的 应 用
很 多 专 家 认 为 , 纳 米 生 物 科 技 有 非 常 长 远 的 前 景 , 很 多 基 础 研 究 要 首 先 开 展 , 一 些 医
药 的 应 用 有 必 要 经 过 仔 细 的 检 查 , 严 格 的 批 准 。 估 计 这 个 应 用 过 程 需 要 10 年 甚 至 更 长 。
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在 短 期 内 , 有 可 能 利 用 蛋 白 质 ,DNA 或 者 生 物 聚 合 物 直 接 用 于 纳 米 电 子 学 , 生 物 传 感 器 应
用 , 但 是 生 物 相 容 性 和 可 靠 性 问 题 将 成 为 严 重 的 障 碍 。 仿 生 学 也 可 能 依 据 自 然 生 物 模 拟 ,
比 如 利 用 索 烃 和 轮 烷 分 别 应 用 于 旋 转 和 线 型 分 子 马 达 。
医 药 领 域 中 的 应 用 特 别 有 前 途 。 比 如 疾 病 的 诊 断 , 定 向 传 递 , 分 子 成 像 等 等 领 域 正 在
研 究 当 中 。 包 括 纳 米 粒 子 的 医 药 产 品 目 前 已 经 在 美 国 市 场 上 出 现 , 比 如 一 种 银 的 杀 菌 包 扎
胶 布 , 能 够 在 一 段 时 间 缓 慢 的 释 放 银 离 子 , 据 称 大 约 能 杀 死 150 种 不 同 的 病 原 体 。
a) 点 阵 技 术
大 尺 度 的 点 阵 技 术 利 用 相 对 大 尺 度 的 生 物 样 品 ( 毫 米 量 级 ) 在 灵 敏 性 , 大 小 和 数 据 分
析 能 力 上 不 断 进 步 。 以 前 提 出 的 DNA 芯 片 办 法 , 在 惰 性 表 面 排 列 不 同 序 列 的 DNA 分 子 如 今
已 经 在 基 因 和 蛋 白 质 分 析 中 大 规 模 应 用 。 对 更 高 精 度 , 更 小 体 积 的 构 想 推 动 出 一 个 新 型 技
术 , 芯 片 上 的 实 验 室 (lab-on-a-chip)。 它 能 够 帮 助 疾 病 诊 断 , 当 前 这 个 技 术 只 发 展 到 微
米 级 别 , 但 由 于 纳 米 级 微 流 系 统 可 能 为 纳 米 集 成 系 统 带 来 新 的 希 望 。 我 们 可 以 用 这 个 技 术
到 很 多 领 域 , 比 如 改 进 某 些 设 备 , 在 生 物 、 化 学 的 仪 器 探 测 中 有 新 的 发 展 。(Royal Society
2004a)
b) 电 子 、 信 息 和 通 信 技 术
一 个 生 物 纳 米 科 技 研 究 的 方 向 是 应 用 高 度 特 异 的 蛋 白 分 子 于 分 子 传 感 器 等 方 面 , 最 大
的 困 难 之 一 是 研 究 在 有 电 荷 在 分 子 与 金 属 , 半 导 体 , 新 型 纳 米 电 子 器 件 例 如 碳 纳 米 管 间 传
输 时 , 这 些 分 子 的 基 本 电 学 性 质 和 力 学 性 能 。 这 些 方 面 的 研 究 使 这 些 智 能 化 的 分 子 能 结 合
到 器 件 或 网 络 的 ICT 应 用 。 这 种 蛋 白 质 为 基 础 的 晶 体 管 的 实 现 是 科 学 上 一 大 难 点 。DNA 本
身 可 能 成 为 一 个 有 用 的 电 子 材 料 , 虽 然 当 前 实 验 证 据 显 示 它 不 是 一 个 好 的 电 导 体 , 但 是 作
为 一 个 模 板 , 镀 金 或 银 的 DNA 纳 米 丝 有 好 的 导 电 性 , 并 且 连 接 DNA 的 集 成 电 路 已 经 研 制 成
功 , 它 能 利 用 DNA 的 信 息 编 码 。
膜 蛋 白 噬 菌 调 理 素 的 薄 膜 和 结 晶 被 证 明 有 潜 在 的 光 学 用 途 , 例 如 光 学 寻 址 的 空 间 光 调
制 器 , 全 息 照 相 的 存 储 和 感 应 器 , 光 合 作 用 在 这 种 只 有 5 纳 米 大 小 的 蛋 白 中 进 行 , 作 为 一
个 纳 米 尺 度 的 二 极 管 并 且 能 应 用 于 单 分 子 光 电 设 备 中 。 例 如 它 和 电 导 性 的 碳 纳 米 管 和 纳 米
电 极 能 制 作 出 逻 辑 电 路 、 传 感 器 、 光 电 电 池 、 存 储 器 和 感 应 器 。
c) 自 组 装
由 上 至 下 的 纳 米 加 工 方 法 的 优 点 是 能 够 加 工 出 任 何 预 先 设 计 好 的 结 构 。 但 是 , 现 在 更
多 的 注 意 力 放 在 一 些 分 子 的 自 组 装 等 方 面 , 在 自 组 装 结 构 多 样 性 等 方 面 , 生 物 材 料 相 对 无
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机 材 料 具 有 显 著 的 优 点 。 自 然 进 化 带 来 了 惊 人 的 生 物 分 子 多 样 性 , 与 传 统 技 术 相 比 , 许 多
自 然 分 子 系 统 表 现 出 巨 大 的 功 能 性 。 其 中 最 突 出 的 合 成 材 料 的 例 子 是 DNA 基 础 上 的 几 何 结
构 ( 包 括 人 工 结 晶 ) 和 功 能 性 的 DNA 纳 米 机 械 ( 图 例 见 图 3.2)。
图 3.2 :DNA 纳 米 机 械 (a) 一 个 包 含 三 小 段 单 链 DNA 简 单 的 配 对 结 合 , 像 钳 子 一 样 ,
并 通 过 加 入 另 一 个 单 链 DNA 可 以 实 现 开 合 。A 和 B,A 和 C 的 部 分 碱 基 次 序 互 补 配 对 而 形
成 双 链 , 这 将 形 成 开 放 的 钳 子 状 态 。(b) 新 增 加 F 链 与 BC 未 配 对 部 分 碱 基 互 补 而 导 致 钳
子 闭 合 。 再 增 加 一 条 F 互 补 链 , 与 F 形 成 双 链 , 使 得 钳 子 回 到 开 放 状 态 。 这 个 机 械 的 能 量
来 源 是 副 产 品 F 双 链 的 杂 化 能 量 。(Yurke et al 2000)
生 物 材 料 与 无 机 材 料 结 合 的 杂 合 纳 米 器 械 , 如 果 能 够 自 我 复 制 , 被 认 为 是 一 个 巨 大 的
威 胁 。 正 在 进 行 的 有 关 于 生 物 器 械 应 用 的 研 究 , 包 括 非 生 物 化 学 物 材 料 的 结 合 、 传 输 , 但
与 整 个 细 胞 相 比 , 这 只 是 基 本 分 子 。 虽 然 他 们 在 化 学 能 源 的 支 持 下 能 够 运 动 , 但 是 目 前 没
有 信 服 的 理 由 相 信 他 们 能 够 自 我 复 制 , 生 命 体 的 迹 象 还 没 成 为 可 能 。
d) 药 物 输 运
纳 米 科 技 在 基 因 和 定 向 给 药 方 面 有 巨 大 潜 力 。 这 些 载 体 是 定 向 到 特 定 的 病 灶 细 胞 功 能
化 的 纳 米 颗 粒 , 它 包 含 释 放 到 细 胞 中 治 疗 的 组 分 以 及 一 个 调 节 释 放 速 度 的 传 感 器 。 这 种 方
法 的 不 同 阶 段 已 经 得 到 证 明 , 但 这 种 结 合 了 靶 向 和 控 制 释 放 的 方 法 还 没 有 完 成 。 这 种 方 式
可 能 是 最 初 的 试 验 , 这 种 技 术 的 最 终 目 标 将 完 全 为 新 的 药 物 学 而 调 整 。
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一 个 相 关 在 使 用 的 方 法 是 聚 合 物 药 物 治 疗 法 , 它 包 括 : 聚 合 物 药 物 , 聚 合 物 药 物 结 合
体 , 聚 合 物 蛋 白 质 结 合 体 , 药 物 将 被 共 价 键 结 合 的 聚 合 物 胶 囊 , 和 多 组 分 的 组 合 物 , 它 是
用 于 基 因 治 疗 的 非 病 毒 载 体 。 图 例 3.3 说 明 一 个 纳 米 颗 粒 如 何 找 到 细 胞 或 者 基 因 传 输 , 许
多 材 料 正 运 用 于 许 多 病 例 的 临 床 实 验 。 基 因 治 疗 , 使 用 将 DNA 包 裹 入 一 个 纳 米 尺 度 的 颗 粒
的 方 法 , 能 实 现 基 因 缺 陷 的 治 疗 , 例 如 囊 性 纤 维 化 和 免 疫 缺 陷 , 基 因 治 疗 使 用 病 毒 载 体 已
经 成 功 治 疗 了 十 名 有 严 重 综 合 免 疫 缺 陷 症 的 儿 童 。 这 是 致 命 的 疾 病 , 目 前 没 有 替 代 的 治 疗
方 法 , 不 幸 的 是 因 为 其 中 两 名 儿 童 诱 发 白 血 病 , 全 部 基 因 治 疗 于 2003 年 被 短 暂 停 止 。 在
严 格 的 风 险 评 估 后 , 大 部 分 试 验 已 经 得 到 了 恢 复 。 替 代 的 非 病 毒 方 法 和 纳 米 生 物 技 术 方 法
研 究 的 很 多 , 但 还 没 有 一 个 达 到 临 床 实 验 。 这 些 方 法 的 优 势 包 括 综 合 化 学 多 功 能 性 , 它 允
许 裁 减 分 子 重 量 , 仿 生 特 性 的 补 充 性 到 人 造 结 构 , 甚 至 包 括 生 物 响 应 成 分 。 体 内 纳 米 颗 粒
的 安 全 性 将 在 5.3 节 展 开 讨 论 。
图 3.3: 一 个 图 例 说 明 纳 米 颗 粒 如 何 靶 向 结 合 细 胞 , 用 于 药 物 和 基 因 运 输 。 包 裹 着 肝
炎 C 病 毒 (HCV) 外 层 蛋 白 (E2) 的 200 纳 米 半 导 体 纳 米 颗 粒 围 绕 着 肝 细 胞 ( 浅 蓝 色 ), 肝
炎 C 病 毒 (HCV) 外 层 蛋 白 (E2) 被 认 为 是 主 要 的 结 合 蛋 白 。 纳 米 颗 粒 与 病 毒 同 样 大 小 ,
所 以 它 结 合 靶 细 胞 的 方 式 和 HCV 一 样 。( 经 过 Texas Medical Branch 大 学 James F Leary
的 授 权 )
e) 药 物 发 现
纳 米 技 术 为 单 分 子 水 平 上 药 物 - 受 体 反 应 提 供 了 可 能 , 例 如 利 用 光 镊 和 原 子 力 显 微 镜 ,
直 接 使 药 物 开 发 研 究 变 得 更 容 易 。 这 种 办 法 可 以 使 得 在 症 状 出 现 之 前 , 在 单 细 胞 水 平 上 就
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能 发 现 疾 病 , 它 可 以 监 视 单 个 药 物 分 子 连 接 时 , 单 个 受 体 的 原 子 力 改 变 或 者 离 子 通 道 的 离
子 电 导 改 变 。 但 这 种 方 法 在 工 业 上 应 用 时 需 要 更 好 的 大 型 并 行 设 备 来 提 高 显 示 能 力 。
f) 医 疗 成 像
在 过 去 的 二 十 五 年 左 右 , 非 侵 入 式 的 成 像 技 术 在 医 药 领 域 产 生 了 巨 大 的 影 响 。 当 前 技
术 发 展 的 重 点 是 提 高 诸 如 核 磁 共 振 成 像 的 空 间 分 辨 率 和 对 比 度 , 纳 米 技 术 提 供 了 下 列 可
能 , 通 过 偶 联 量 子 点 或 人 工 染 色 剂 到 特 定 的 分 子 ( 比 如 蛋 白 ) 上 , 或 通 过 将 自 然 荧 光 的 蛋
白 质 与 共 聚 焦 显 微 术 和 相 关 成 像 , 实 现 细 胞 内 成 像 , 这 样 可 以 直 接 探 测 细 胞 里 的 生 物 化 学
过 程 。
g) 纳 米 技 术 和 癌 症 治 疗
美 国 的 国 家 纳 米 技 术 计 划 指 出 纳 米 科 技 可 能 成 为 治 疗 癌 症 的 新 希 望 , 它 说 :“ 可 以 预
测 到 2015 年 , 我 们 将 具 有 在 肿 瘤 出 现 的 第 一 年 里 就 能 探 测 并 治 愈 它 的 能 力 , 从 而 在 根 本 上
消 除 癌 症 的 病 痛 和 死 亡 (Roco 2004)”。 但 至 今 我 们 没 有 足 够 的 证 据 来 支 持 这 一 纳 米 技
术 将 在 近 期 和 中 期 治 愈 癌 症 的 论 点 , 并 感 到 这 一 声 称 代 表 了 一 种 将 癌 症 检 测 和 治 疗 过 度 简
单 化 的 观 点 。 虽 然 纳 米 技 术 的 一 些 手 段 的 确 可 以 应 用 于 某 些 癌 症 的 检 测 治 疗 , 但 其 它 因 素 ,
如 对 癌 症 的 环 境 起 因 的 深 入 理 解 , 公 共 健 康 措 施 , 手 术 , 药 理 , 放 射 学 管 理 的 进 步 对 减 少
癌 症 的 发 病 率 和 致 死 率 也 是 同 等 重 要 。
h) 植 入 和 修 复 术
如 我 们 在 3.2 节 中 讨 论 的 , 一 些 诸 如 纳 米 陶 瓷 一 类 的 纳 米 材 料 拥 有 一 些 性 质 : 如 高 硬
度 , 抗 磨 损 和 生 物 相 容 性 , 这 些 使 得 它 们 可 以 作 为 长 期 的 植 入 物 。 纳 米 电 子 系 统 的 发 展 带
来 高 密 度 探 测 与 高 数 据 处 理 能 力 可 能 实 现 人 造 视 网 膜 和 人 造 耳 蜗 。 这 些 领 域 已 经 得 到 了 突
破 性 进 展 , 但 是 在 临 床 试 验 前 还 有 很 多 困 难 需 要 解 决 。 同 样 的 , 纳 米 电 子 学 发 展 对 生 物 神
经 系 统 有 新 的 认 识 。 已 经 完 成 啮 齿 动 物 的 神 经 元 在 纳 米 工 艺 的 表 面 生 长 , 形 成 了 基 本 的 神
经 网 络 , 其 中 的 电 信 号 可 以 测 量 。 通 过 向 这 个 神 经 网 络 中 发 送 和 接 受 电 脉 冲 信 号 , 我 们 有
可 能 开 始 明 白 神 经 元 是 如 何 响 应 不 同 刺 激 而 形 成 记 忆 的 。
我 们 希 望 这 项 研 究 能 够 帮 助 一 些 视 觉 受 损 的 人 恢 复 光 明 , 或 者 帮 助 帕 金 森 综 合 症 的 病
人 恢 复 肌 肉 功 能 。 但 是 , 这 些 新 发 展 也 带 来 一 些 伦 理 上 的 担 忧 , 比 如 人 类 机 能 增 强 和 技 术
的 趋 同 , 特 别 是 人 体 改 造 和 能 力 的 改 善 是 否 会 损 害 残 疾 人 在 社 会 中 的 地 位 , 以 及 信 息 科 学
的 进 步 , 数 据 存 储 技 术 的 发 展 以 及 神 经 科 学 的 新 发 现 是 否 会 带 来 非 治 疗 性 的 能 力 加 强 。 这
些 问 题 将 在 6.5 节 中 详 细 讨 论 。
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4.1 概 述
第 四 章 纳 米 制 造 和 纳 米 技 术 的 工 业 应 用
在 前 面 章 节 中 , 我 们 看 到 纳 米 科 学 的 一 些 具 体 例 证 和 目 前 及 未 来 纳 米 科 技 的 许 多 应 用 。
目 前 纳 米 科 技 的 应 用 主 要 是 材 料 的 表 征 , 化 学 和 材 料 的 制 备 , 精 密 制 造 和 信 息 技 术 。 通 常 ,
这 些 应 用 代 表 渐 进 式 发 展 , 而 不 是 突 破 性 发 展 。 但 是 , 从 更 长 时 期 来 看 许 多 制 造 过 程 将 会 受
到 纳 米 科 技 发 展 的 影 响 , 正 像 今 天 它 们 对 信 息 技 术 的 影 响 。
在 这 一 章 中 我 们 概 述 纳 米 科 技 如 何 被 工 业 实 现 的 , 集 中 在 纳 米 材 料 制 造 的 通 用 方 法 , 产
率 和 在 一 些 关 键 工 业 领 域 的 应 用 。 我 们 阐 述 纳 米 科 学 和 纳 米 技 术 如 何 在 较 长 时 期 会 对 工 业 产
生 影 响 , 并 着 重 给 出 影 响 纳 米 技 术 产 业 化 的 一 些 重 要 因 素 。 关 于 英 国 对 于 上 述 问 题 的 详 细 考
虑 可 以 参 阅 Taylor 报 告 (DTI2002)。 我 们 的 目 标 是 为 第 5 章 讨 论 纳 米 技 术 对 健 康 、 环 境 和 安
全 影 响 提 供 合 适 的 背 景 材 料 。 我 们 侧 重 于 分 析 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 的 生 产 和 应 用 , 主 要 是 因 为
人 们 对 它 们 更 为 关 注 , 但 是 应 该 注 意 的 是 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 仅 仅 是 可 预 见 的 全 球 纳 米 技 术 市
场 中 的 一 小 部 分 。
4.2 表 征
材 料 的 表 征 —— 确 定 它 们 的 形 貌 、 尺 寸 及 其 分 布 、 机 械 和 化 学 性 质 —— 是 工 业 过 程 的 重
要 环 节 。 它 主 要 有 两 个 广 泛 的 目 的 : 一 方 面 是 质 量 控 制 , 另 一 方 面 是 新 工 艺 、 材 料 和 产 品 研
发 的 部 分 内 容 。 从 我 们 参 加 工 业 论 坛 得 到 的 证 据 揭 示 许 多 的 工 业 领 域 并 不 把 纳 米 技 术 作 为 新
技 术 来 考 虑 ( 例 如 , 纳 米 尺 度 的 结 构 对 催 化 工 业 界 的 重 要 性 已 经 有 100 多 年 了 )。 然 而 , 工 业
界 人 士 相 信 在 观 察 和 测 量 纳 米 尺 度 性 质 和 过 程 的 工 具 方 面 已 经 有 一 个 纳 米 技 术 的 “ 突 破 ”。
成 熟 的 工 具 , 如 STM, AFM 和 TEM( 参 阅 图 框 3.1), 能 够 在 纳 米 尺 度 上 表 征 材 料 的 表 面 和 界
面 , 达 到 观 察 和 分 析 单 个 原 子 的 水 平 。 这 将 引 领 对 材 料 形 态 和 性 质 间 关 系 的 更 多 认 识 , 并 且
能 够 在 纳 米 尺 度 上 控 制 工 艺 过 程 和 设 计 具 有 特 殊 性 质 的 材 料 。 然 而 , 这 些 先 进 功 能 材 料 的 工
业 化 , 要 求 具 有 可 预 测 性 、 可 信 性 和 充 分 的 量 产 制 备 能 力 。 否 则 纳 米 材 料 的 制 备 将 会 局 限 在
科 研 部 门 和 工 业 界 研 发 部 门 内 部 。
4.3 加 工 技 术
有 广 泛 和 不 同 的 技 术 可 在 质 量 、 速 度 和 成 本 等 多 个 程 度 上 创 建 纳 米 结 构 。 这 些 制 造 方 法
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分 属 于 两 条 路 线 ( 参 阅 第 2 章 中 首 次 介 绍 ):“ 自 下 而 上 ” 和 “ 自 上 而 下 ”。 最 近 几 年 , 两 条
路 线 在 特 征 尺 寸 和 质 量 所 能 达 到 的 极 限 已 经 开 始 逐 步 趋 同 。 图 4.1 中 分 别 列 出 采 用 这 两 条 路 线
的 多 种 材 料 和 产 品 。
图 4.1 自 下 而 上 和 自 上 而 下 技 术 在 制 造 业 中 的 使 用
4.3.1 自 下 而 上 制 造
自 下 而 上 制 造 包 括 在 原 子 - 原 子 或 分 子 - 分 子 层 次 上 构 筑 结 构 。 实 现 这 个 目 标 的 大 量 迥 异
的 方 法 可 以 分 成 三 类 : 化 学 合 成 、 自 组 装 和 定 位 组 装 。 正 如 在 下 文 将 要 论 述 的 , 定 位 组 装 ( 如
果 作 为 制 造 手 段 尚 有 许 多 操 作 缺 陷 ) 是 唯 一 可 以 将 单 个 原 子 或 分 子 逐 个 精 确 排 列 的 技 术 。 更
为 典 型 的 是 原 始 的 或 者 化 学 制 备 的 大 量 原 子 、 分 子 或 颗 粒 通 过 自 然 的 工 艺 过 程 排 列 形 成 设 计
的 结 构 。
a) 化 学 合 成
化 学 合 成 方 法 制 备 的 分 子 或 颗 粒 作 为 原 材 料 , 或 者 用 于 直 接 形 成 无 序 形 态 的 块 材 产 品 ,
或 者 作 为 下 文 (b) 和 (c) 技 术 的 基 本 单 元 构 筑 更 高 级 有 序 的 材 料 。
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图 4.2 描 述 化 学 合 成 方 法 制 备 纳 米 颗 粒 的 通 用 工 艺 过 程 。
以 前 驱 物 相 作 为 起 始 点 , 材 料 可 以 处 于 任 何 物 理 状 态 ( 或 多 相 态 ) 或 相 对 其 他 组 元 的 空
间 排 列 。 第 一 步 是 产 生 纳 米 颗 粒 的 新 相 或 新 状 态 , 或 者 利 用 化 学 步 骤 制 备 。 换 句 话 说 , 相 变
本 身 就 可 以 制 备 纳 米 颗 粒 ( 很 少 但 是 可 行 ), 例 如 前 驱 物 混 合 物 的 蒸 发 工 艺 。 然 而 通 常 用 以
制 备 纳 米 颗 粒 需 要 人 为 创 造 的 环 境 。 一 旦 达 到 一 个 能 够 产 生 纳 米 颗 粒 的 状 态 , 通 常 有 一 个 化
学 反 应 发 生 从 而 产 生 预 想 的 材 料 , 必 须 通 过 进 一 步 的 相 变 , 甚 至 是 固 - 固 反 应 , 来 制 备 最 终 的
产 品 。
当 纳 米 颗 粒 的 处 理 工 艺 在 气 相 环 境 时 , 工 人 接 触 纳 米 颗 粒 的 可 能 性 就 极 大 。 这 时 候 工 人
的 接 触 情 况 需 要 密 切 的 控 制 。 纳 米 颗 粒 具 有 团 聚 趋 势 , 因 在 液 相 中 能 更 好 的 控 制 颗 粒 表 面 能
而 常 常 采 用 液 相 法 制 备 纳 米 颗 粒 , 可 降 低 聚 集 现 象 。 这 也 可 以 降 低 工 人 暴 露 于 纳 米 颗 粒 的 水
平 。 关 于 纳 米 颗 粒 对 于 健 康 的 预 期 影 响 和 相 关 工 作 场 所 规 则 的 建 议 将 分 别 在 5.3 和 8.3 讨 论 。
纳 米 材 料 的 工 艺 化 和 操 控 性 能 是 非 常 重 要 的 : 在 纳 米 颗 粒 聚 集 前 混 合 后 ,( 例 如 ) 烧 结 可 以
制 得 全 新 的 不 可 能 有 其 他 任 何 方 法 得 到 的 复 杂 纳 米 相 材 料 。 但 是 , 更 加 智 能 化 的 纳 米 尺 度 和
纳 米 结 构 材 料 仍 处 于 实 验 室 制 备 规 模 ( 操 控 规 模 为 每 天 几 公 斤 甚 至 更 少 )。
表 4.1 列 出 我 们 估 计 目 前 和 将 来 生 产 的 纳 米 材 料 。 金 属 氧 化 物 是 目 前 最 重 要 的 商 业 纳 米 颗
粒 , 如 氧 化 钛 、 氧 化 锌 、 二 氧 化 硅 、 氧 化 铝 、 氧 化 锆 和 氧 化 铁 。 它 们 可 以 得 到 干 粉 或 悬 浮 液
形 式 的 产 品 。 全 球 皮 肤 护 理 化 妆 品 市 场 方 面 应 用 的 纳 米 颗 粒 数 量 ( 氧 化 钛 等 ) 达 到 1,000-2,000
吨 / 年 , 其 中 纳 米 材 料 组 分 的 价 值 接 近 10-100,000 美 元 / 吨 。 尽 管 全 球 纳 米 颗 粒 的 市 场 预 期 在
近 几 年 将 增 加 , 应 该 提 出 的 是 全 球 化 学 品 的 产 量 是 4 亿 吨 / 年 (European Commission 2001),
纳 米 颗 粒 形 态 的 化 学 品 仅 占 目 前 全 部 产 品 的 非 常 小 的 比 例 ( 约 为 0.01%)。 纳 米 尺 度 的 无 机 物 、
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金 属 或 半 导 体 材 料 常 具 备 多 种 功 能 , 将 在 众 多 的 工 业 界 得 到 应 用 。 例 如 , 氧 化 锌 , 将 在 光 电
子 材 料 方 面 ( 显 示 器 、 高 级 太 阳 能 电 池 和 光 伏 电 池 ) 具 有 更 多 工 业 应 用 , 而 且 氧 化 锌 将 会 固
定 在 最 终 的 产 品 中 , 而 不 是 像 皮 肤 化 妆 品 中 的 纳 米 颗 粒 成 分 自 由 分 散 状 态 。
b) 自 组 装
自 组 装 是 一 种 自 下 而 上 的 制 备 技 术 , 原 子 或 分 子 间 利 用 相 互 间 的 物 理 或 化 学 作 用 自 发 排
列 形 成 规 则 的 纳 米 尺 度 的 结 构 ( 参 阅 第 2 章 )。 盐 晶 和 雪 花 的 形 成 , 有 其 本 征 结 构 , 是 自 组 装
过 程 的 例 证 。 尽 管 自 组 装 在 自 然 界 已 经 存 在 数 千 年 , 可 是 将 自 组 装 应 用 于 工 业 还 是 非 常 新 的 。
从 经 济 和 环 境 的 角 度 , 对 工 艺 方 面 的 兴 趣 在 于 制 造 材 料 或 产 品 组 分 的 同 时 , 产 生 更 少 的 废 物
并 消 耗 更 少 的 能 源 。 但 是 , 目 前 对 于 这 方 面 的 认 识 仅 仅 进 展 到 制 造 相 当 基 本 的 体 系 。 借 助 4.2
35

节 和 板 块 3.1 介 绍 的 表 征 技 术 的 进 展 , 能 够 提 高 我 们 对 于 纳 米 尺 度 热 力 学 和 动 力 学 的 深 入 理
解 , 辅 助 改 进 的 计 算 机 模 拟 , 可 以 帮 助 开 发 更 加 复 杂 的 自 组 装 体 系 。 一 种 潜 在 的 工 艺 技 术 通
过 采 用 外 力 或 外 场 ( 例 如 , 电 场 或 磁 场 ) 来 加 快 通 常 较 慢 的 自 组 装 过 程 , 这 对 于 工 业 界 非 常
有 吸 引 力 。 这 种 方 法 称 为 操 纵 自 组 装 。
由 3.2.3 节 我 们 已 经 知 道 , 碳 纳 米 管 (CNTs) 因 其 显 著 的 性 能 正 引 起 工 业 界 的 兴 趣 。 潜 在
的 应 用 领 域 包 括 复 合 材 料 、 导 电 塑 料 、 传 感 器 、 电 池 和 燃 料 电 池 等 。 碳 纳 米 管 的 制 备 方 法 有 多
种 , 例 如 激 光 烧 蚀 金 属 掺 杂 的 石 墨 靶 材 法 , 碳 电 弧 法 , 以 及 碳 氢 化 合 物 在 金 属 催 化 剂 上 的 高 温
裂 解 法 等 。 但 是 , 由 于 缺 乏 对 生 长 机 理 的 认 识 , 选 择 和 均 匀 制 备 具 有 明 确 尺 寸 和 物 理 性 质 的 碳
纳 米 管 仍 然 尚 未 实 现 ( 不 过 , 已 经 有 工 业 过 程 用 于 分 离 目 前 所 制 备 的 意 大 利 面 条 似 的 碳 纳 米 管
管 束 )。 这 是 一 个 非 常 活 跃 的 研 究 领 域 。 目 前 碳 纳 米 管 的 产 能 估 计 为 100 吨 / 年 (Cientifica
2004); 实 际 的 产 能 仍 存 在 商 业 机 密 , 但 是 预 计 会 更 低 。 大 部 分 的 产 能 是 估 计 多 壁 碳 纳 米 管 ,
而 单 壁 碳 纳 米 管 的 产 能 约 为 9 吨 / 年 。 对 于 将 来 全 球 碳 纳 米 管 产 能 的 趋 势 见 图 4.3。
图 4.3 未 来 全 球 纳 米 管 的 产 量 估 测 (Cientifica 2004)
C) 定 位 组 装
最 后 的 自 组 装 技 术 是 定 位 组 装 , 原 子 、 分 子 或 团 簇 被 精 确 地 逐 个 操 纵 和 定 点 摆 放 ( 参 阅
第 2 章 )。 用 于 表 面 研 究 的 SPM 技 术 , 或 自 由 空 间 的 光 镊 技 术 , 均 是 这 一 类 的 技 术 。 定 位 组 装
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绝 对 属 于 实 验 室 技 术 , 目 前 根 本 不 适 合 于 作 为 原 子 尺 度 的 工 业 过 程 。 正 如 第 2 章 和 第 3 章 所 描
述 的 ,SPM 在 工 业 界 的 使 用 和 长 处 主 要 是 它 们 的 精 确 表 征 和 测 量 表 面 的 能 力 , 而 不 是 加 工 工 具 。
事 实 上 ( 即 使 是 很 基 本 的 ) 逐 个 操 纵 原 子 来 制 造 结 构 已 经 引 导 人 们 推 测 我 们 能 够 制 造 出
纳 米 尺 度 的 微 小 机 器 , 并 能 够 被 用 来 并 行 地 逐 个 排 列 原 子 来 制 备 材 料 。 该 思 想 设 想 制 造 一 个
或 者 几 个 微 小 机 器 ( 或 组 装 体 ) 能 够 首 先 自 我 复 制 , 然 后 再 并 行 地 制 造 材 料 , 基 本 上 解 决 低
生 产 速 度 的 问 题 。 这 种 推 测 已 经 招 来 某 些 个 人 的 意 见 , 担 心 形 成 不 可 控 制 的 自 我 复 制 , 众 所
周 知 的 “ 灰 浆 (grey goo)”, 将 在 附 录 D 中 讨 论 。 这 些 见 解 目 前 仍 属 于 科 学 幻 想 的 领 域 。 我
们 尚 未 在 专 家 评 审 的 文 献 中 看 到 制 造 这 种 纳 米 尺 度 的 机 器 可 能 , 或 者 在 主 流 科 学 联 合 体 内 或
工 业 界 开 发 它 们 的 兴 趣 。 事 实 上 , 最 初 针 对 灰 浆 (grey goo) 提 出 问 题 的 Eric Drexler, 已 经
收 回 了 他 的 观 点 (Phoenix and Drexler 2004)。
4.3.2 自 上 而 下 制 造
自 上 而 下 制 造 从 一 大 片 材 料 为 起 始 , 通 过 除 去 一 些 材 料 对 其 进 行 刻 蚀 、 抛 光 或 加 工 纳 米
结 构 ( 例 如 , 微 型 芯 片 上 的 电 路 )。 应 用 精 密 工 程 和 光 雕 腐 蚀 工 艺 等 在 过 去 30 多 年 半 导 体 工
业 开 发 和 凝 炼 的 技 术 可 以 实 现 上 述 加 工 。 自 上 而 下 方 法 具 备 可 靠 性 和 器 件 复 杂 性 , 但 是 相 比
于 自 下 而 上 方 法 它 们 会 消 耗 更 高 的 能 源 , 产 生 更 多 的 废 物 。 例 如 计 算 机 芯 片 的 制 造 , 还 不 太
可 能 采 用 自 下 而 上 方 法 ; 但 是 , 采 用 自 下 而 上 的 技 术 ( 或 者 自 上 而 下 / 自 下 而 上 交 汇 方 法 ) 正
处 于 探 索 中 ( 参 阅 3.4.4 和 4.3.3 节 )。
a) 精 密 工 程
通 常 , 超 精 密 工 程 和 制 造 支 撑 大 部 分 的 微 电 子 工 业 的 各 个 具 体 工 艺 , 从 制 造 平 面 低 损 伤
的 半 导 体 晶 片 作 为 计 算 机 芯 片 的 基 片 , 到 步 进 机 械 控 制 基 片 的 位 置 , 到 制 造 精 密 光 学 系 统 来
在 晶 片 上 光 刻 产 生 图 案 。 另 外 , 这 些 超 精 密 工 程 技 术 可 应 用 在 计 算 机 硬 盘 、CD 和 DVD 等 许 多 消
费 产 品 上 。
超 精 密 机 器 现 在 可 以 达 到 非 常 高 的 性 能 , 在 以 下 两 个 方 面 均 可 以 达 到 很 高 的 性 能 , 形 状 准
确 度 ( 超 过 10 7 分 之 一 , 或 在 数 十 厘 米 的 距 离 内 优 于 100 纳 米 ) 和 表 面 抛 光 ( 表 面 粗 糙 度 的 均 方
根 达 到 0.5-1 纳 米 ), 尽 管 这 样 的 指 标 通 常 是 在 一 些 简 单 形 状 的 表 面 上 获 得 而 且 产 率 较 低 。 这
些 指 标 来 自 于 多 种 技 术 进 步 的 综 合 发 展 , 目 前 已 经 为 几 个 领 域 带 来 很 多 好 处 ( 参 阅 下 文 的 (b))。
这 些 综 合 技 术 包 括 : 金 刚 石 或 立 方 氮 化 硼 基 的 切 割 工 具 先 进 材 料 ; 非 常 坚 硬 、 精 密 的 机 器 结 构 ;
新 的 使 用 液 体 膜 的 线 性 和 旋 转 轴 承 ; 以 及 结 合 数 控 和 先 进 伺 服 驱 动 技 术 的 传 感 器 控 制 尺 寸 。 同
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时 必 须 保 证 非 常 精 密 的 工 艺 和 温 度 控 制 ( 后 者 应 在 ±0.01℃) 才 能 达 到 这 样 的 性 能 。
b) 图 形 曝 光
在 3.4 节 中 曾 讨 论 过 , 信 息 技 术 领 域 的 制 造 主 要 包 括 图 形 曝 光 工 艺 过 程 , 通 过 一 系 列 的 加
工 步 骤 在 半 导 体 晶 片 上 形 成 图 形 。 图 形 曝 光 工 艺 利 用 光 子 束 、 离 子 束 或 电 子 束 在 晶 片 表 面 形
成 图 形 , 然 后 续 接 刻 蚀 工 艺 和 / 或 在 该 表 面 上 沉 积 材 料 来 制 备 设 计 的 器 件 。 在 晶 片 上 形 成 纳 米
尺 度 图 形 的 能 力 是 信 息 产 业 成 功 和 ITRS 路 线 图 延 续 的 关 键 。 主 要 的 图 形 曝 光 技 术 中 , 一 类 是
使 用 聚 焦 电 子 束 或 离 子 束 直 接 描 绘 图 形 的 方 法 , 另 一 类 是 透 过 掩 模 板 采 用 投 影 式 曝 光 在 整 个
晶 片 上 定 义 图 形 的 方 法 。 电 子 束 和 离 子 束 方 法 均 具 备 制 造 低 于 10 纳 米 结 构 的 能 力 ( 电 子 束 曝
光 技 术 具 备 最 强 的 日 常 工 作 分 辨 率 ), 但 是 因 二 者 速 度 太 慢 均 不 能 用 于 生 产 。 光 学 曝 光 技 术
可 用 来 生 产 半 导 体 器 件 。 尽 管 达 不 到 电 子 束 / 离 子 束 类 技 术 的 分 辨 率 , 但 光 学 曝 光 技 术 可 保 证
快 速 且 成 本 合 算 的 工 业 生 产 。 电 子 束 曝 光 工 艺 基 本 上 主 要 用 于 制 造 光 学 曝 光 工 艺 使 用 的 掩 模
板 , 离 子 束 曝 光 技 术 主 要 用 于 修 复 掩 模 板 和 制 备 特 殊 的 器 件 。
当 日 益 缩 小 的 器 件 结 构 中 纳 米 结 构 的 尺 度 接 近 或 者 小 于 光 学 曝 光 采 用 的 照 明 激 光 ( 极 紫
外 ) 的 波 长 时 , 就 对 光 刻 工 艺 带 来 大 量 的 技 术 要 求 。 尽 管 有 这 些 困 难 ,ITRS 路 线 图 毫 无 疑 问 地
预 测 一 直 到 2016 年 器 件 的 特 征 尺 寸 达 到 22 纳 米 , 光 学 曝 光 技 术 都 能 紧 跟 未 来 器 件 的 发 展 趋 势 。
微 电 子 工 业 开 发 的 技 术 能 够 用 来 逐 步 缩 小 微 型 机 电 器 件 (MEMS), 进 而 引 导 到 纳 米 机 电
器 件 (NEMS) 的 研 究 。MEMS 技 术 觅 求 开 发 和 拓 展 硅 集 成 电 路 制 造 技 术 的 功 能 , 从 电 信 号 处 理 过
程 的 单 一 种 类 芯 片 拓 展 到 在 芯 片 上 利 用 可 动 机 械 部 件 从 而 具 有 传 感 和 / 或 激 发 功 能 。 有 一 些
MEMS 技 术 已 经 开 始 走 到 生 产 的 成 熟 阶 段 ( 例 如 , 汽 车 安 全 气 囊 传 感 器 广 泛 使 用 的 MEMS 加 速 度
计 )。 但 是 , 目 前 大 批 量 重 复 制 备 更 为 复 杂 的 MEMS 系 统 仍 存 在 许 多 困 难 。 尽 管 与 本 报 告 对 于
“ 纳 米 技 术 ” 的 定 义 不 完 全 相 符 ,MEMS,NEMS 及 其 制 备 技 术 能 够 达 到 和 开 发 纳 米 尺 度 的 研 究
( 例 如 ,SPMs 或 芯 片 实 验 室 、 生 物 传 感 等 )。 逐 渐 缩 微 化 尺 寸 的 限 度 ( 小 于 100 纳 米 ) 可 利 用
现 代 图 形 曝 光 技 术 加 工 , 因 此 , 利 用 新 技 术 制 得 的 小 尺 寸 结 构 使 得 MEMS 和 NEMS 技 术 自 身 有 权
利 在 纳 米 技 术 领 域 合 法 地 占 据 一 席 之 地 。
4.3.3 自 上 而 下 和 自 下 而 上 技 术 的 汇 聚
自 下 而 上 和 自 上 而 下 制 造 技 术 的 关 系 如 图 4.4 所 示 。“ 自 上 而 下 ” 图 例 是 从 Norio Taniguchi
描 述 从 20 世 纪 早 期 到 1974 年 并 外 推 到 该 世 纪 末 的 人 工 制 品 准 确 度 时 图 例 的 更 新 版 。“ 自 下 而
上 ” 图 例 描 述 自 下 而 上 工 艺 如 何 利 用 化 学 工 艺 的 发 展 控 制 越 来 越 大 的 结 构 。 现 在 两 种 路 线 所 能
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控 制 的 尺 寸 基 本 处 于 同 一 个 量 级 层 次 , 因 而 导 致 一 些 新 的 激 动 人 心 的 混 杂 制 造 技 术 。
图 4.4 自 上 而 下 和 自 下 而 上 生 产 技 术 的 汇 聚 (Whatmore 2001)
4.4 未 来 展 望
4.4.1 精 密 工 程
工 程 界 对 于 降 低 容 差 有 强 烈 的 动 力 驱 使 , 包 括 缩 微 化 、 提 高 耐 用 和 可 信 性 等 特 性 、 自 动
化 组 装 和 更 多 的 可 互 换 性 、 降 低 废 物 以 及 能 够 再 循 环 利 用 等 。 特 别 是 在 电 子 工 业 和 计 算 机 工
业 的 驱 动 下 , 当 缩 微 化 的 路 线 继 续 发 展 , 高 能 束 流 技 术 的 研 究 和 工 业 应 用 将 会 增 加 。 电 子 束
雕 刻 腐 蚀 技 术 (EBL), 聚 焦 离 子 束 技 术 (FIB), 反 应 离 子 刻 蚀 (RIE) 以 及 飞 秒 脉 冲 激 光 烧
蚀 技 术 等 变 得 越 来 越 精 确 和 便 宜 , 并 逐 步 应 用 在 工 业 生 产 中 。 下 面 给 出 一 些 未 来 高 度 精 密 工
程 的 应 用 实 例 。
• 信 息 技 术 : 加 工 芯 片 的 机 器 设 备 主 要 依 靠 使 用 超 高 精 密 技 术 来 加 工 和 使 用 纳 米 计 量 技
术 来 操 作 。 加 工 更 大 尺 寸 半 导 体 晶 片 的 工 艺 , 并 提 高 平 整 度 和 降 低 表 面 下 的 损 伤 , 将 会 提 高
器 件 的 产 率 和 降 低 成 本 。
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• 光 学 : 创 新 的 软 式 研 磨 工 艺 , 同 时 伴 随 电 解 修 饰 (ELID), 将 减 少 制 备 高 质 量 光 学 器
件 时 的 研 磨 。 这 在 制 造 超 大 天 文 望 远 镜 时 尤 为 重 要 , 如 计 划 中 的 50 米 和 100 米 系 统 (Euro50
和 OWL), 包 含 了 大 量 单 独 的 图 形 部 件 (Shore et al 2003)。
• 运 输 : 精 密 设 备 部 件 由 于 降 低 磨 损 、 需 要 更 少 的 可 换 部 件 及 更 少 的 能 耗 而 更 加 可 靠 。
例 如 , 使 用 了 控 制 织 构 的 表 面 经 过 打 磨 的 表 面 粗 糙 度 仅 10 纳 米 , 再 经 过 激 光 处 理 而 降 低 50%
的 滑 动 能 耗 , 火 车 就 有 更 大 的 牵 引 力 。 精 密 加 工 技 术 被 预 期 用 于 减 轻 飞 机 机 翼 的 重 量 和 提 高
内 燃 机 气 缸 的 性 能 。
• 医 药 : 希 望 使 用 超 高 精 密 制 造 技 术 制 备 表 面 更 为 光 滑 的 植 入 物 表 面 , 降 低 磨 损 和 提 高
可 靠 性 。
预 期 精 密 工 程 的 发 展 将 能 够 减 轻 对 环 境 的 压 力 , 比 如 , 通 过 减 少 润 滑 油 的 使 用 。 然 而 ,
对 于 任 何 产 品 , 在 完 成 其 对 环 境 是 否 有 益 的 评 价 以 前 必 须 考 虑 产 品 的 全 生 命 循 环 周 期 。 这 部
分 内 容 将 在 4.5 节 讨 论 。
4.4.2 化 学 工 业
化 学 工 业 的 长 期 目 标 是 利 用 纳 米 尺 度 的 “ 基 元 ” 来 组 装 规 则 的 纳 米 结 构 , 并 进 而 制 成 有
用 的 商 业 产 品 。 通 过 从 化 学 和 物 理 角 度 理 解 纳 米 尺 度 材 料 , 以 及 对 自 上 而 下 和 自 下 而 上 过 程
的 模 型 和 测 量 , 工 业 界 将 关 注 纳 米 尺 度 加 工 的 工 艺 , 以 能 确 保 当 这 些 纳 米 组 元 在 组 装 形 成 宏
观 尺 度 的 材 料 和 产 品 时 达 到 预 期 的 效 果 和 功 能 。 这 将 涉 及 到 基 于 自 组 装 材 料 技 术 的 发 展 , 或
者 更 为 可 能 的 是 基 于 定 位 组 装 技 术 , 而 且 是 在 某 种 程 度 上 能 够 大 量 并 行 生 产 , 配 合 模 型 和 检
测 工 具 。 其 前 景 是 制 造 可 重 复 性 、 精 确 的 和 可 设 计 的 纳 米 材 料 。
商 业 开 发 这 类 高 度 有 序 的 结 构 或 量 子 材 料 的 时 间 , 在 生 物 技 术 和 信 息 技 术 领 域 应 用 而 言 ,
预 计 大 约 要 到 2020 年 及 以 后 。 这 些 材 料 具 有 极 高 的 价 值 , 超 过 1,000,000 美 元 / 吨 , 产 量 达 到
10-10,000 吨 / 年 。 间 隔 将 保 持 在 相 对 较 高 的 水 平 , 因 为 即 使 纳 米 材 料 的 效 用 添 加 到 商 业 产 品
中 , 它 也 仅 仅 在 最 终 销 售 产 品 中 占 很 小 的 比 例 。
通 过 研 究 材 料 的 结 构 - 性 能 关 系 可 以 得 到 设 计 的 功 能 。 测 量 、 建 模 和 模 拟 是 表 征 和 后 续 控
制 其 性 质 和 使 用 功 能 、 以 及 制 造 出 预 期 材 料 的 基 础 。 用 于 纳 米 尺 度 水 平 的 测 试 工 具 , 将 从 用
于 实 验 室 表 征 的 设 备 逐 步 开 发 成 功 用 于 生 产 线 上 内 嵌 和 即 时 的 检 测 手 段 , 其 对 结 构 重 复 性 、
组 织 结 构 和 表 面 性 质 等 指 标 的 监 测 和 控 制 水 平 达 到 6-σ 水 平 ( 准 确 度 99.9997%)。 利 用 基 于
先 进 的 结 构 - 性 能 - 过 程 关 系 得 计 算 机 模 拟 方 法 将 成 为 “ 根 据 设 计 制 造 ” 的 关 键 技 术 , 把 形 貌 、
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组 织 、 结 构 和 基 于 跨 越 分 子 尺 度 和 纳 米 尺 度 材 料 相 互 作 用 的 反 应 活 性 等 , 在 模 型 中 堆 砌 成 有
效 的 特 征 参 数 。 材 料 的 结 构 或 形 态 将 指 导 形 成 经 济 的 、 可 靠 的 、 可 重 复 的 工 艺 最 优 化 操 作 。
测 试 、 模 型 和 制 造 技 术 的 结 合 将 是 智 能 材 料 系 统 的 基 础 。 预 期 它 同 样 可 能 形 成 减 少 废 物 排 放
的 材 料 制 备 工 艺 。
制 备 和 控 制 微 米 和 纳 米 尺 度 结 构 将 会 导 致 对 直 接 应 用 在 相 关 工 业 领 域 功 能 材 料 的 介 观 和
宏 观 性 能 不 可 预 期 的 控 制 。 据 估 计 (Chemical Industry 2003) 在 整 个 世 纪 , 许 多 商 业 和 社
会 领 域 将 会 对 涉 及 到 制 备 和 精 细 加 工 的 材 料 革 新 感 到 满 意 。 考 虑 到 4.6 节 中 所 列 出 的 一 些 障 碍
因 素 , 仍 然 比 较 困 难 来 预 测 何 时 可 能 会 出 现 这 些 发 展 , 但 是 我 们 还 是 在 板 块 4.1 种 提 供 一 些 估
计 的 时 间 表 。
图 框 4.1: 纳 米 加 工 发 展 的 预 计 时 间 表
短 期 ( 下 一 个 5 年 ): 机 遇 将 会 随 着 能 够 在 纳 米 尺 度 成 像 、 分 析 和 加 工 简 单 材 料 和 器 件
的 设 备 的 开 发 而 到 来 。
中 期 (5-10 年 ): 纳 米 科 学 和 技 术 将 带 来 “ 根 据 设 计 进 行 的 纳 米 加 工 技 术 ”, 利 用 自
组 装 和 定 位 组 装 方 法 创 建 一 个 能 够 适 应 简 单 的 生 物 - 信 息 - 纳 米 的 材 料 要 求 的 、 可 持 续 的 、
知 识 型 的 工 业 。
长 期 : 希 望 纳 米 加 工 的 思 想 能 够 包 含 纯 粹 的 实 现 零 排 放 和 少 量 或 不 使 用 溶 剂 的 “ 绿 色 ”
概 念 , 并 纳 入 结 合 生 物 和 无 机 材 料 的 有 责 任 的 产 品 的 生 态 循 环 概 念 ( 有 时 称 为 “ 从 出 生 到
灭 亡 ”)。
4.4.3 信 息 和 通 讯 技 术 工 业
尽 管 未 来 器 件 的 加 工 仍 将 集 中 围 绕 4.3.2 节 描 述 的 光 雕 腐 蚀 工 艺 , 但 是 已 经 有 一 些 其 它 的
技 术 逐 渐 在 路 线 图 技 术 和 替 代 性 器 件 材 料 路 线 两 个 方 面 得 到 应 用 。 近 几 年 开 发 出 来 的 软 刻 蚀
技 术 , 利 用 可 变 形 图 章 主 体 在 基 材 的 一 部 份 表 面 上 印 上 图 案 结 构 。 根 据 硅 基 工 业 要 求 的 精 度 ,
指 导 现 在 , 限 制 了 软 刻 蚀 技 术 的 使 用 , 因 其 图 章 主 体 的 自 然 弹 性 将 带 来 小 的 —— 但 仍 不 可 接
受 的 —— 在 整 个 晶 片 表 面 上 的 物 理 扭 曲 。 然 而 , 对 于 小 面 积 的 器 件 加 工 和 对 于 那 些 对 空 间 扭
曲 限 制 较 低 的 应 用 , 该 方 法 提 供 一 个 经 典 加 工 方 法 的 真 正 替 代 方 法 , 当 然 加 工 图 章 主 体 还 是
需 要 利 用 光 学 或 电 子 束 曝 光 技 术 。 软 刻 蚀 技 术 可 用 来 加 工 有 机 电 子 器 件 , 可 以 替 代 基 本 类 似
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的 桌 上 型 打 印 机 所 采 用 的 墨 水 喷 嘴 技 术 。 尽 管 有 机 电 子 器 件 实 际 的 特 征 尺 寸 并 不 在 纳 米 尺 度 ,
一 种 相 对 简 单 的 处 理 湿 法 化 学 的 技 术 将 能 够 制 造 便 宜 的 电 子 和 光 子 器 件 。 这 种 发 展 , 结 合 定
位 组 装 技 术 的 发 展 , 可 将 半 导 体 、 材 料 和 化 工 等 工 业 联 系 的 更 为 紧 密 , 从 而 在 路 线 图 到 达 终
点 时 能 够 产 生 新 的 替 代 性 的 方 法 。
4.5 资 源 管 理 和 环 境 因 素
已 经 有 观 点 声 明 基 于 纳 米 技 术 的 几 项 应 用 和 进 程 将 会 对 环 境 有 利 , 例 如 制 造 本 是 使 用 较
少 的 资 源 或 提 高 能 源 利 用 效 率 。 最 重 要 的 是 要 通 过 检 查 这 些 材 料 和 产 品 的 全 生 命 周 期 中 确 实
是 有 利 的 来 证 实 这 些 声 明 。
对 纳 米 技 术 的 潜 在 利 益 应 该 采 用 全 生 命 周 期 (LCA) 进 行 评 估 ( 有 时 称 为 “ 从 出 生 到 死 亡 ”
的 分 析 方 法 )。LCA 是 系 统 分 析 资 源 利 用 ( 如 能 源 、 水 、 原 材 料 ) 和 从 整 个 供 应 链 过 程 的 排 放 ,
即 从 原 始 资 源 开 始 的 “ 出 生 ” 到 再 循 环 和 最 终 处 理 的 “ 死 亡 ”。 例 如 , 一 个 可 以 预 期 的 应 用
纳 米 材 料 的 领 域 是 提 高 光 伏 (PV) 能 源 转 化 的 效 率 。 一 个 LCA 分 析 将 考 察 PV 器 件 的 服 务 生 命 期
内 所 产 生 的 额 外 能 源 , 进 一 步 抵 消 制 备 器 件 所 消 耗 的 能 源 , 以 及 再 循 环 或 在 使 用 终 了 对 器 件
材 料 的 处 理 。
描 述 该 分 析 方 法 的 重 要 性 和 复 杂 性 的 例 子 , 可 以 看 一 下 纳 米 技 术 在 运 输 领 域 潜 在 的 应 用
分 析 。3.2.3b 节 曾 提 到 , 减 轻 飞 机 机 身 的 重 量 是 一 个 可 预 见 的 应 用 之 一 , 例 如 采 用 CNT 复 合 材
料 及 更 薄 ( 即 更 轻 ) 的 染 料 和 涂 料 。 机 身 LCA 研 究 表 明 飞 机 飞 行 过 程 中 的 能 源 利 用 和 环 境 影 响
目 前 要 比 机 身 建 造 本 身 重 要 几 个 数 量 级 (Energy Techonology Support Group 1992)。 首 要
的 假 定 是 开 发 “ 轻 型 ” 的 技 术 总 是 有 利 的 。 而 这 个 假 定 在 检 查 纳 米 工 程 材 料 时 需 要 考 虑 它 们
服 役 结 束 后 的 处 理 , 有 可 能 会 对 环 境 产 生 的 负 面 影 响 。 而 且 , 减 轻 机 身 重 量 的 思 想 基 础 也 需
要 仔 细 评 估 确 定 以 避 免 得 到 简 单 乐 观 的 结 论 。 事 实 上 , 减 轻 机 身 重 量 一 般 都 会 被 增 加 有 效 负
荷 如 增 加 载 客 量 所 消 弱 , 假 设 市 场 容 量 固 定 , 更 少 的 飞 行 次 数 将 会 对 环 境 带 来 更 多 的 好 处 。
但 是 , 如 果 被 用 于 降 低 票 价 , 将 会 刺 激 乘 客 的 出 行 , 即 使 每 个 乘 客 - 每 公 里 飞 行 消 耗 较 少 的 燃
料 。 真 正 的 交 易 是 考 虑 增 加 旅 客 出 行 带 来 的 利 益 , 而 不 是 飞 机 的 环 境 性 能 和 制 造 纳 米 工 程 材
料 的 影 响 。 简 单 的 环 境 评 估 最 终 又 涉 及 到 社 会 和 伦 理 问 题 。
LCA 分 析 目 前 是 标 准 化 和 被 认 可 的 工 具 , 被 一 系 列 的 国 际 标 准 (ISO 14040-14044) 所 采
用 , 并 且 是 多 数 欧 洲 环 境 政 策 的 基 础 , 包 括 服 役 终 结 指 令 (End-of-Life Directives, 参 阅
8.3.5 节 )。 我 们 知 道 仅 有 一 项 研 究 ( 在 Carnegie Mellon University,USA 开 展 的 研 究 ,
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由 美 国 环 境 保 护 委 员 会 资 助 ) 采 用 LCA 分 析 研 究 纳 米 技 术 相 关 的 产 品 和 过 程 , 而 且 我 们 欢 迎 欧
盟 在 最 近 的 通 讯 (European Commission 2004a) 中 包 括 了 LCA 分 析 。 我 们 建 议 对 纳 米 技 术 带
来 的 现 存 或 预 期 开 发 的 应 用 和 产 品 进 行 LCA 分 析 , 确 保 在 产 品 使 用 过 程 中 所 节 约 的 资 源 消 耗 ,
足 够 抵 消 增 加 的 制 造 和 后 处 理 消 耗 。 为 确 保 公 众 的 信 任 度 , 这 一 类 的 研 究 的 开 展 或 评 审 需 要
在 独 立 实 体 内 进 行 。
当 需 要 建 立 研 究 这 个 领 域 的 LCA 方 法 学 时 , 我 们 建 议 研 究 委 员 会 应 该 通 过 正 常 的 反 馈 模 式
资 助 这 项 研 究 。
4.6 发 展 障 碍
有 一 些 因 素 将 影 响 纳 米 技 术 是 否 被 工 业 过 程 所 采 用 。 一 部 分 是 经 济 和 社 会 因 素 , 另 外 是
技 术 因 素 。
任 何 新 的 工 艺 或 技 术 都 需 要 超 过 ( 丛 经 济 价 值 考 虑 ) 现 有 的 技 术 , 而 且 必 须 给 消 费 者 带
来 好 处 ( 或 觉 察 到 的 利 益 ), 才 会 被 工 业 界 接 受 。 我 们 曾 听 Don Eigler 和 其 他 人 所 提 供 的 证
据 , 目 前 工 业 界 所 使 用 的 技 术 已 经 非 常 先 进 , 因 此 纳 米 技 术 将 应 用 在 效 益 非 常 高 的 领 域 。 这
种 经 济 现 实 可 能 会 缓 和 它 们 进 入 的 速 度 。
技 术 障 碍 不 应 该 被 低 估 : 与 从 实 验 室 到 工 业 操 作 的 过 程 放 大 存 在 的 困 难 一 样 , 更 多 的 基
础 障 碍 受 制 于 缺 乏 对 纳 米 尺 度 性 质 认 识 、 表 征 技 术 、 以 及 将 它 们 加 工 形 成 可 用 材 料 和 产 品 的
技 术 。 图 4.5 总 结 制 备 设 计 功 能 材 料 需 要 采 取 的 通 用 技 术 步 骤 。
图 4.5 用 于 生 产 纳 米 材 料 的 通 用 步 骤 , 从 性 质 的 鉴 定 到 产 品
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目 前 要 达 到 图 4.5 所 列 各 步 骤 的 技 术 障 碍 如 下 所 述 。
· 缺 少 表 征 和 测 量 工 具 以 及 基 于 纳 米 尺 度 特 征 的 嵌 入 和 在 线 的 监 控 和 工 艺 控 制 能 力 。
· 缺 乏 对 发 展 多 相 、 多 尺 度 的 能 够 有 效 联 系 跨 越 结 构 - 性 质 - 过 程 障 碍 的 数 学 模 型 的 认 识 ,
无 法 保 证 设 计 和 制 备 设 计 的 材 料 性 能 。 这 是 至 关 重 要 的 , 使 得 我 们 从 纳 米 尺 度 合 成 材 料 到 开
发 宏 观 功 能 材 料 均 能 保 持 材 料 功 能 。
· 缺 乏 制 备 合 成 复 杂 的 异 相 结 构 的 大 尺 寸 自 组 装 膜 (SAMs) 和 定 向 的 组 装 单 层 膜 (DAMs)
的 知 识 。 最 具 现 实 意 义 的 是 用 于 规 模 化 制 备 DAMs 技 术 ( 工 艺 可 靠 的 重 复 ) 将 是 发 展 连 续 纳 米
制 造 过 程 (NSF 2001;DTI 2002) 的 关 键 。
与 单 纯 的 技 术 障 碍 进 展 并 行 的 是 相 关 的 规 则 , 有 纳 米 材 料 和 工 艺 过 程 的 分 类 、 标 准 化 ,
以 及 任 何 可 能 产 生 的 健 康 、 安 全 和 环 境 风 险 的 管 理 。 引 自 科 学 研 究 证 据 的 适 当 的 规 则 和 指 导
将 有 助 于 克 服 部 分 障 碍 , 再 工 业 界 和 规 划 者 之 间 也 已 经 有 一 些 讨 论 了 。 在 这 些 规 则 确 定 以 前 ,
工 业 界 将 存 在 许 多 易 受 非 议 的 弱 点 , 会 降 低 顾 客 的 信 任 度 , 带 来 不 确 定 性 , 如 合 适 的 保 险 金
额 (Swiss Re 2004) 和 起 诉 那 些 证 明 是 有 害 的 纳 米 材 料 。 这 些 问 题 对 于 小 的 创 新 型 公 司 尤 为
重 要 。 关 于 纳 米 材 料 对 健 康 、 安 全 和 环 境 的 影 响 在 第 5 章 讨 论 , 规 则 问 题 将 在 第 8 章 作 深 入 讨
论 。
很 自 然 , 发 展 和 探 索 新 技 术 或 新 工 具 离 不 开 充 足 的 经 过 训 练 的 人 员 。 这 一 点 已 经 在 Taylor
报 告 (DTI 2002) 中 针 对 英 国 强 烈 提 出 , 也 在 欧 盟 最 近 的 纳 米 科 技 通 讯 中 提 出 , 同 样 也 在 给 英
国 下 议 院 科 技 委 员 会 关 于 纳 米 技 术 投 资 的 报 告 中 提 出 (House of Commons Science and
Technology Committee 2004a)。 但 是 , 这 却 不 是 我 们 研 究 提 交 的 内 容 之 一 。
4.7 小 结
从 更 广 的 意 义 来 说 , 纳 米 技 术 早 已 经 被 工 业 界 应 用 多 年 ( 半 导 体 ), 在 某 些 领 域 甚 至 更
长 ( 化 工 )。 但 是 , 过 去 20 多 年 对 用 于 检 测 材 料 的 工 具 的 开 发 已 经 增 加 了 我 们 对 材 料 在 非 常
小 尺 度 下 行 为 和 性 质 的 认 识 。 对 于 纳 米 材 料 结 构 和 性 能 关 系 增 多 的 知 识 已 能 够 制 备 更 高 性 能
和 更 多 功 能 的 材 料 和 器 件 。 多 年 来 已 经 有 很 多 进 展 , 因 此 , 至 少 , 纳 米 技 术 对 工 业 的 影 响 可
以 表 述 为 演 化 而 不 是 革 新 。 证 据 表 明 目 前 纳 米 粒 子 和 纳 米 材 料 的 生 产 , 尽 管 在 增 加 , 但 是 比
起 整 个 化 学 品 和 材 料 来 说 是 可 以 忽 略 不 计 的 。
因 此 真 正 的 纳 米 制 造 确 实 处 于 初 期 阶 段 。 但 是 , 有 非 常 强 的 来 自 于 经 济 、 社 会 和 环 境 的
原 因 为 什 么 它 目 前 的 发 展 聚 焦 了 众 多 的 关 注 。 同 时 , 有 一 些 不 确 定 因 素 , 包 括 技 术 的 发 展 方
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向 , 对 人 类 的 危 害 或 明 确 的 纳 米 技 术 对 环 境 的 影 响 。 纳 米 粒 子 和 纳 米 管 对 健 康 、 环 境 和 安 全
等 方 面 的 影 响 将 在 第 5 章 讨 论 。
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第 五 章 可 能 对 健 康 、 环 境 和 安 全 有 害 的 影 响
5.1 概 论
在 第 三 和 第 四 章 我 们 已 经 勾 勒 出 学 术 界 和 工 业 界 希 望 把 纳 米 材 料 特 性 和 纳 米 制 备 过
程 用 于 医 疗 应 用 和 造 福 环 境 的 方 法 。 现 有 的 纳 米 技 术 在 医 疗 中 的 应 用 包 括 抗 菌 伤 口 敷 合
剂 , 预 期 应 用 有 保 持 更 久 的 植 入 体 和 新 药 物 输 送 系 统 。 现 有 纳 米 技 术 的 应 用 研 究 包 括 在 生
产 中 减 少 溶 剂 和 其 他 有 害 化 学 品 的 用 量 , 提 高 能 源 效 率 及 储 能 效 率 , 从 泥 土 和 水 源 中 清 除
长 期 污 染 物 。 这 些 措 施 都 对 环 境 有 好 处 并 提 高 其 可 持 续 性 。 在 4.5 节 , 我 们 重 点 阐 述 了 以
生 命 循 环 的 方 法 来 评 估 纳 米 技 术 产 品 研 发 和 生 产 过 程 , 以 确 定 它 们 不 会 造 成 资 源 使 用 总 量
的 增 加 。 本 章 我 们 考 虑 纳 米 技 术 潜 在 的 对 健 康 、 环 境 和 安 全 的 不 良 影 响 。
纳 米 技 术 潜 在 的 对 健 康 和 环 境 的 好 处 大 受 欢 迎 , 同 时 人 们 也 关 心 纳 米 技 术 所 带 来 的 纳
米 特 性 ( 如 高 表 面 反 应 活 性 、 穿 透 细 胞 膜 的 能 力 等 ) 也 有 可 能 给 健 康 和 环 境 带 来 负 面 影 响 ,
甚 至 加 剧 毒 性 。 参 与 我 们 市 场 调 查 研 究 的 公 众 表 达 了 对 医 疗 应 用 中 长 期 的 、 可 能 有 的 副 作
用 的 纳 米 材 料 是 否 可 以 生 物 降 解 的 忧 虑 。 塑 料 也 曾 被 认 为 是 “ 未 来 之 星 ”, 但 后 来 发 现 它
对 个 人 和 环 境 也 会 带 来 不 良 影 响 。
在 我 们 召 开 关 于 纳 米 技 术 对 健 康 和 环 境 的 影 响 的 会 议 时 , 几 乎 所 有 的 问 题 的 焦 点 都 和
工 业 制 备 的 ( 未 固 定 形 态 的 ) 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 对 健 康 、 人 类 安 全 、 非 人 类 生 命 和 生 态 环
境 的 影 响 有 关 。 因 为 纳 米 颗 粒 和 细 胞 组 成 部 分 和 大 的 蛋 白 质 有 相 似 的 尺 寸 , 有 人 认 为 这 些
颗 粒 可 能 会 突 破 人 类 和 其 他 生 物 体 的 防 御 系 统 而 对 细 胞 造 成 损 害 。 要 注 意 的 是 人 类 从 第 一
次 用 火 开 始 , 无 时 不 刻 不 在 呼 吸 着 数 百 万 记 的 污 染 物 的 纳 米 颗 粒 , 而 且 人 类 常 常 暴 露 在 天
然 来 源 的 纳 米 颗 粒 , 如 大 气 光 化 学 和 森 林 大 火 产 生 的 颗 粒 。
因 为 工 业 化 制 备 的 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 是 首 次 用 在 消 费 品 上 的 纳 米 技 术 , 所 以 他 们 非 常
重 要 。 但 如 表 4.1 所 示 , 他 们 现 有 的 生 产 率 只 能 预 期 纳 米 技 术 的 生 产 潜 力 的 很 小 一 部 分 。
信 息 技 术 在 工 艺 和 器 件 的 最 小 尺 寸 上 也 需 要 纳 米 技 术 ; 但 和 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 相 比 , 这 些
技 术 没 有 特 殊 危 险 。 在 尺 寸 较 大 的 物 体 上 使 用 纳 米 级 的 物 体 ( 如 晶 体 管 上 固 定 在 毫 米 级 的
芯 片 上 的 的 纳 米 连 接 ) 和 独 立 存 在 的 纳 米 颗 粒 纳 米 管 构 成 的 化 学 试 剂 是 有 重 要 区 别 的 。 虽
然 计 算 机 芯 片 中 上 亿 个 纳 米 结 构 的 制 备 、 处 理 和 循 环 使 用 都 造 成 潜 在 危 险 , 这 些 问 题 和 芯
片 本 身 的 物 质 ( 如 镓 ), 而 不 是 纳 米 技 术 有 关 。
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5.2 评 估 和 控 制 风 险
评 估 和 控 制 风 险 的 一 般 方 式 在 于 找 到 危 险 ( 潜 在 的 成 问 题 、 会 造 成 损 害 的 物 质 ), 然
后 找 到 一 个 系 统 的 办 法 , 决 定 暴 露 于 危 险 的 可 能 性 和 随 之 而 来 的 后 果 。 在 实 践 中 , 控 制 风
险 一 般 是 减 少 暴 露 , 也 可 以 在 可 能 的 条 件 下 用 危 险 较 小 的 物 质 替 代 危 险 较 大 的 物 质 。 我 们
需 要 对 危 险 的 正 确 评 价 ( 如 毒 性 或 是 可 爆 炸 性 ) 来 决 定 暴 露 应 当 控 制 到 什 么 程 度 。 控 制 风
险 的 方 法 包 括 用 限 制 某 些 物 质 释 放 到 空 气 或 水 中 , 也 包 括 阻 断 这 些 物 质 到 达 目 标 产 生 损 害
( 如 人 体 器 官 ) 的 途 径 ( 所 以 暴 露 途 径 也 是 风 险 管 理 的 重 要 成 分 )。 对 任 何 一 个 新 技 术 ,
对 于 可 能 风 险 的 预 计 依 赖 于 对 相 关 材 料 从 产 生 到 湮 灭 的 整 个 过 程 的 考 虑 。 这 包 括 对 制 造 过
程 和 材 料 、 对 产 品 制 备 和 使 用 期 内 它 和 人 ( 或 者 环 境 ) 的 可 能 的 相 互 作 用 和 对 最 后 处 置 方
法 等 问 题 的 考 虑 。 这 一 章 有 些 词 汇 的 定 义 在 5.1 框 。
图 框 5.1: 定 义
危 险 : 潜 在 的 可 造 成 损 害 的 东 西 。 它 是 一 般 是 用 毒 理 学 的 方 法 来 评 估 。 例 如 在 生 物
体 外 的 细 胞 培 养 和 隔 离 的 器 官 或 者 在 人 或 者 动 物 体 内 测 试 致 害 潜 力 。 另 外 一 种 致 害 力 是
可 燃 纳 米 颗 粒 产 生 的 爆 炸 性 。
暴 露 : 指 物 质 在 相 关 的 媒 介 ( 空 气 、 食 物 、 水 ) 中 的 浓 度 乘 以 接 触 的 时 间 。
剂 量 : 这 里 指 会 到 达 某 个 特 定 生 物 系 统 的 物 质 的 量 , 它 是 暴 露 的 函 数 ( 考 虑 有 部 分
被 人 体 的 天 然 防 御 清 除 了 而 无 法 抵 达 目 标 器 官 )。
风 险 : 损 害 发 生 的 定 量 指 标 。 它 由 考 虑 暴 露 的 可 能 性 、 剂 量 和 暴 露 于 人 ( 或 者 其 他
生 物 体 ) 的 物 质 的 毒 性 等 综 合 得 出 的 。 有 时 候 , 当 暴 露 已 经 发 生 了 , 风 险 可 以 用 流 行 病
学 的 方 法 测 量 。
工 业 制 备 的 纳 米 颗 粒 可 能 会 在 他 们 游 离 的 产 品 之 中 出 现 ( 如 防 晒 霜 等 ), 也 可 能 用 在
合 成 复 合 物 中 , 然 后 被 释 放 出 来 , 也 可 能 形 成 于 纳 米 材 料 的 自 组 装 ( 然 后 也 被 释 放 ), 还
可 能 在 纳 米 材 料 被 损 害 时 候 被 释 放 。 人 ( 或 者 其 他 生 物 体 ) 必 须 接 触 纳 米 材 料 或 者 在 该 材
料 进 入 集 体 内 和 细 胞 、 组 织 发 生 反 应 时 , 才 可 能 造 成 伤 害 。 如 果 材 料 有 毒 性 , 并 且 到 达 器
官 的 剂 量 足 够 ( 参 考 框 5.1 定 义 ), 便 可 以 预 测 这 样 的 伤 害 。 图 5.1 说 明 了 被 释 放 的 纳 米
颗 粒 现 在 和 未 来 可 能 暴 露 的 途 径 。 如 果 该 材 料 被 释 放 到 了 空 气 中 , 它 会 被 直 接 呼 入 。 这 是
人 类 在 工 作 地 暴 露 于 纳 米 颗 粒 , 也 是 所 有 生 命 体 暴 露 于 源 自 像 燃 烧 这 种 事 件 的 纳 米 颗 粒 的
主 要 途 径 。 除 了 呼 吸 空 气 的 生 物 吸 入 , 纳 米 颗 粒 还 可 以 通 过 表 面 接 触 ( 如 化 妆 品 ) 或 者 食
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物 摄 取 ( 如 果 纳 米 颗 粒 今 后 被 加 入 食 品 和 饮 料 中 )。 未 来 的 医 疗 技 术 也 可 能 使 纳 米 颗 粒 进
入 人 体 。 其 他 生 命 体 如 细 菌 和 原 生 动 物 也 可 能 摄 取 纳 米 颗 粒 然 后 使 这 些 颗 粒 进 入 食 物 链 。
本 章 阐 述 纳 米 颗 粒 的 可 能 危 险 , 然 后 说 明 人 造 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 的 暴 露 途 径 , 它 们 的
现 在 暴 露 水 平 以 及 减 少 它 们 危 险 的 方 法 。 该 章 还 包 括 对 于 纳 米 颗 粒 与 人 与 环 境 之 间 可 能 作
用 的 描 述 以 及 解 决 这 些 有 害 作 用 的 研 究 领 域 的 概 括 。 第 八 章 讨 论 可 以 用 来 减 小 纳 米 颗 粒 及
纳 米 管 的 危 害 的 法 规 的 制 定 等 事 宜 。
5.3 人 类 健 康
5.3.1 了 解 纳 米 颗 粒 和 纤 维 的 毒 性
要 了 解 纳 米 颗 粒 对 人 体 潜 在 的 风 险 , 需 要 首 先 考 虑 人 体 对 颗 粒 的 总 体 防 御 以 及 颗 粒 可
以 克 服 这 些 防 御 的 特 性 。 在 进 化 过 程 中 , 人 类 常 常 暴 露 在 高 浓 度 的 颗 粒 之 中 。 人 体 防 御 微
生 物 的 一 些 机 制 也 用 来 对 付 这 些 颗 粒 。 颗 粒 可 以 由 肺 部 、 皮 肤 或 者 肠 道 进 入 人 体 。 每 个 器
官 都 可 以 阻 碍 微 生 物 或 者 其 他 颗 粒 的 穿 透 。 尽 管 有 框 5.2 所 勾 勒 的 防 御 机 制 , 有 些 颗 粒 就
像 微 生 物 一 样 可 以 对 人 体 产 生 毒 性 。 一 般 来 讲 , 正 是 这 些 使 他 们 逃 避 人 体 防 御 的 特 性 同 时
使 它 们 对 人 体 产 生 伤 害 。 了 解 这 些 重 要 机 制 可 以 预 测 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 的 毒 性 。 三 种 颗 粒
已 经 提 供 了 相 关 的 信 息 : 矿 物 中 的 石 英 、 石 棉 以 及 空 气 污 染 所 带 来 的 颗 粒 。
a) 暴 露 于 石 英 的 证 据
成 百 万 的 工 人 曾 暴 露 于 石 英 这 种 矿 物 质 , 特 别 在 矿 山 和 石 艺 等 行 业 。 几 年 暴 露 于 微 米
级 的 、 浓 度 在 1( 毫 克 / 立 方 米 ) 的 颗 粒 会 造 成 潜 在 致 命 的 一 种 肺 部 纤 维 化 (Seaton 1995)。
毒 理 学 研 究 表 明 相 对 低 的 暴 露 于 石 英 微 米 颗 粒 会 引 起 大 鼠 严 重 肺 部 发 炎 、 细 胞 死 亡 、 纤 维
化 和 肿 瘤 (Vallyathan 1994)。 研 究 发 现 这 一 现 象 和 石 英 晶 体 的 表 面 有 关 。 石 英 表 面 反 应
活 性 非 常 高 , 会 产 生 自 由 基 ( 活 性 高 的 原 子 或 分 子 ), 给 摄 入 这 些 颗 粒 的 防 御 细 胞 造 成 氧
化 损 伤 。 这 种 表 面 性 质 可 能 是 颗 粒 的 一 个 基 本 毒 性 , 但 可 能 在 不 同 的 颗 粒 之 间 区 别 很 大 。
其 他 的 在 工 业 中 常 见 的 矿 物 颗 粒 , 例 如 煤 和 硅 酸 盐 等 毒 性 较 低 但 如 果 吸 入 剂 量 过 高 仍 然 会
引 起 类 似 疾 病 。 据 信 , 一 般 来 说 , 吸 入 颗 粒 即 使 对 细 胞 没 有 什 么 内 在 毒 性 , 如 在 足 够 高 剂
量 的 情 况 下 可 超 越 肺 部 防 御 , 也 可 以 引 起 肺 部 疾 病 。 这 些 疾 病 和 吸 入 颗 粒 的 总 面 积 有 关
(Faux 2003)。 所 以 对 矿 物 颗 粒 的 研 究 显 示 毒 性 危 险 和 吸 入 颗 粒 及 其 表 面 面 积 和 它 们 的 表
面 活 性 有 关 。 而 风 险 和 吸 入 剂 量 有 关 。
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图 5.1 一 些 在 目 前 和 未 来 潜 在 的 应 用 中 纳 米 粒 子 和 纳 米 管 可 能 的 暴 露 途 径 。 关 于 纳
米 粒 子 和 纳 米 管 的 暴 露 途 径 人 们 还 了 解 很 少 , 这 个 图 应 该 是 带 有 一 定 的 主 观 推 测 性 的 ( 本
图 选 自 日 本 国 立 资 源 和 环 境 研 究 所 ,http://www.nire.go.jpleco_tec_elhyouka_e.htm)。
b) 暴 露 于 石 棉 的 证 据 。
石 棉 的 效 应 已 有 详 细 的 研 究 (Mossman 等 1990)。 我 们 知 道 吸 入 这 种 天 然 的 纤 维 状 矿
物 引 起 几 种 不 同 的 肺 部 及 其 内 壁 ( 肋 膜 ) 的 疾 病 。 纤 维 的 定 义 是 长 和 直 径 比 至 少 在 3 以 上
的 颗 粒 。 窄 于 3 微 米 的 纤 维 有 特 殊 的 空 气 动 力 学 性 质 , 被 吸 入 后 能 进 入 肺 部 气 体 交 换 的 部
分 。 而 长 过 15 微 米 的 纤 维 因 为 太 长 而 不 会 被 巨 噬 细 胞 吞 没 ( 图 5.2)。 一 但 寄 宿 在 肺 深 处 ,
他 们 的 毒 性 取 决 于 造 成 发 炎 反 应 的 能 力 。 发 炎 反 应 和 吸 引 巨 噬 细 胞 和 其 它 防 御 细 胞 有 关 。
如 果 发 炎 反 应 充 分 扩 展 , 也 许 最 终 导 致 结 疤 ( 石 棉 沉 着 病 ) 和 肺 癌 。 在 数 十 年 中 , 如 果 有
足 够 量 的 纤 维 迁 移 通 过 肺 进 入 肋 膜 会 导 致 发 展 成 间 皮 瘤 , 一 种 致 命 肿 瘤 。 对 鼠 的 研 究 表 明 ,
石 棉 之 类 的 自 然 或 人 造 纤 维 要 致 病 , 取 决 于 它 的 可 溶 性 。 易 溶 的 纤 维 可 能 会 破 碎 成 更 短 的
微 粒 然 后 容 易 被 巨 噬 细 胞 去 除 , 因 此 不 太 可 能 坚 持 足 够 时 间 以 导 致 这 样 疾 病 (Mossman 等
1990)。 对 人 肺 的 研 究 支 持 这 一 结 论 , 不 同 种 的 纤 维 进 入 工 作 者 在 不 同 程 度 上 造 成 与 石 棉
相 关 的 疾 病 (Wagner 等 1982)。 石 棉 存 在 于 城 市 的 许 多 建 筑 材 料 , 并 且 我 们 大 家 的 肺 里 都
有 一 些 。 相 比 之 下 , 某 些 人 由 于 经 常 暴 露 于 石 棉 矿 物 中 工 作 , 经 过 几 个 月 或 几 年 , 他 们 得
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与 石 棉 相 关 的 疾 病 时 候 , 通 常 在 每 克 肺 组 织 已 有 成 千 上 万 纤 维 。(Wagner 等 1982) 。 所
以 , 对 石 棉 和 其 它 纤 维 的 研 究 表 明 , 他 们 的 毒 性 取 决 于 两 个 物 理 因 素 , 长 度 和 直 径 , 和 两
个 化 学 因 素 , 表 面 活 动 性 和 耐 久 性 ( 抵 抗 降 解 能 力 )。 需 要 强 调 的 是 , 风 险 与 到 达 目 标 器
官 的 药 量 有 关 系 。
c) 暴 露 到 大 气 污 染 的 证 据
矿 物 灰 尘 和 石 棉 的 研 究 显 示 了 颗 粒 大 小 、 表 面 反 应 性 和 剂 量 对 肺 部 疾 病 产 生 的 重 要
性 。 其 中 最 直 接 证 据 来 自 大 气 污 染 中 纳 米 颗 粒 的 研 究 。 任 何 一 个 燃 烧 过 程 由 气 体 的 沉 聚 而
导 致 产 生 很 多 纳 米 颗 粒 。 这 些 颗 粒 最 初 大 约 只 有 10nm 直 径 , 它 们 迅 速 聚 合 导 致 有 些 更 大
的 聚 集 体 到 大 约 100nm, 并 且 有 时 在 空 气 中 悬 浮 好 几 天 或 几 星 期 ( 图 5.3)。 这 样 来 自 燃 烧
的 纳 米 颗 粒 来 源 的 范 围 包 括 从 火 山 运 动 和 森 林 火 灾 等 , 用 火 采 暖 和 烹 调 , 以 及 近 年 来 的 工
业 和 交 通 污 染 (Dennekamp 等 2002)。 现 代 科 学 开 始 对 大 气 污 染 产 生 兴 趣 是 在 悲 惨 的 伦 敦
烟 雾 事 件 (1952 年 12 月 ) 以 后 , 当 时 在 一 个 两 星 期 期 间 大 约 4000 多 人 死 去 。 微 粒 浓 度
达 每 立 方 米 几 毫 克 , 并 且 大 多 这 些 微 粒 是 在 纳 米 大 小 范 围 。 由 于 立 法 制 约 燃 烧 煤 炭 , 对 污
染 的 减 少 从 而 防 止 了 这 种 严 重 事 件 在 此 以 后 发 生 在 英 国 的 城 市 。 从 80 年 代 , 流 行 病 学 的
一 系 列 研 究 提 供 了 证 据 , 发 现 对 大 气 污 染 中 颗 粒 部 分 的 暴 露 同 心 脏 和 肺 部 疾 病 联 系 在 一
起 , 并 且 是 在 市 区 可 测 量 的 发 病 率 和 死 亡 率 的 主 要 因 素 , 如 框 5.3 所 述 (Brook 等 2004)。
虽 然 在 西 方 国 家 的 城 市 现 在 被 测 量 的 浓 度 在 每 立 方 米 仅 仅 几 十 微 克 , 该 情 况 仍 在 继 续 。
图 框 5.2: 人 类 反 微 粒 的 防 御
肺 脏
在 肺 脏 , 小 颗 粒 可 能 被 从 吸 入 后 , 先 在 气 道 壁 上 吸 附 , 然 后 由 微 观 突 触 ( 纤 毛 状 的 )
有 节 奏 性 的 在 气 道 内 壁 击 打 到 从 而 被 运 到 喉 头 被 清 除 , 然 后 被 过 滤 掉 , 最 后 到 达 气 体 交
换 的 组 织 被 巨 噬 细 胞 吞 噬 。 这 些 细 胞 然 后 运 载 微 粒 出 气 道 或 穿 过 肺 进 入 淋 巴 管 最 后 抵 达
淋 巴 结 。 两 个 机 制 都 倾 向 于 把 颗 粒 潜 在 的 致 害 处 去 除 并 中 和 他 们 的 毒 性 。 但 是 , 巨 大 剂
量 , 如 细 菌 肺 炎 或 工 业 肺 病 ( 譬 如 石 棉 沉 着 病 ) 可 能 导 致 肺 组 织 的 强 烈 炎 症 、 结 疤 甚 至
坏 死 。
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皮 肤
皮 肤 由 一 层 死 亡 的 细 胞 层 保 护 ( 表 皮 或 角 质 层 ), 由 疏 水 的 油 脂 层 覆 盖 。 在 表 皮 之 下
是 一 层 由 神 经 和 血 管 供 养 的 活 细 胞 , 真 皮 。 在 真 皮 之 内 是 可 以 分 泌 汗 水 和 防 护 性 分 泌 物
的 腺 体 , 皮 脂 。 当 皮 肤 被 细 菌 攻 击 或 损 坏 , 真 皮 供 血 系 统 调 配 炎 症 细 胞 , 来 保 护 发 炎 处
并 进 行 组 织 修 理 。 长 时 期 的 或 重 复 的 炎 症 , 譬 如 阳 光 或 者 某 些 化 学 制 品 引 发 的 炎 症 , 有
可 能 带 来 皮 肤 损 伤 和 癌 症 。 微 粒 和 微 生 物 通 常 是 不 能 渗 透 性 表 皮 的 , 但 表 皮 很 容 易 被 损
坏 ( 如 破 损 和 擦 伤 ) 或 被 穿 孔 ( 如 由 昆 虫 或 通 过 治 疗 性 注 射 )。 几 种 疾 病 , 如 过 敏 , 可 能 削
弱 皮 肤 承 受 毒 性 物 质 的 能 力 。
肠 道
肠 道 的 皮 膜 与 其 他 表 皮 不 同 , 它 的 主 要 作 用 将 物 质 吸 收 入 身 体 。 但 是 , 除 非 出 现 疾
病 , 它 对 大 分 子 譬 如 蛋 白 质 ( 最 大 约 几 十 纳 米 ) 是 不 渗 透 的 , 它 必 须 分 解 这 些 分 子 才 能 吸
收 他 们 。 微 粒 和 微 生 物 也 不 能 穿 过 肠 道 的 皮 膜 。 胃 的 高 酸 度 有 重 要 杀 菌 和 消 化 的 作 用 ,
也 能 溶 化 一 些 微 粒 并 以 各 种 各 样 的 方 式 影 响 毒 素 。 下 食 道 有 高 度 专 业 化 的 具 有 分 泌 和 吸
收 性 的 膜 , 能 产 生 黏 液 和 消 化 酶 素 , 并 富 有 血 液 和 淋 巴 管 , 允 许 它 调 遣 防 御 细 胞 和 在 需
要 的 情 况 下 去 除 微 生 物 。 在 寻 找 更 好 的 药 物 输 递 系 统 的 研 究 中 表 明 , 一 些 纳 米 颗 粒 可 能
由 肠 道 淋 巴 管 (Hussain 等 2001) 摄 入 。 很 多 肠 道 的 疾 病 和 与 食 物 有 关 系 。 环 境 和 职 业
会 引 起 的 肠 道 疾 病 , 除 这 些 之 外 , 是 不 常 见 的 。
大 气 污 染 由 微 粒 和 气 体 的 复 杂 混 合 物 造 成 。 但 是 , 在 对 颗 粒 部 分 的 暴 露 和 有 害 健 康 效
应 之 间 总 有 一 致 的 联 系 。 为 解 释 这 些 现 象 , 我 们 必 须 考 虑 两 个 困 难 。 首 先 , 与 人 口 健 康 相
关 的 可 测 量 的 浓 度 非 常 低 - 例 如 , 仅 仅 10μg/m 3
的 增 加 能 导 致 在 心 脏 病 死 亡 大 约 1% 的 增
长 。 第 二 , 构 成 微 粒 的 化 学 制 品 本 身 一 般 是 无 毒 的 , 主 要 是 碳 和 简 单 的 氨 盐 构 成 。 难 以 置
信 的 是 , 在 24 小 时 内 吸 入 比 一 毫 克 无 毒 物 质 形 成 的 微 粒 ( 人 每 天 大 约 呼 吸 20m 3 空 气 , 在 城
市 平 均 吸 入 大 约 20-30μg/m 3 ) 能 导 致 心 脏 病 发 作 。 对 这 个 问 题 引 发 了 一 个 假 设 : 对 心 脏 和
肺 的 损 害 归 结 于 污 染 物 中 纳 米 颗 粒 组 分 在 易 受 影 响 的 个 体 身 上 的 作 用 。 这 也 反 映 了 以 上 提
出 的 关 于 石 英 的 观 点 : 总 表 面 和 表 面 活 动 是 毒 性 中 至 关 重 要 的 部 分 (Seaton 等 1995)。 虽
然 纳 米 颗 粒 的 总 体 浓 度 是 低 的 , 它 仍 然 在 都 市 微 粒 计 数 达 每 毫 升 上 万 ( 图 5.4)。 该 浓 度 表
明 ,300ml 的 一 次 吸 入 将 包 含 几 百 万 个 这 样 微 粒 , 结 果 其 中 一 半 将 被 保 留 在 肺 之 内 。 而 且
烹 调 、 在 交 通 中 驾 驶 或 是 在 吸 烟 者 面 前 这 些 活 动 都 会 呼 吸 到 更 高 的 浓 度 。 因 为 所 有 暴 露 者
中 只 有 少 数 遭 受 不 利 影 响 , 一 般 认 为 , 大 气 污 染 的 不 利 影 响 只 针 对 少 数 个 体 , 特 别 是 有 过
病 症 历 史 的 个 体 。
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图 5.2 巨 噬 细 胞 正 试 图 吞 噬 一 个 石 棉 纤 维 ( 约 长 80 微 米 )。( 这 个 图 的 使 用 已 获 得
爱 丁 伯 格 (Edinburgh) 大 学 的 Ken Donaldson 教 授 的 准 许 )。
这 些 大 气 污 染 的 研 究 表 示 因 此 , 虽 然 我 们 大 家 都 经 常 暴 露 于 很 多 非 常 小 且 无 明 显 毒 性
的 微 粒 , 只 有 相 对 少 数 人 受 它 们 的 影 响 , 但 是 这 种 作 用 也 许 发 生 在 非 常 低 的 浓 度 。 该 大 气
污 染 中 的 纳 米 颗 粒 能 对 已 知 健 康 负 效 应 负 责 , 这 一 概 念 促 进 了 毒 理 学 对 它 们 的 兴 趣 , 而 且
该 兴 趣 迅 速 扩 展 。 回 顾 活 动 物 体 内 研 究 支 持 一 个 假 设 , 即 所 有 大 小 的 低 毒 力 微 粒 的 毒 性 取
决 于 其 被 吸 入 的 总 表 面 (Faux 等 2003); 进 一 步 调 查 表 示 , 在 同 等 重 量 下 , 某 种 材 料 的
小 微 粒 , 譬 如 二 氧 化 钛 或 炭 黑 , 比 同 样 材 料 的 大 微 粒 更 具 毒 性 (Ferin 等 1990;Oberdorster
1996)。 该 毒 性 来 源 于 一 些 纳 米 颗 粒 表 面 有 过 渡 元 素 金 属 。 它 们 产 生 的 自 由 基 与 身 体 组 织
结 合 (Donaldson 等 2001 )。 其 它 没 有 过 渡 元 素 金 属 的 纳 米 颗 粒 达 到 作 用 的 途 径 如 下 : 巨
大 的 表 面 促 使 培 养 的 细 胞 、 隔 绝 的 器 官 ( 在 体 外 ) 或 直 接 的 在 实 验 动 物 或 人 ( 活 体 内 ) 由 未 知
的 机 制 产 生 的 氧 化 效 应 ( 布 朗 等 2000)。 在 这 两 种 情 况 中 , 我 们 观 察 到 的 对 易 受 影 响 个 体
的 肺 导 致 炎 症 和 对 其 血 液 的 次 要 作 用 而 导 致 肺 和 心 脏 病 症 风 险 增 加 的 作 用 中 , 都 与 被 吸 入
的 微 粒 总 表 面 和 表 面 化 学 反 应 性 , 即 充 足 的 剂 量 有 关 。
图 框 5.3: 流 行 病 学 观 察 到 颗 粒 状 大 气 污 染 和 健 康 之 间 的 联 系
• 脆 弱 个 体 死 于 心 脏 病 的 恶 化 。
• 脆 弱 个 体 死 于 慢 性 肺 病 的 恶 化 。
• 哮 喘 的 恶 化 。
* 长 期 增 长 的 由 心 脏 病 和 肺 癌 发 作 引 起 的 死 亡 风 险 。
* 脆 弱 的 个 体 发 生 婴 儿 猝 死 综 合 症 中 风 的 可 能 。
由 于 普 遍 暴 露 于 大 气 污 染 , 尽 管 有 如 图 框 5.2 所 述 的 防 御 机 制 , 许 多 大 小 微 粒 实 际 上
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主 要 通 过 肺 , 由 巨 噬 细 胞 包 吞 后 转 移 到 细 胞 间 的 组 织 , 输 入 身 体 。 一 些 保 留 在 肺 , 另 外 一
些 通 过 排 泄 淋 巴 管 导 入 淋 巴 结 和 血 液 而 被 去 除 。 个 体 死 亡 之 后 , 通 常 可 以 发 现 暴 露 在 他 们
肺 部 的 矿 物 残 迹 (Seaton 等 1981 里 ); 也 有 非 常 少 量 矿 物 残 迹 在 其 它 组 织 被 发 现 。 纳 米
颗 粒 可 能 从 肺 被 去 除 的 效 率 比 从 更 大 器 官 去 除 的 效 率 更 高 , 虽 然 不 同 物 种 之 间 是 有 区 别 的
(Churg 和 Brauer 1997 年 ,Bermudez 等 2004)。 这 其 中 有 些 颗 粒 可 能 由 血 液 排 除 。
图 5.3 用 场 发 射 扫 描 电 子 显 微 镜 观 察 到 的 煤 烟 纳 米 粒 子 ( 本 图 的 使 用 已 获 得 卡 迪 夫
(Cardiff) 大 学 的 Roy Richards 教 授 的 准 许 )。
一 些 具 体 为 流 行 病 学 而 设 计 的 研 究 调 查 了 体 外 和 活 体 内 细 胞 的 反 应 毒 理 学 (Seaton
等 1999 年 ,Schwartz 2001)。 但 是 , 这 些 研 究 很 难 归 因 于 大 气 污 染 的 一 个 或 多 个 组 分
(Seaton 和 Dennekamp 2003), 因 为 大 气 污 染 微 粒 是 不 同 的 化 学 组 成 因 此 可 能 包 括 将 影 响
他 们 的 毒 性 的 金 属 原 子 和 分 子 。 总 之 , 大 气 污 染 的 流 行 病 学 的 研 究 指 出 小 的 而 不 是 大 的 微
粒 导 致 危 害 , 虽 然 气 体 譬 如 ( 和 微 粒 数 字 紧 紧 关 联 ) 氧 化 氮 也 显 示 有 和 健 康 有 数 种 负 面 联
系 (Seaton 和 Dennekamp 2003)。
将 大 气 污 染 情 况 与 心 脏 病 发 生 相 联 系 (Peters 等 2000) 并 且 与 心 脏 节 率 和 血 压 变 化
(Peters 等 1999) 相 联 系 的 观 察 显 示 , 不 仅 有 体 液 ( 或 血 液 ) 反 应 , 大 气 污 染 也 许 会 造 成 短
期 神 经 系 统 反 应 。 神 经 系 统 的 反 应 机 制 不 是 清 楚 , 当 前 是 热 门 研 究 。 纳 米 颗 粒 是 该 反 应 的
一 个 重 大 嫌 疑 ( 虽 然 不 是 唯 一 的 : 气 体 也 许 有 这 样 的 作 用 ), 可 能 成 为 神 经 系 统 反 射 开 始 的
促 成 剂 ; 病 毒 可 以 利 用 神 经 传 输 (Bodian 和 Howe 1941), 近 期 的 工 作 显 示 人 工 纳 米 颗 粒
也 许 能 穿 透 和 通 过 神 经 元 并 沿 神 经 突 进 入 大 脑 (Oberdorster 等 2004b)。 还 有 一 些 相 关 证
据 , 如 典 型 空 气 污 染 物 中 的 金 属 可 能 发 现 在 城 市 中 的 狗 脑 中 (Calderon-Garciduenas 等
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2003), 也 有 可 能 的 是 与 气 味 有 关 的 机 制 也 许 能 提 供 颗 粒 沿 神 经 运 输 的 方 法 。 对 纳 米 颗 粒
的 神 经 传 输 是 需 要 更 多 研 究 的 。
从 研 究 大 气 污 染 微 粒 中 纳 米 颗 粒 之 危 险 的 最 重 大 发 现 是 , 当 细 胞 和 器 官 暴 露 于 剂 量 充
足 的 由 无 毒 物 质 构 成 的 纳 米 颗 粒 中 时 也 能 展 示 出 毒 性 反 应 。
d) 从 纳 米 颗 粒 的 医 疗 应 用 来 的 证 据
详 细 的 关 于 纳 米 颗 粒 对 人 体 作 用 的 信 息 来 自 制 药 产 业 。 许 多 年 来 制 药 学 家 开 发 新 的 药
用 化 合 物 输 递 系 统 的 时 候 , 也 研 究 了 纳 米 颗 粒 的 在 体 内 的 命 运 ( 参 见 部 分 3.5)。 这 些 课 题
研 究 了 球 状 微 粒 并 探 索 了 他 们 在 不 同 的 输 递 路 线 包 括 吸 入 、 摄 取 、 注 射 和 透 皮 肤 给 药 。 因
为 微 粒 穿 透 肺 、 食 道 和 皮 肤 有 障 碍 , 许 多 关 于 纳 米 颗 粒 的 知 识 是 从 注 射 药 物 的 研 究 中 获 得
的 。 注 射 后 , 纳 米 颗 粒 由 肝 脏 和 脾 脏 的 巨 噬 细 胞 吞 没 。 最 后 , 根 据 他 们 的 溶 解 度 和 表 面 化
学 , 他 们 可 以 由 肾 脏 排 泄 (Borm 和 Kreyling 2004)。 一 般 来 说 , 纳 米 颗 粒 的 排 泄 于 尿 或
呼 吸 , 或 消 化 道 由 胆 汁 排 泄 , 或 从 身 体 上 的 死 细 胞 脱 落 而 排 除 。 表 面 涂 层 影 响 了 一 些 微 粒
的 清 除 机 制 , 其 中 有 些 能 有 选 择 性 地 富 集 在 的 特 定 的 器 官 或 细 胞 (Illum 等 1987)。 这 表
示 , 表 面 涂 层 也 许 能 让 一 些 纳 米 材 料 定 向 于 具 体 器 官 , 而 且 测 试 颗 粒 毒 性 时 需 要 考 虑 到 这
些 涂 层 。 这 也 表 明 有 害 的 纳 米 颗 粒 有 可 能 会 穿 过 细 胞 或 跨 越 如 血 脑 屏 障 等 承 担 重 要 防 御 功
能 的 天 然 障 碍 。
5.3.2 工 业 制 备 的 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管
本 部 分 我 们 考 虑 工 业 制 备 的 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 对 健 康 的 影 响 、 现 有 的 和 潜 在 的 暴 露 路
线 和 水 平 , 然 后 讨 论 处 理 任 何 潜 在 风 险 的 方 式 。
从 对 大 气 污 染 , 矿 物 灰 尘 和 药 物 的 研 究 导 出 的 总 体 结 论 是 , 纳 米 颗 粒 毒 性 的 主 要 决 定
因 素 是 :
—— 目 标 器 官 的 总 表 面 ;
—— 表 面 的 化 学 活 性 ( 包 括 任 何 表 面 组 分 如 过 渡 元 素 金 属 和 涂 层 ), 特 别 是 它 参 与 反 应
产 生 自 由 基 的 能 力 ;
—— 允 许 微 粒 穿 透 器 官 或 进 入 细 胞 而 能 防 止 它 被 排 出 的 尺 寸 ;
—— 也 许 相 关 的 是 它 的 溶 解 性 , 因 为 可 溶 解 微 粒 如 盐 可 以 在 毒 性 反 应 之 前 分 散 。
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图 5.4 4 小 时 内 在 阿 伯 丁 (Aberdeen) 市 中 心 的 颗 粒 收 集 实 验 。 测 量 采 用 了 Ptrak 连
续 粒 子 计 数 器 计 量 了 500 纳 米 以 下 的 所 有 颗 粒 , 尽 管 在 正 常 的 空 气 中 小 于 100 纳 米 的 颗 粒
占 了 非 常 大 的 比 例 。( 数 据 由 阿 伯 丁 大 学 的 Martine Dennekamp 收 集 )。
a) 吸 入
小 的 吸 入 纳 米 颗 粒 中 有 相 当 高 的 比 例 可 沉 积 于 深 肺 。 纳 米 颗 粒 的 大 小 可 能 影 响 他 们 进
入 细 胞 的 能 力 。 专 业 吞 噬 细 胞 的 细 胞 如 组 织 巨 噬 细 胞 和 白 血 球 在 血 液 一 般 吞 没 比 较 大 的 微
粒 。 这 是 在 高 等 动 物 为 排 出 潜 在 的 有 害 细 菌 的 演 化 出 来 的 机 制 , 也 类 似 于 单 细 胞 有 机 体 哺
养 的 方 法 。 相 比 之 下 , 纳 米 颗 粒 由 于 他 们 的 太 小 , 可 能 直 接 通 过 细 胞 膜 进 入 细 胞 , 有 可 能
干 涉 重 要 的 细 胞 功 能 , 如 细 胞 运 动 和 去 除 细 菌 的 能 力 等 (Renwick 等 2001)。
小 大 并 不 是 决 定 纳 米 颗 粒 毒 性 的 唯 一 重 要 因 素 ; 整 体 数 字 和 总 表 面 ( 总 剂 量 ) 也 重 要 。
根 据 我 们 已 知 证 据 可 以 推 断 , 虽 然 纳 米 颗 粒 的 毒 性 决 定 于 他 们 的 大 小 和 单 位 质 量 的 总 表 面
积 , 毒 性 也 取 决 于 颗 粒 吸 收 入 身 体 数 量 。 对 低 表 面 反 应 性 的 纳 米 颗 粒 , 推 测 潜 在 的 对 人 与
其 它 动 物 毒 性 , 应 该 考 虑 暴 露 可 能 的 剂 量 和 路 线 。 对 于 肺 , 少 量 微 粒 的 吸 入 是 不 太 可 能 有
重 大 风 险 。 非 常 大 数 量 的 吸 入 , 如 可 能 发 生 在 工 业 生 产 和 制 造 过 程 中 的 暴 露 , 应 该 由 立 法
控 制 。 对 于 有 表 面 反 应 活 性 强 的 特 殊 类 型 纳 米 颗 粒 ,( 例 如 由 于 过 渡 元 素 金 属 比 例 较 高 或
组 分 特 别 ), 应 当 更 加 小 心 把 并 且 暴 露 减 到 最 小 。 体 内 和 体 外 的 毒 理 学 研 究 , 必 需 成 为 对
可 能 暴 露 于 人 的 任 何 物 质 的 调 查 内 容 。
只 有 几 类 型 纳 米 颗 粒 , 如 二 氧 化 钛 、 炭 黑 、 氧 化 锌 和 氧 化 铁 当 前 可 由 工 业 生 产 制 备 ( 参
见 章 节 4)。 其 它 可 能 实 现 工 业 生 产 的 纳 米 颗 粒 今 后 可 能 用 于 治 疗 或 诊 断 使 用 , 它 们 可 能
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是 有 化 学 涂 层 的 金 属 颗 粒 , 它 们 含 有 特 殊 性 质 使 其 能 进 入 身 体 , 跨 越 天 然 组 织 障 碍 , 并 进
入 细 胞 (Borm 和 Kreyling 2004)。 纳 米 管 可 能 的 规 模 生 产 也 有 人 有 兴 趣 : 现 在 已 经 有 一
些 碳 纳 米 管 的 试 验 制 造 工 厂 , 并 且 实 验 室 中 已 经 广 泛 的 在 研 究 由 碳 制 成 和 其 它 元 素 构 成 的
纳 米 管 。 因 此 今 后 几 年 最 可 能 的 潜 在 暴 露 将 是 在 工 作 场 所 , 包 括 产 业 界 和 大 学 。
工 作 场 所 的 暴 露 程 度 取 决 于 生 产 技 术 ( 第 四 章 已 经 列 出 ): 例 如 , 液 体 环 境 中 加 工 和
储 存 就 能 减 少 空 气 中 的 暴 露 机 会 , 当 然 , 易 挥 发 性 的 液 体 还 会 以 蒸 汽 或 雾 的 形 式 散 布 在 空
气 中 。 加 工 者 必 须 考 虑 大 颗 粒 和 纳 米 尺 度 小 颗 粒 毒 性 的 差 异 , 除 非 对 纳 米 粒 子 的 毒 性 有 充
分 的 了 解 , 否 则 接 触 到 的 一 切 颗 粒 都 当 视 为 有 害 而 施 以 工 业 卫 生 标 准 的 保 护 。 比 如 , 个 人
的 呼 吸 防 护 , 准 确 的 毒 性 知 识 , 意 外 泄 漏 时 正 确 的 清 洗 规 程 和 相 应 的 补 救 措 施 。 还 有 几 个
方 面 需 要 进 一 步 研 究 。 特 别 是 工 业 和 实 验 室 环 境 下 对 空 气 中 纳 米 粒 子 浓 度 的 合 乎 标 准 、 行
之 有 效 的 测 量 监 测 方 法 , 尤 其 针 对 纳 米 粒 子 的 过 滤 材 料 、 防 毒 面 具 要 认 真 研 究 。 毒 物 研 究
应 该 加 强 新 生 纳 米 颗 粒 的 毒 性 评 估 , 其 中 表 面 性 质 对 毒 性 的 影 响 值 得 详 细 调 查 。
如 在 3.2 节 所 列 出 的 那 样 , 纳 米 管 引 人 注 目 , 因 为 它 们 有 坚 韧 的 力 学 性 能 , 并 且 能 成
为 导 体 。 截 至 目 前 , 碳 纳 米 管 是 人 们 研 究 的 焦 点 , 不 过 其 他 元 素 和 分 子 制 奋 的 纳 米 管 也 在
研 究 当 中 。 纳 米 管 与 石 棉 和 其 他 可 以 引 发 疾 病 的 纤 维 之 相 似 性 已 经 引 起 人 们 在 安 全 方 面 的
关 注 。 现 有 技 术 制 奋 的 纳 米 管 , 在 可 以 预 见 的 尺 度 上 非 常 独 特 , 粗 细 几 个 纳 米 , 长 短 数 微
米 ( 尽 管 当 前 人 们 是 以 丛 簇 而 非 单 根 方 式 制 造 纳 米 管 )。 其 中 可 能 蕴 藏 着 危 险 , 因 为 这 些 纳
米 管 兼 有 纤 维 的 形 式 和 极 细 小 的 纳 米 尺 度 的 特 点 于 一 身 。 由 于 这 些 特 点 , 它 们 一 旦 由 呼 吸
带 入 人 的 肺 , 由 于 强 度 很 大 且 难 以 解 离 , 单 根 尺 寸 极 细 小 , 吸 入 之 后 完 全 可 能 到 达 最 细 的
气 管 。 铁 和 其 他 的 金 属 在 纳 米 管 制 造 过 程 中 用 作 催 化 剂 , 这 些 金 属 元 素 可 以 是 自 由 基 释 放
和 体 内 炎 症 的 起 因 。 一 项 有 关 大 剂 量 (60-240 微 克 , 尺 寸 不 定 ) 单 壁 纳 米 管 引 发 效 应 的 研
究 在 2003 年 由 Shvedova 完 成 , 对 此 提 出 佐 证 。 在 这 个 研 究 中 , 效 应 可 能 起 源 于 铁 , 纳 米
管 比 较 短 , 而 且 聚 集 成 团 。 这 种 单 根 的 结 构 漂 浮 在 空 气 中 则 是 不 大 可 能 的 , 况 且 因 为 静 电
力 的 作 用 它 们 会 抱 成 团 , 从 而 使 其 进 入 肺 泡 的 可 能 性 减 小 。 事 实 上 , 我 们 对 于 它 们 的 空 气
动 力 学 性 能 知 之 甚 少 , 也 不 知 道 它 们 是 否 真 的 大 量 悬 浮 在 空 气 中 而 导 致 严 重 后 果 。
如 果 大 量 纳 米 管 纠 缠 在 一 起 , 成 为 飘 浮 于 空 气 中 的 “ 微 绳 索 ”, 那 么 从 原 则 上 讲 它 们
跟 传 统 的 纤 维 有 同 样 的 危 险 性 。 要 是 它 们 再 攒 成 “ 羊 毛 球 ”, 尺 寸 到 10 微 米 , 它 们 的 空 气
动 力 学 性 质 将 会 到 一 个 临 界 状 态 : 如 果 大 于 10 微 米 , 它 们 不 会 悬 浮 于 空 气 而 随 呼 吸 入 肺 ,
但 是 小 于 10 微 米 , 它 们 表 现 得 就 像 一 粒 大 尘 埃 。 当 前 有 一 项 研 究 即 是 , 怎 样 的 结 构 和 表
面 覆 盖 层 能 够 使 纳 米 管 彼 此 分 离 。 只 要 能 被 吸 入 , 不 论 它 们 的 最 终 形 式 如 何 , 仅 从 表 面 活
性 来 讲 其 毒 性 看 来 都 是 确 定 无 疑 的 。 已 经 发 表 的 有 关 哺 乳 动 物 肺 部 毒 性 的 研 究 并 不 能 简 单
外 推 。 出 于 研 究 需 要 , 这 些 纳 米 管 是 以 混 杂 状 态 而 不 是 单 根 纤 维 形 式 注 入 ( 批 量 注 射 而 不
是 自 然 状 态 下 吸 入 气 管 )。 大 宗 注 入 导 致 气 道 堵 塞 和 气 道 内 的 纤 维 化 , 这 是 通 常 条 件 下 不
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会 出 现 的 (Maynard 等 ,2004)。 几 处 工 作 场 所 的 初 步 研 究 表 明 , 很 难 让 单 根 的 纳 米 管 以
气 溶 胶 的 形 式 飘 散 在 空 气 中 , 它 们 更 倾 向 于 抱 聚 集 成 团 (Warheit 等 2004)。 但 是 , 考 虑
接 触 体 内 环 境 的 面 积 之 大 、 吸 入 物 中 非 纤 维 化 的 小 颗 粒 、 被 肺 的 表 面 活 性 剂 分 解 为 单 根 小
管 这 种 种 可 能 性 , 以 小 簇 的 形 式 吸 入 , 对 于 肺 的 正 常 免 疫 来 说 还 是 暗 藏 许 多 问 题 的 。
如 果 制 造 单 根 纳 米 管 ( 而 非 团 ) 的 技 术 屏 障 被 突 破 , 我 们 能 够 预 计 它 们 将 应 用 于 许 多
产 品 上 , 比 如 电 子 器 件 ( 第 三 章 、 第 四 章 有 说 明 ), 同 时 , 工 作 人 员 与 之 直 面 相 对 的 机 会
将 大 大 增 加 。 直 接 比 对 测 量 在 正 常 实 验 室 或 者 工 作 场 所 空 气 中 的 有 无 纳 米 管 悬 浮 物 是 非 常
困 难 的 。 它 们 目 前 还 不 易 分 散 的 事 实 表 明 它 们 大 量 以 单 跟 纤 维 方 式 逃 逸 进 入 空 气 的 途 径 跟
通 常 情 形 是 不 同 的 。 从 已 有 的 石 棉 经 验 , 我 们 确 信 纳 米 管 值 得 给 与 特 别 的 毒 性 学 关 注 ; 需
要 研 究 的 类 型 列 于 框 图 5.4 中 。 这 项 计 划 的 目 标 是 通 过 评 估 发 生 在 实 验 实 或 工 作 间 里 人 员
暴 露 接 触 从 而 尽 可 能 全 面 勾 画 出 伤 害 发 生 的 可 能 性 , 同 时 辅 之 以 可 溶 性 和 毒 性 的 体 外 测 试
和 通 过 小 型 哺 乳 动 物 的 体 内 实 验 对 这 些 测 试 的 有 效 性 进 行 评 估 。 同 时 , 我 们 相 信 对 于 那 些
在 纳 米 管 研 究 和 早 期 工 业 发 展 中 与 之 打 交 道 的 人 们 面 临 的 可 能 危 害 应 该 给 与 充 分 的 重 视 ,
进 而 控 制 暴 露 污 染 。 在 工 作 场 所 内 对 纳 米 粒 子 和 纳 米 管 的 暴 露 控 制 将 在 第 八 章 讲 述 。
图 框 5.4 纳 米 管 一 类 的 新 纤 维 对 健 康 造 成 可 能 危 害 的 估 计
暴 露 研 究 :
• 用 生 产 、 使 用 、 排 放 的 职 业 卫 生 研 究 来 确 定 可 能 存 在 于 工 作 场 所 内 纤 维 的 尺 寸 和 浓 度
• 纤 维 长 度 是 否 大 于 15 微 米 ( 防 止 巨 噬 细 胞 的 清 除 )
• 纤 维 可 否 到 达 肺 部 气 体 交 换 的 部 位 ( 即 长 度 是 否 小 于 3 微 米 )
体 外 研 究
• 纤 维 稳 定 么 ( 该 指 标 预 示 它 是 否 会 长 期 滞 留 于 肺 )
• 纤 维 杀 死 细 胞 么 , 引 发 炎 症 , 释 放 自 由 基 么
• 除 去 纤 维 中 的 金 属 对 它 们 的 毒 性 有 何 影 响
小 型 哺 乳 动 物 ( 活 体 ) 研 究
• 注 入 和 吸 入 纤 维 后 小 鼠 的 肺 部 有 残 留 么
• 注 入 和 吸 入 纤 维 后 引 发 炎 症 么
• 长 期 吸 入 纤 维 后 导 致 肺 部 的 纤 维 化 / 肺 癌 么
• 纤 维 注 入 胸 膜 和 腹 膜 ( 分 别 是 胸 腔 和 腹 腔 内 的 膜 ) 后 引 发 间 皮 瘤 ( 一 种 癌 变 ) 么
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) 皮 肤 接 触
当 前 , 皮 肤 暴 露 限 于 那 些 使 用 含 有 纳 米 颗 粒 各 种 护 肤 品 的 人 们 。 在 这 项 研 究 之 前 或 之
中 , 用 于 化 妆 品 中 的 纳 米 颗 粒 ( 尤 其 是 二 氧 化 钛 ) 倍 受 关 注 。 二 氧 化 钛 纳 米 颗 粒 使 用 于 某
些 防 晒 霜 , 它 们 对 于 可 见 光 透 明 , 并 可 以 反 射 和 吸 收 紫 外 线 。 氧 化 铁 的 纳 米 颗 粒 被 用 作 某
些 产 品 的 掺 杂 , 比 如 唇 膏 , 我 们 知 道 , 在 欧 洲 只 有 尺 寸 大 于 100 纳 米 的 颗 粒 可 以 使 用 。 很
明 显 , 纳 米 颗 粒 和 有 同 样 化 学 构 成 的 大 尺 寸 的 物 质 有 不 同 性 质 , 这 些 不 同 性 质 对 于 皮 肤 造
成 的 长 期 毒 性 尚 需 要 严 格 的 逐 条 审 查 。
尽 管 防 晒 霜 的 使 用 避 免 了 强 光 的 照 射 , 但 它 是 否 因 此 阻 止 了 人 类 皮 肤 癌 的 发 作 还 远 未
达 成 定 论 。 曾 经 有 项 建 议 , 认 为 行 为 方 式 的 改 变 可 能 增 加 了 危 险 (IARC 2001)。 防 晒 霜 中
的 一 些 成 分 , 包 括 有 机 化 合 物 和 颗 粒 , 它 们 自 身 在 某 些 条 件 下 可 能 就 是 光 活 性 的 , 所 以 评
价 它 们 对 于 人 类 皮 肤 的 作 用 时 要 特 别 谨 慎 。 我 们 审 查 了 人 们 对 于 纳 米 粒 子 穿 透 皮 肤 的 顾 虑 ,
二 氧 化 钛 是 光 活 性 的 , 如 果 它 能 够 穿 透 皮 肤 , 它 可 以 释 放 自 由 基 , 这 是 可 以 损 害 细 胞 中 的
DNA 的 。 目 前 限 定 在 动 物 和 人 类 皮 肤 的 毒 理 学 研 究 表 明 , 目 前 防 晒 霜 中 使 用 的 二 氧 化 钛 纳 米
颗 粒 不 能 穿 透 外 表 皮 , 相 反 防 晒 霜 中 的 有 机 成 分 穿 透 性 更 强 些 (SCCNFP 2000)。 化 妆 品 和
非 食 物 产 品 科 学 委 员 会 (SCCNFP) 给 欧 洲 委 员 会 提 供 意 见 , 认 为 二 氧 化 钛 纳 米 颗 粒 作 为 紫
外 线 过 滤 物 质 是 安 全 的 。 他 们 宣 布 它 是 安 全 的 , 不 论 颗 粒 是 否 有 外 层 包 覆 (SCCNFP 2000)。
我 们 的 一 个 忧 虑 是 企 业 提 交 给 SCCNFP 的 安 全 档 案 , 依 然 是 由 相 关 产 业 封 存 的 未 解 之
秘 , 虽 然 该 提 交 的 证 据 在 委 员 会 的 最 终 决 议 中 会 被 参 考 。 虽 然 我 们 理 解 工 业 界 有 权 利 顾 及
商 业 秘 密 , 但 我 们 认 为 这 还 不 至 于 剥 夺 科 学 或 其 他 感 兴 趣 团 体 对 于 化 妆 品 中 成 分 安 全 检 测
数 据 的 知 情 权 。 我 们 期 望 能 够 以 某 种 方 式 知 道 这 些 数 据 而 不 暴 露 单 个 产 品 的 绝 密 信 息 。 新
的 或 正 在 发 展 的 科 技 —— 比 如 纳 米 科 技 , 同 行 评 审 的 文 献 中 没 有 完 全 的 毒 性 学 的 信 息 。 所
以 , 我 们 建 议 负 责 这 些 科 技 产 品 成 分 安 全 性 的 科 学 顾 问 委 员 会 ( 包 括 SCCNFP 或 其 替 代 者 )
的 参 考 条 目 当 中 应 该 包 括 : 关 系 到 安 全 评 估 的 相 关 数 据 要 求 , 制 备 方 法 , 这 些 都 应 属 于 公
共 信 息 。
化 妆 品 ( 包 括 防 晒 霜 ) 应 仅 用 于 没 有 损 伤 的 皮 肤 组 织 , 绝 大 多 数 的 有 关 皮 肤 渗 透 性 测
试 的 设 计 也 是 把 这 当 成 一 条 默 认 的 规 则 。 极 少 有 公 布 的 研 究 指 出 这 些 纳 米 颗 粒 是 否 能 渗 透
已 破 损 的 皮 肤 。 可 能 引 起 破 损 的 原 因 包 括 由 强 烈 的 日 光 暴 晒 造 成 的 灼 伤 , 还 有 湿 疹 这 类 疾
病 等 。 没 有 包 覆 的 二 氧 化 钛 纳 米 粒 子 具 有 光 活 性 , 但 是 在 防 晒 霜 中 使 用 的 包 覆 二 氧 化 钛 的
材 料 在 防 止 粒 子 聚 团 的 同 时 也 减 少 自 由 基 的 形 成 (Bennat & Muller-Goymann 2000 ), 所
以 防 晒 霜 中 的 二 氧 化 钛 纳 米 颗 粒 即 使 能 够 渗 透 皮 肤 也 不 会 加 剧 自 由 基 损 伤 。 因 为 防 晒 霜 可
能 被 用 在 破 损 的 皮 肤 上 , 我 们 最 初 的 直 觉 就 是 让 所 有 含 有 防 晒 霜 的 产 品 都 被 当 作 药 物 加 以
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规 范 , 美 国 正 是 这 样 做 的 。 当 然 , 我 们 也 认 识 到 这 会 带 来 棘 手 的 问 题 , 比 如 去 决 定 到 底 有
多 少 种 , 哪 一 种 该 列 入 此 类 。 我 们 知 道 英 国 对 化 妆 类 产 品 及 其 成 份 的 动 物 检 测 实 验 制 定 了
严 格 的 禁 令 , 从 2013 年 起 欧 盟 正 在 逐 步 推 进 此 类 禁 令 的 实 施 。 尽 管 在 人 类 皮 肤 和 细 胞 上
的 测 试 尚 为 可 行 , 但 是 2013 年 后 用 于 纳 米 粒 子 测 试 的 非 动 物 模 型 还 不 很 清 楚 。
SCCNFP 也 考 虑 化 妆 品 中 通 过 添 加 氧 化 锌 纳 米 粒 子 过 滤 紫 外 线 的 安 全 性 , 并 且 起 草 文
件 建 议 从 制 造 商 那 里 得 到 更 多 的 信 息 以 对 安 全 性 做 出 正 确 的 评 价 (SCCNFP 2003a)。 在 这
个 过 程 中 , 他 们 强 调 指 出 氧 化 锌 (200 纳 米 以 下 ) 对 于 体 外 培 养 的 细 胞 和 DNA 具 有 光 危 害
性 。 他 们 建 议 作 恰 当 的 活 体 调 查 来 证 实 该 发 现 的 可 靠 性 。 另 外 , 他 们 还 说 氧 化 锌 在 皮 肤 上
的 吸 附 量 还 没 有 可 靠 的 数 据 , 对 潜 在 的 由 呼 吸 吸 入 体 内 的 可 能 性 尚 未 考 虑 (SCCNFP
2003a)。 美 国 的 食 品 与 药 品 管 理 局 (FDA) 证 实 在 防 晒 霜 中 使 用 的 氧 化 锌 没 有 尺 寸 上 的 限
制 , 不 过 还 不 清 楚 FDA 是 否 考 虑 在 纳 米 尺 度 上 它 的 性 质 是 否 将 与 其 它 形 态 有 所 不 同 这 一 点
(FDA 1999)。 由 SCCNFP 提 出 的 对 于 极 细 微 氧 化 锌 作 为 紫 外 线 过 滤 物 的 疑 问 同 样 适 用 于 包
含 氧 化 锌 的 化 妆 品 和 护 肤 品 。 在 欧 洲 , 所 有 的 化 妆 品 必 需 经 过 厂 家 的 安 全 评 估 , 只 有 一 些
成 分 ( 比 如 紫 外 线 过 滤 ) 使 用 前 必 须 有 SCCNFP 的 评 估 。
我 们 对 于 含 有 纳 米 颗 粒 护 肤 品 的 规 范 化 含 义 放 在 第 八 章 陈 述 。
c) 其 他 的 暴 露 途 径
把 纳 米 颗 粒 用 于 治 疗 和 研 究 中 的 尝 试 正 在 进 展 当 中 , 总 体 目 标 是 能 够 注 入 体 内 把 有 效
化 学 成 分 传 送 到 病 灶 细 胞 。 如 果 成 功 , 可 供 选 择 的 将 是 少 数 能 够 生 物 降 解 的 颗 粒 。 作 为 治
疗 性 物 质 , 在 广 泛 的 临 床 应 用 前 , 必 需 做 活 体 安 全 性 与 毒 性 检 测 , 这 些 测 试 不 仅 包 括 化 学
性 能 , 还 要 考 虑 尺 寸 效 应 。 制 药 科 学 家 在 研 究 纳 米 颗 粒 的 性 质 , 期 待 它 们 到 达 病 变 细 胞 之
前 能 够 避 开 细 胞 防 御 系 统 , 毒 理 学 专 家 则 研 究 空 气 污 染 粒 子 的 性 质 和 对 远 离 肺 部 的 器 官 产
生 各 种 副 作 用 的 渠 道 。 然 而 , 这 两 类 科 学 家 之 间 还 明 显 缺 乏 很 好 的 沟 通 。 比 如 , 在 制 药 应
用 方 面 纳 米 粒 子 被 研 究 用 来 作 为 蛋 白 质 --- 比 如 抗 体 --- 的 载 体 。 二 者 结 合 的 共 轭 性 表 明 ,
一 旦 将 蛋 白 和 载 体 同 时 注 入 体 内 , 就 像 天 然 蛋 白 独 自 存 在 于 活 体 中 那 样 产 生 同 样 的 作 用 ,
并 且 不 改 变 其 所 在 血 液 或 细 胞 中 的 蛋 白 功 能 。 据 猜 测 这 些 复 杂 的 相 互 作 用 可 能 改 变 重 要 细
胞 功 能 的 作 用 范 围 甚 至 使 预 期 的 纳 米 粒 子 功 能 完 全 失 效 (Borm and Kreyling 2004)。 不
论 注 入 还 是 吸 入 纳 米 粒 子 , 在 医 学 中 危 险 性 将 是 存 在 的 , 这 将 是 基 础 毒 理 学 研 究 必 需 介 入
的 领 域 。
这 种 缺 乏 沟 通 有 两 层 含 义 : 一 、 关 于 科 研 中 的 纳 米 粒 子 的 毒 性 和 降 低 毒 性 的 方 法 , 药
物 学 家 都 可 以 提 供 有 用 的 信 息 。 二 、 开 发 纳 米 粒 子 的 新 应 用 时 , 药 物 学 家 都 需 弄 清 楚 这 些
颗 粒 的 毒 性 , 可 能 不 只 在 病 灶 细 胞 , 还 要 考 虑 其 他 的 组 织 和 细 胞 。 对 双 方 而 言 , 将 知 识 汇
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总 和 共 享 是 十 分 重 要 的 。 本 章 的 后 半 部 分 将 考 虑 这 些 可 能 性 。
5.4 环 境 和 其 他 物 种 的 效 应
虽 然 有 很 多 文 献 阐 述 有 污 染 性 的 颗 粒 对 于 人 类 的 影 响 , 但 是 在 研 究 特 定 的 空 气 污 染 对
环 境 和 生 活 于 其 中 的 非 人 类 物 种 的 影 响 时 , 人 们 主 要 关 心 如 二 氧 化 硫 、 臭 氧 等 等 气 体 , 而
非 颗 粒 。 除 了 限 于 实 验 室 中 对 哺 乳 动 物 进 行 有 关 人 类 毒 性 学 的 研 究 外 , 没 有 同 等 的 关 于 非
人 类 动 物 用 来 研 究 纳 米 颗 粒 影 响 的 类 似 文 献 。 也 缺 乏 纳 米 颗 粒 对 于 植 物 、 微 生 物 等 影 响 的
研 究 。
我 们 仅 仅 知 道 一 篇 关 于 非 人 物 种 ( 不 限 于 实 验 室 哺 乳 动 物 ) 的 小 型 研 究 文 献 。 在 研 究
问 题 中 , 少 数 的 黑 鲈 幼 苗 (4-9 尾 ) 被 放 在 碳 60 纳 米 颗 粒 的 溶 液 中 (Oberdorster 2004a )。
在 浓 度 0.5ppm 的 C60 溶 液 中 搁 置 48 小 时 后 , 这 些 黑 鲈 脑 中 的 氧 化 脂 肪 显 著 增 加 , 但 是
浓 度 到 达 1.0ppm 时 , 增 加 却 不 那 么 显 著 了 。 作 者 提 到 鱼 缸 中 的 水 是 清 沏 的 , 这 表 明 纳 米
颗 粒 对 于 微 生 物 的 可 能 影 响 。 确 实 需 要 更 大 规 模 、 更 加 细 致 地 追 踪 这 个 前 导 性 的 研 究 。
那 些 逃 逸 于 自 然 环 境 的 人 造 纳 米 粒 子 很 有 可 能 被 水 和 土 壤 中 的 有 机 体 吸 收 , 然 后 借 助
粒 子 的 表 面 活 性 , 干 预 它 们 的 重 要 功 能 。 例 如 , 有 证 据 表 明 纳 米 粒 子 可 以 抑 制 巨 噬 细 胞 的
移 动 性 能 与 吞 噬 本 领 , 对 于 土 壤 中 的 简 单 微 生 物 可 能 有 相 似 的 影 响 。 和 人 类 毒 理 学 参 照 ,
对 有 机 体 暴 露 的 剂 量 可 以 决 定 毒 性 。
与 其 它 化 学 成 分 一 样 , 纳 米 粒 子 也 能 通 过 非 常 广 泛 的 环 境 渠 道 到 达 人 和 生 物 。 例 如 ,
生 物 会 摄 取 进 入 水 系 或 沉 淀 在 植 物 上 的 物 质 。 区 分 化 学 成 份 可 致 害 的 内 在 性 质 的 标 准 依 据
于 该 化 学 物 质 的 化 学 持 久 性 、 生 物 累 积 和 毒 性 。 英 国 化 学 药 品 风 险 人 论 坛 使 用 的 标 准 列 在
框 图 5-5 中 。 根 据 上 述 三 个 标 准 而 得 分 最 高 的 化 学 物 质 受 到 特 别 关 注 。 物 质 通 过 呼 吸 吸 入
和 通 过 食 物 摄 取 , 都 会 因 此 而 进 入 食 物 链 , 随 后 经 过 生 物 累 积 和 摄 取 传 至 食 物 链 的 高 级 环
节 。 通 过 食 物 摄 取 方 式 的 暴 露 依 赖 于 该 物 质 的 化 学 持 久 性 ( 即 它 在 环 境 的 存 活 时 间 ) 和 生
物 累 积 ( 通 常 富 集 在 脂 类 中 )。 当 某 种 化 学 物 质 引 起 相 关 问 题 时 通 过 测 量 可 以 给 出 何 时 它
能 够 到 达 某 一 值 以 及 恢 复 原 来 水 平 的 难 易 程 度 。 纳 米 颗 粒 的 表 面 性 质 决 定 能 否 被 体 内 的 脂
类 组 织 、 骨 、 蛋 白 质 吸 收 , 这 些 最 终 决 定 生 物 累 积 。 例 如 , 在 黑 鲈 研 究 中 使 用 的 C60 颗 粒
是 亲 脂 的 , 这 意 味 着 C60 会 被 脂 肪 组 织 吸 收 。 持 久 性 决 定 于 材 料 可 否 分 解 , 比 如 氧 化 或 被
环 境 改 性 , 譬 如 聚 集 或 吸 附 到 其 他 材 料 而 失 去 作 为 纳 米 材 料 的 特 殊 危 险 性 。
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图 框 5.5: 英 国 化 学 药 品 高 层 论 坛 使 用 的 标 准
• 持 久 性
化 学 成 分 的 持 久 性 , 是 指 将 其 放 入 环 境 中 很 长 时 间 后 才 会 分 解 或 根 本 不 分 解 。 论
坛 将 物 质 的 持 久 性 定 为 分 解 一 半 所 需 的 时 间 为 两 个 月 ( 水 中 ) 或 六 个 月 ( 土 壤 )。
• 生 物 累 积
化 学 物 质 的 生 物 累 积 是 指 该 物 质 具 有 体 液 ( 比 如 胃 液 和 血 液 ) 中 聚 向 体 内 脂 肪 组
织 的 强 烈 倾 向 性 。 某 种 物 质 在 做 关 于 脂 类 和 水 的 选 择 性 吸 附 的 测 试 中 , 脂 类 吸 附 量 是
水 的 10,000:1 或 更 多 , 则 被 称 为 具 有 生 物 累 积 性 。 任 何 物 质 只 要 亲 脂 的 比 例 达 到
100,000:1 便 足 以 引 起 非 常 关 注 。 除 了 脂 类 , 累 计 在 骨 组 织 和 吸 附 于 蛋 白 质 的 物 质 ,
也 受 到 人 们 注 意 。
• 毒 性
有 毒 的 化 学 物 质 会 对 暴 露 其 中 的 组 织 造 成 直 接 伤 害 。 通 常 论 坛 对 毒 性 物 品 的 标 准
依 据 欧 盟 对 危 险 物 质 的 界 定 (67/548/EEC)。 除 了 这 个 标 准 , 如 果 某 物 质 的 浓 度 小 于
0.1 毫 克 每 升 时 即 对 给 定 水 生 生 物 样 本 的 50% 产 生 致 命 性 伤 害 , 那 么 该 物 质 应 当 引 起
足 够 关 注 。
录 自 “ 化 学 药 品 高 层 论 坛 ”2003
对 动 物 , 简 单 测 试 对 确 定 化 学 物 质 持 久 性 、 生 物 累 积 是 可 行 的 , 并 且 可 以 提 供 一 个 初
步 框 架 来 标 定 那 些 危 险 性 不 容 忽 视 的 化 学 物 质 。 另 外 , 对 毒 性 测 定 有 多 种 渠 道 。 这 些 简 单
的 方 法 是 否 可 以 用 来 作 为 测 试 纳 米 颗 粒 、 纳 米 管 毒 性 的 手 段 , 需 要 明 确 化 。 如 果 不 足 以 测
试 , 需 要 开 发 替 代 性 的 手 段 。 一 般 来 说 , 需 要 建 立 一 套 系 统 方 法 来 测 定 纳 米 颗 粒 物 质 对 于
人 体 健 康 和 环 境 的 毒 性 。 目 前 , 我 们 对 于 纳 米 颗 粒 在 环 境 中 的 行 为 一 无 所 知 ( 例 如 它 们 是
否 凝 聚 , 以 及 这 是 否 对 它 们 的 毒 性 产 生 影 响 )。 我 们 仅 知 的 关 于 它 们 怎 样 通 过 环 境 媒 介 例
如 土 壤 和 水 源 传 输 的 信 息 , 来 自 于 最 初 的 对 其 在 环 境 补 救 的 潜 在 可 能 性 的 研 究 。 该 项 研 究
指 出 铁 的 纳 米 粒 子 可 以 在 地 下 水 中 传 输 20 米 、 保 持 活 性 4-8 周 (Zhang 2003)。
现 在 环 境 中 的 有 毒 物 质 暴 露 来 自 工 厂 和 实 验 室 的 废 液 。 在 更 多 的 了 解 纳 米 颗 粒 、 纳 米
管 对 环 境 的 影 响 以 前 , 我 们 尽 可 能 地 去 避 免 其 在 环 境 中 的 泄 漏 以 此 来 控 制 潜 在 的 危 险 。 因
此 , 我 们 建 议 : 工 厂 和 研 究 实 验 室 应 该 把 人 造 的 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 当 作 有 害 物 质 那 样 来 对
待 , 力 求 减 少 或 去 除 其 在 废 液 中 的 含 量 。
因 为 我 们 不 知 道 人 造 纳 米 材 料 在 多 大 的 程 度 上 将 被 在 产 品 中 使 用 , 也 不 知 道 人 造 纳 米
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材 料 作 为 某 种 纳 米 物 质 的 成 分 被 释 放 到 环 境 中 去 并 对 人 构 成 危 害 时 的 可 能 性 , 造 成 难 以 确
认 将 来 人 造 纳 米 颗 粒 对 人 和 环 境 的 暴 露 量 。 尽 管 我 们 预 期 包 含 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 成 分 的 物
质 排 放 量 是 低 的 —— 因 为 它 们 在 最 终 产 品 中 所 占 的 份 额 很 少 而 且 它 们 的 功 能 还 依 赖 于 它
们 在 环 境 中 的 残 存 量 —— 仍 然 需 要 对 这 个 假 设 进 行 测 试 。 我 们 希 望 能 找 到 固 定 纳 米 颗 粒 和
纳 米 管 的 方 法 。 我 们 建 议 : 作 为 包 含 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 的 新 产 品 新 材 料 的 设 计 、 更 新 过 程
的 一 个 有 机 整 体 的 组 成 部 分 , 工 业 界 应 当 预 估 含 有 这 些 成 分 的 产 品 进 入 生 物 圈 后 的 危 险
性 , 而 且 , 让 那 些 负 责 法 规 制 定 权 威 机 构 能 够 获 取 这 些 信 息 。
任 何 广 泛 应 用 的 含 有 纳 米 颗 粒 的 产 品 比 如 药 物 ( 通 过 排 泄 而 非 生 物 降 解 离 开 生 物 体 )
和 化 妆 品 ( 被 冲 洗 掉 的 ) 都 将 成 为 一 种 环 境 中 的 纳 米 颗 粒 排 放 源 , 比 如 通 过 下 水 道 系 统 。
对 于 环 境 而 言 这 是 否 构 成 威 胁 将 取 决 于 纳 米 颗 粒 对 环 境 的 毒 性 , 但 是 , 对 此 以 及 它 的 排 放
量 , 我 们 都 知 之 甚 少 。
也 许 不 久 的 将 来 为 改 良 水 源 或 土 壤 ( 也 许 为 稳 定 土 壤 和 输 运 化 肥 ) 而 使 用 的 纳 米 颗 粒
会 成 为 高 浓 度 环 境 暴 露 的 最 大 潜 在 来 源 , 正 如 本 章 3.2 节 列 出 的 那 样 。 在 有 些 情 况 下 用 来
改 良 的 纳 米 颗 粒 被 限 制 在 一 定 的 基 质 中 , 在 美 国 , 一 些 前 期 研 究 中 , 含 有 铁 纳 米 颗 粒 的 泥
浆 被 泵 入 污 染 了 的 地 下 水 (Zhang 2003)。 在 许 多 被 化 学 物 品 和 重 金 属 污 染 了 的 地 方 , 纳
米 技 术 发 挥 作 用 进 行 有 效 治 理 的 潜 力 是 非 常 大 的 。 但 是 这 个 潜 力 的 应 用 也 隐 含 着 一 个 双 刃
剑 的 问 题 —— 毒 性 。 为 改 造 环 境 而 开 发 的 这 种 具 有 高 度 表 面 活 性 的 纳 米 粒 子 会 给 植 物 、 动
物 、 微 生 物 以 及 生 态 系 统 带 来 怎 样 的 影 响 呢 有 可 能 的 是 , 为 改 良 而 高 浓 度 的 使 用 粒 子 所
带 给 生 态 系 统 的 副 作 用 远 远 小 于 为 清 理 污 染 的 土 地 和 水 源 而 得 到 的 好 处 , 但 是 向 环 境 自 由
投 放 之 前 , 充 分 的 前 期 研 究 要 给 这 些 问 题 做 出 评 估 。 在 英 国 , 为 改 良 地 下 水 和 其 他 受 污 染
的 介 质 而 要 使 用 纳 米 粒 子 , 需 要 向 环 境 专 署 提 出 申 请 。 我 们 建 议 : 为 改 良 等 原 因 , 在 有 充
分 的 研 究 表 明 纳 米 技 术 带 来 的 益 处 胜 过 弊 端 之 前 , 人 造 纳 米 粒 子 在 环 境 中 的 自 由 使 用 ( 不
局 限 在 基 质 中 ) 应 当 受 到 禁 止 。
我 们 也 知 道 纳 米 粒 子 可 能 被 用 来 提 高 污 染 物 质 的 生 物 利 用 性 , 比 如 帮 助 细 菌 分 解 它
们 , 或 者 用 来 疏 散 和 稀 释 污 染 物 。 如 上 例 , 研 究 者 期 待 开 发 的 性 质 可 能 对 环 境 造 成 意 想 不
到 的 后 果 , 例 如 , 增 加 污 染 物 被 植 物 、 动 物 生 物 吸 收 , 或 者 把 污 染 物 质 疏 运 到 敏 感 的 生 态
系 统 中 去 。 这 又 是 另 一 个 伴 随 着 那 些 要 改 良 的 系 统 需 要 开 展 更 多 研 究 的 领 域 。
5.5 爆 炸 的 危 险
食 品 生 产 ( 糖 、 面 粉 、 奶 粉 )、 动 物 饲 料 生 产 等 产 生 大 量 处 理 锯 末 、 有 机 物 、 金 属 屑 、
煤 等 的 , 这 些 均 产 生 尘 雾 的 潜 在 危 险 。 随 着 金 属 一 类 纳 米 粉 末 产 量 的 增 加 , 自 然 产 生 如 下
疑 问 : 在 纳 米 粉 末 的 生 产 、 储 存 、 输 运 中 , 是 否 增 大 尘 雾 爆 发 的 危 险 性 任 何 干 燥 的 、 细
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小 的 、 可 燃 性 的 粉 末 都 有 爆 炸 和 燃 烧 的 危 险 , 要 么 自 燃 , 要 么 被 燃 。 纳 米 颗 粒 的 大 比 表 面
积 意 味 着 , 它 们 更 容 易 带 电 , 更 易 燃 烧 。 况 且 , 因 为 纳 米 颗 粒 的 小 尺 寸 , 它 们 可 以 在 空 气
中 飘 滞 很 久 , 更 难 探 测 , 肉 眼 不 可 见 , 使 得 粗 略 的 探 测 难 堪 其 任 。
英 国 健 康 安 全 实 验 室 (HSL) 最 近 回 顾 了 这 一 领 域 的 研 究 后 发 现 , 尽 管 有 关 于 微 尺 度
粉 末 爆 炸 研 究 的 文 献 , 纳 米 粉 末 的 信 息 尚 属 处 女 地 (HSL 2004)。 微 尺 度 粉 末 研 究 的 结 果
显 示 , 随 着 粒 子 尺 寸 的 减 小 , 爆 炸 后 的 后 果 的 严 峻 性 会 随 之 增 加 , 尽 管 有 些 物 质 维 持 原 水
平 不 变 。 报 告 认 为 , 以 前 对 微 尺 度 的 物 理 、 化 学 性 质 的 外 推 在 纳 米 尺 度 下 可 能 不 再 适 用 ,
那 个 尺 度 下 , 爆 炸 的 危 险 性 可 能 更 大 也 可 能 更 小 。HSL 陈 述 了 为 确 定 典 型 范 围 内 纳 米 粉 末
爆 炸 特 征 的 研 究 之 必 要 性 , 并 认 为 在 确 定 尘 粉 爆 炸 危 险 度 时 的 标 准 设 备 和 过 程 可 以 同 样 用
来 对 纳 米 粉 末 进 行 研 究 。
可 燃 性 的 纳 米 粉 末 可 以 通 过 液 态 环 境 下 生 产 、 储 存 、 运 输 避 免 爆 炸 。 在 旋 转 干 燥 器 中
干 燥 要 引 起 特 别 的 注 意 。 目 前 , 产 量 能 够 引 起 粉 尘 爆 炸 ( 比 如 碳 黑 ) 的 纳 米 粉 末 的 种 类 还
很 少 。 只 有 对 这 种 爆 炸 的 危 险 性 有 了 正 确 的 评 价 , 那 种 由 于 大 量 可 燃 性 纳 米 颗 粒 悬 浮 在 空
气 中 造 成 粉 尘 爆 炸 的 潜 在 危 险 才 能 得 到 控 制 。
5.6 知 识 的 鸿 沟
因 为 人 造 纳 米 颗 粒 的 数 量 相 对 而 言 非 常 小 , 所 以 缺 乏 对 它 安 全 、 健 康 、 环 境 的 影 响 的
信 息 是 正 常 的 。 现 在 , 我 们 不 得 不 依 赖 于 通 过 类 比 对 空 气 污 染 的 专 业 研 究 , 英 国 对 这 方 面
的 预 算 都 是 非 常 有 限 的 。 有 些 关 于 新 纳 米 粒 子 的 毒 性 研 究 才 刚 刚 起 步 , 特 别 在 美 国
(Service 2004)。 例 如 , 美 国 专 门 负 责 职 业 安 全 和 健 康 的 一 个 国 家 研 究 所 正 启 动 一 个 关
于 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 爆 炸 危 险 性 研 究 的 五 年 计 划 , 设 立 一 个 专 门 中 心 共 同 来 协 调 相 关 事
务 。 欧 洲 委 员 会 也 资 助 了 部 分 工 作 。
除 了 健 康 部 (HD) 和 环 境 - 食 品 - 农 业 事 物 部 (DEFRA) 担 负 的 空 气 污 染 研 究 外 , 英 国
现 在 还 没 有 关 于 纳 米 材 料 在 健 康 和 环 境 方 面 引 起 的 危 险 性 研 究 的 协 作 项 目 。 我 们 非 常 欣 慰
获 悉 英 国 研 究 理 事 会 已 经 立 项 共 同 讨 论 我 们 在 报 告 中 列 出 的 事 项 , 我 们 还 注 意 到 工 程 与 物
理 科 学 研 究 理 事 会 (EPSRC) 在 纳 米 安 全 领 域 正 组 建 两 个 “ 主 题 网 络 ”(House of Commons
2004b)。 此 外 , 纳 米 技 术 对 于 环 境 的 影 响 已 经 纳 入 环 境 基 金 论 坛 的 议 事 日 程 , 该 论 坛 集
中 了 环 境 科 学 公 共 部 门 的 主 要 发 起 者 ( 包 括 研 究 理 事 会 ,DEFRA 还 有 环 境 署 )。 随 着 纳 米
科 技 的 进 步 , 关 于 人 类 健 康 和 环 境 可 能 面 临 的 冒 险 和 危 险 要 紧 随 其 后 地 加 以 研 究 , 主 要 对
那 些 已 经 进 入 和 即 将 进 入 市 场 的 产 品 进 行 危 险 等 级 分 类 。
保 护 那 些 重 工 业 中 --- 比 如 主 要 与 煤 、 铁 、 石 棉 相 关 的 --- 受 雇 工 人 的 人 数 在 英 国 减 少
了 , 随 之 粉 尘 毒 性 的 范 围 也 缩 小 了 。 然 而 , 最 近 空 气 污 染 受 到 重 视 而 维 持 一 个 核 心 的 专 家
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团 , 特 别 在 爱 丁 堡 , 加 的 夫 。 传 统 上 , 粉 尘 毒 性 学 家 和 相 关 工 业 与 研 究 理 事 会 一 直 存 在 密
切 合 作 。 基 于 目 前 有 关 空 气 污 染 、 纤 维 研 究 方 面 的 精 深 知 识 、 纳 米 技 术 、 环 境 科 学 、 制 药
科 学 、 毒 性 学 , 正 有 一 个 合 作 良 机 。 基 础 性 的 问 题 是 细 胞 、 细 胞 器 和 纳 米 粒 子 表 面 间 的 相
互 作 用 , 现 实 性 的 问 题 是 可 能 的 爆 炸 和 减 少 爆 炸 的 方 式 , 这 些 问 题 都 需 要 确 立 起 来 。 我 们
知 道 从 人 类 和 其 他 哺 乳 动 物 身 上 获 得 的 细 胞 ( 比 如 巨 噬 细 胞 ) 的 毒 性 反 应 和 普 通 环 境 中 的
微 生 物 有 相 似 性 。 我 们 同 样 知 道 致 力 于 纳 米 颗 粒 可 能 带 来 益 处 的 制 药 研 究 与 毒 性 研 究 有 共
同 的 兴 趣 。 我 们 坚 信 , 要 有 一 个 让 人 类 毒 理 学 、 制 药 纳 米 科 学 家 、 生 态 毒 理 学 家 开 展 研 究
对 话 的 必 要 。
对 危 险 进 行 评 估 的 一 个 基 本 方 面 是 对 危 害 的 定 量 化 , 这 适 用 于 以 上 所 有 章 节 。 在 通 常
的 工 作 场 所 , 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 太 小 了 以 至 于 一 般 的 检 测 设 备 根 本 无 法 探 测 。 那 些 用 来
定 性 分 析 的 仪 器 , 电 子 显 微 镜 , 以 及 扫 描 移 动 尺 寸 分 析 , 不 仅 昂 贵 , 还 需 要 配 备 专 门 的 技
师 来 操 作 。 当 然 也 有 一 些 便 宜 、 便 携 式 的 仪 器 可 以 使 用 。 加 之 , 人 们 不 知 道 到 底 哪 一 种 物
理 性 质 与 毒 性 最 为 相 关 。 在 混 合 物 中 , 比 如 化 妆 品 及 下 水 道 排 出 物 , 规 范 的 有 目 的 对 纳 米
粒 子 的 定 量 还 会 带 来 许 多 问 题 。 目 前 最 为 迫 切 的 需 要 是 发 展 可 用 于 工 作 场 所 的 标 准 、 有 效
的 测 量 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 的 方 法 。
在 图 框 5.6 中 , 我 们 概 括 了 要 处 理 在 这 一 章 中 的 一 些 突 出 的 知 识 空 白 , 发 展 方 法 学 和
仪 器 学 , 支 持 生 产 品 规 范 化 , 纳 米 颗 粒 的 使 用 和 处 理 ( 进 一 步 的 讨 论 在 8.4.3 部 分 ) 的 研
究 问 题
许 多 必 需 的 研 究 本 质 上 是 跨 学 科 的 。 相 关 的 一 些 研 究 应 该 由 政 府 代 理 处 或 通 过 国 际 协
作 来 完 成 , 但 对 于 英 国 来 说 有 自 己 的 专 门 技 术 是 很 重 要 的 , 这 能 建 立 一 个 信 息 数 据 库 , 变
成 一 个 传 输 这 些 信 息 的 网 络 中 心 , 和 作 为 对 工 业 家 和 法 规 制 定 人 建 议 的 来 源 。
我 们 建 议 英 国 研 究 理 事 会 (RCUK) 建 立 一 个 多 学 科 的 研 究 中 心 ( 可 能 包 括 现 存 的 几 个
组 ) 来 研 究 毒 性 、 流 行 病 、 人 造 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 的 持 久 性 和 在 生 物 体 内 的 积 累 及 其 暴 露
方 式 、 来 开 发 用 来 在 人 造 和 自 然 环 境 中 监 控 它 们 可 用 到 的 仪 器 和 方 法 。 它 的 一 个 重 要 角 色
是 和 法 规 制 定 人 保 持 联 系 。 我 们 建 议 该 研 究 中 心 建 立 一 个 它 们 自 己 结 果 的 数 据 库 以 和 在 欧
洲 和 国 际 上 收 集 到 的 类 似 信 息 相 类 比 。 研 究 中 心 在 框 5.7 中 概 括 的 研 究 任 务 。
最 初 ,RCUK 将 需 要 建 立 专 门 技 术 和 在 框 5.6 概 括 下 各 领 域 的 协 同 合 作 , 它 应 该 和 团
体 一 起 聚 集 成 一 个 适 当 的 中 心 ( 类 似 EPSRC 的 量 子 信 息 处 理 跨 学 科 研 究 的 合 作 ) 而 不 是 采
用 竞 争 的 方 式 。 它 的 顾 问 委 员 会 应 包 括 工 业 家 、 法 规 制 定 人 、 和 来 自 英 国 及 海 外 的 科 学 家
来 保 证 较 适 当 的 研 究 计 划 。 提 供 给 中 心 的 资 金 应 该 与 人 造 纳 米 颗 粒 的 发 展 相 同 步 。 我 们 估
计 以 每 年 5-6 百 万 英 镑 的 资 金 支 持 , 需 要 10 年 才 会 达 到 我 们 所 提 出 的 任 务 。 虽 然 核 心 资
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金 要 由 英 国 政 府 提 供 , 我 们 也 可 预 测 欧 洲 和 国 际 资 金 计 划 共 同 支 持 该 中 心 。 随 着 方 法 学 的
确 立 , 中 心 将 会 变 成 一 个 公 认 的 测 试 纳 米 颗 粒 及 纳 米 管 和 10 年 内 有 持 续 资 金 支 持 的 地 方 。
由 于 研 究 中 心 不 可 能 包 括 所 有 与 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 相 关 的 方 面 , 我 们 建 议 把 一 定 比 例 的 资
金 分 配 给 研 究 中 心 之 外 的 其 它 小 组 用 于 处 理 顾 问 委 员 会 确 定 的 很 重 要 的 而 研 究 中 心 没 考
虑 到 的 问 题 。
图 框 5.6: 需 解 决 的 研 究 领 域
* 发 展 在 空 气 和 其 它 媒 质 中 适 当 的 的 测 量 人 造 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 的 方 法 , 这 些 方 法 可
以 测 量 包 括 那 些 很 可 能 是 反 映 它 们 毒 性 的 , 就 象 表 面 区 域 和 向 外 释 放 自 由 基 的 特 性 。
* 目 前 在 实 验 室 和 制 造 过 程 中 工 人 暴 露 在 人 造 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 中 测 量 方 法 的 调 查 。
* 国 际 公 认 测 量 标 准 的 发 展 。
* 关 于 纳 米 颗 粒 作 为 产 品 包 括 进 入 市 场 长 期 规 划 的 确 立 , 以 及 决 定 它 们 是 否 和 环 境
发 生 关 系 以 及 怎 样 和 自 然 环 境 发 生 关 系 并 发 展 到 哪 种 程 度 。
* 发 展 环 境 补 救 方 面 , 有 关 对 纳 米 颗 粒 和 管 在 空 气 、 水 、 泥 土 中 包 括 它 们 与 其 它
化 学 物 品 的 相 互 作 用 传 输 和 行 为 的 研 究 。
* 调 查 人 们 以 前 就 知 道 的 比 如 焊 接 、 碳 黑 和 人 造 二 氧 化 钛 在 工 业 过 程 中 的 暴 露 与
健 康 状 况 的 相 互 作 用 和 形 成 流 行 病 之 间 的 关 系 。
* 发 展 国 际 公 认 的 方 法 、 模 型 和 调 查 在 室 内 及 室 外 环 境 中 纳 米 颗 粒 及 纳 米 管 暴 露
途 径 及 其 对 人 类 及 非 人 类 生 物 体 的 毒 性 , 包 括 在 生 物 体 内 积 聚 。 这 将 包 括 对 不 同 尺 寸
的 纳 米 颗 粒 和 不 同 种 类 的 膜 影 响 的 研 究 。
* 在 制 药 纳 米 科 学 家 和 空 气 污 染 毒 理 学 家 的 协 同 下 , 展 开 纳 米 颗 粒 与 细 胞 及 其 成
份 相 互 作 用 的 机 理 , 尤 其 是 已 对 血 管 、 皮 肤 、 心 脏 、 和 神 经 系 统 影 响 的 基 础 研 究 。
* 发 展 毒 性 研 究 的 方 法 用 于 任 何 新 的 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 在 进 入 大 规 模 产 品 时 它 们
可 能 对 人 类 以 及 自 然 环 境 造 成 的 影 响 。
* 进 一 步 研 究 不 同 商 用 纳 米 颗 粒 在 皮 肤 上 的 吸 收 行 为 , 尤 其 要 注 意 可 能 对 已 经 被
破 损 的 皮 肤 所 带 来 的 改 变 。
* 确 定 与 典 型 的 纳 米 粉 末 相 联 系 的 暴 炸 的 危 险 性 ( 假 设 HSL 还 没 有 收 到 用 于 这 一
研 究 的 经 费 )。
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图 框 5.7: 提 议 中 的 多 学 科 研 究 中 心 的 任 务
* 理 解 框 5.6 中 提 到 的 研 究 计 划 。
* 作 为 英 国 全 国 建 议 纳 米 材 料 潜 在 的 对 健 康 、 安 全 、 环 境 危 害 性 的 中 心 。
* 根 据 需 求 和 适 当 的 法 规 制 定 人 进 行 定 期 的 商 谈 , 来 交 换 关 于 对 法 规 制 定 人 和 研
究 发 现 之 间 的 信 息 。
* 将 这 些 研 究 任 务 聚 集 在 一 起 形 成 一 个 网 络 :
—— 流 行 病 学 、 毒 物 学 、 不 能 降 解 、 有 毒 物 质 在 生 物 体 内 的 积 累 、 暴 露 方 式 和 人
造 纳 米 颗 粒 及 纳 米 管 的 测 试 方 法 ;
—— 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 的 医 学 应 用 ;
—— 流 行 病 、 毒 性 、 暴 露 方 式 和 纳 米 颗 粒 在 空 气 污 染 中 的 测 试 方 法 ;
* 建 立 一 个 由 公 共 投 资 支 持 的 以 研 究 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 毒 性 研 究 为 中 心 的 可 行
数 据 库 , 以 便 和 欧 洲 及 国 际 上 收 集 到 的 相 似 信 息 对 比 。
5.7 结 论
纳 米 技 术 的 许 多 应 用 没 有 引 起 新 的 健 康 、 环 境 或 安 全 方 面 的 问 题 , 例 如 , 纳 米 技 术 在
计 算 机 芯 片 上 一 定 数 量 节 点 上 的 应 用 , 数 据 储 存 装 置 比 如 硬 盘 中 的 纳 米 薄 膜 的 应 用 。 在 纳
米 尺 度 的 游 离 颗 粒 引 起 人 们 对 健 康 、 环 境 、 安 全 问 题 的 关 注 及 它 们 的 毒 性 不 能 从 同 种 化 学
组 成 的 大 尺 寸 物 质 的 毒 性 推 出 。 这 种 区 别 主 要 来 自 两 个 尺 寸 依 赖 因 素 : 相 同 数 量 小 颗 粒 有
比 大 颗 粒 相 对 大 的 表 面 积 , 相 比 大 颗 粒 而 言 纳 米 颗 粒 会 有 可 能 以 一 种 不 同 的 方 式 相 对 容 易
渗 入 细 胞 内 。 暴 露 在 周 围 环 境 和 室 内 的 自 然 的 和 污 染 产 生 的 纳 米 颗 粒 是 很 普 遍 的 , 大 多 数
的 人 和 许 多 行 业 的 工 人 暴 露 在 高 浓 度 的 没 有 明 显 害 处 的 纳 米 颗 粒 中 。 但 最 近 几 十 年 表 明 ,
尤 其 是 对 那 些 免 疫 力 差 的 人 来 说 这 种 暴 露 与 观 察 到 的 空 气 污 染 和 几 种 疾 病 尤 其 是 心 脏 病
和 肺 病 之 间 也 许 有 一 定 的 因 果 关 系 。
毒 理 学 的 研 究 主 要 是 用 低 毒 性 、 低 表 面 反 应 活 度 的 纳 米 颗 粒 来 进 行 的 , 研 究 表 明 这 些
颗 粒 在 肺 中 引 起 炎 症 的 能 力 和 细 胞 与 颗 粒 的 大 量 表 面 间 ( 可 能 携 带 着 活 性 金 属 和 其 它 化 学
物 质 ) 的 反 应 之 间 有 一 定 的 因 果 关 系 。 虽 然 将 新 的 人 造 纳 米 颗 粒 以 足 量 引 入 人 体 以 致 其 剂
量 等 同 于 空 气 污 染 时 的 剂 量 是 不 可 能 的 , 但 是 , 在 制 造 场 所 和 研 究 试 验 室 通 过 采 取 预 防 措
施 限 制 暴 露 来 控 制 潜 在 的 危 害 性 是 很 重 要 的 。
并 且 , 看 起 来 很 可 能 工 业 界 的 需 要 将 会 随 着 多 种 具 有 不 同 特 性 的 纳 米 颗 粒 的 发 展 而 实
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现 , 这 也 可 能 形 成 具 有 大 的 表 面 反 应 活 性 和 有 较 强 穿 透 细 胞 能 力 的 纳 米 颗 粒 产 品 , 从 而 进
入 血 液 或 破 坏 组 织 。 然 而 , 新 的 纳 米 颗 粒 明 显 不 同 于 那 些 低 溶 解 度 、 低 毒 性 的 颗 粒 , 在 物
理 化 学 上 应 该 把 它 视 为 需 警 惕 的 颗 粒 。 如 果 要 进 行 大 规 模 生 产 , 应 该 测 试 它 们 的 危 害 性 并
评 价 可 能 对 人 类 暴 露 以 便 减 少 它 们 的 危 险 性 。
在 工 业 中 暴 露 于 在 石 棉 形 式 的 纤 维 下 , 公 认 会 引 起 严 重 的 疾 病 , 包 括 癌 症 。 这 种 纤 维
的 毒 性 是 依 靠 已 有 足 够 小 的 直 径 而 足 可 以 吸 入 深 肺 中 , 它 够 长 以 而 阻 止 被 巨 噬 细 胞 将 其 移
除 , 它 能 抗 组 织 液 分 散 和 它 有 一 个 能 引 起 氧 化 破 坏 的 表 层 。 然 而 , 需 要 致 病 的 石 棉 的 剂 量
是 很 大 的 。 成 年 累 月 工 作 时 , 每 吸 一 下 会 有 好 几 百 个 颗 粒 。 如 果 吸 入 足 量 具 有 这 些 特 性 的
任 何 一 种 新 的 纤 维 , 引 起 对 肺 的 压 力 与 长 的 纤 维 相 似 时 注 定 会 引 起 类 似 的 问 题 。 虽 然 初 步
研 究 表 明 , 它 们 可 能 不 容 易 以 纤 维 的 形 式 逃 逸 到 空 气 中 , 碳 的 和 其 它 纳 米 管 具 有 引 起 相 似
毒 性 的 物 理 特 性 。 这 种 材 料 需 要 求 对 其 进 行 仔 细 的 毒 性 评 价 , 在 实 验 室 和 工 业 界 也 应 该 划
为 需 要 警 惕 的 材 料 。
化 妆 品 和 防 晒 霜 中 目 前 使 用 了 几 种 纳 米 颗 粒 。 我 们 认 为 这 些 颗 粒 渗 入 皮 肤 毒 性 危 害 相
关 的 文 献 报 道 是 不 充 分 的 , 尤 其 是 如 果 使 用 在 那 些 被 日 灼 损 坏 或 象 湿 疹 这 样 的 普 通 皮 肤 病
的 皮 肤 上 。 我 们 需 要 进 一 步 仔 细 研 究 将 用 于 护 肤 品 的 纳 米 颗 粒 渗 入 皮 肤 , 及 其 产 生 自 由 基
损 害 的 可 能 性 。
目 前 量 化 纳 米 颗 粒 尤 其 是 纳 米 管 的 方 法 有 严 重 的 问 题 。 这 里 需 要 更 多 的 有 关 工 业 安
全 、 流 行 病 方 面 的 证 据 并 利 用 不 同 颗 粒 计 量 学 来 指 导 法 规 制 定 人 。 这 要 求 研 究 恰 当 的 仪 器
学 和 测 试 标 准 。
直 到 在 同 行 评 审 的 文 献 出 版 研 究 结 果 之 前 , 要 全 面 评 价 纳 米 颗 粒 对 环 境 的 潜 在 影 响 和
它 们 在 环 境 媒 体 中 的 行 为 是 不 可 能 的 。 在 知 道 更 多 有 关 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 对 环 境 影 响 的 信
息 之 前 , 我 们 建 议 尽 可 能 的 避 免 人 造 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 向 环 境 的 释 放 。 在 5.4 节 我 们 专 门
建 议 减 少 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 在 废 液 中 的 释 放 和 降 低 纳 米 颗 粒 在 环 境 中 的 以 散 开 形 式 的 应
用 ( 如 环 境 补 救 和 固 定 泥 土 )。
我 们 的 结 论 是 依 据 毒 理 学 、 纳 米 颗 粒 流 行 病 学 以 及 它 们 在 空 气 、 水 、 泥 土 中 的 行 为 ,
其 中 包 括 在 爆 炸 危 险 方 面 的 不 完 整 的 信 息 所 得 出 的 。 如 果 纳 米 技 术 要 持 续 发 展 , 纳 米 材 料
在 人 类 和 自 然 环 境 中 将 会 广 泛 使 用 。 使 其 对 健 康 、 安 全 、 环 境 影 响 方 面 的 研 究 跟 上 它 预 计
的 发 展 是 很 重 要 的 。 在 这 一 章 中 我 们 建 议 RCUK 建 立 一 个 多 学 科 的 研 究 中 心 ( 包 括 几 个 现
存 的 研 究 中 心 ) 进 行 毒 理 学 、 流 行 病 学 、 人 造 纳 米 颗 粒 在 生 物 体 内 的 持 久 和 积 累 , 它 们 的
暴 露 方 式 和 在 环 境 监 控 中 使 用 的 方 法 学 和 仪 器 学 的 研 究 。 该 中 心 将 起 到 联 系 法 规 制 定 人 这
一 重 要 角 色 , 我 们 建 议 研 究 中 心 建 立 一 个 自 己 结 果 的 数 据 库 , 以 便 类 比 那 些 在 欧 洲 和 国 际
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上 收 集 到 的 相 似 信 息 。
在 这 一 章 里 我 们 已 经 确 认 了 几 种 管 理 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 风 险 的 方 法 。 在 第 八 章 里 我
们 考 虑 怎 样 将 这 些 风 险 控 制 的 方 法 合 并 成 一 些 相 关 法 规 框 架 , 就 像 那 些 有 关 雇 员 和 消 费
者 安 全 方 面 的 法 规 框 架 。
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第 六 章 社 会 和 伦 理 问 题
6.1 概 述 : 规 划 社 会 和 伦 理 问 题
近 来 在 英 国 和 其 他 一 些 地 方 的 争 论 中 提 出 : 科 技 并 不 是 在 社 会 和 伦 理 的 真 空 中 发 展 。
其 中 , 针 对 核 能 、 农 业 生 物 技 术 和 胚 胎 干 细 胞 等 的 广 泛 讨 论 清 楚 地 证 明 了 这 一 观 点 。
基 于 这 个 背 景 , 一 些 纳 米 技 术 将 很 有 可 能 引 发 社 会 和 伦 理 方 面 强 烈 的 关 注 。 这 些 关 注
似 乎 大 多 针 对 较 长 时 期 (5-15 年 ) 和 更 长 时 期 ( 超 过 20 年 ) 的 发 展 。 由 于 , 仅 仅 基 于 目
前 的 科 学 和 工 程 , 这 些 问 题 很 少 受 到 关 注 。 更 为 典 型 的 , 它 们 是 与 一 种 技 术 的 特 殊 应 用 相
关 联 的 。 例 如 , 在 欧 洲 医 药 或 “ 红 色 ” 等 方 面 使 用 生 物 技 术 已 经 引 起 非 常 不 同 的 关 注 , 正
如 同 在 农 业 或 “ 绿 色 ” 中 的 应 用 (Gaskell and Bauer 2001)。 正 如 在 本 报 告 较 早 的 章 节
中 表 述 的 , 词 汇 “ 纳 米 技 术 ” 包 罗 了 比 生 物 技 术 更 为 广 泛 的 基 础 科 学 、 方 法 和 工 程 技 术 ,
因 此 也 就 可 能 在 不 同 的 时 间 范 围 内 带 来 非 常 迥 异 的 潜 在 应 用 。 正 如 最 近 RAND 公 司 的 报 告
(Anton et al 2001) 所 指 出 的 , 根 据 这 样 迥 异 的 趋 势 来 预 测 其 全 部 接 近 市 场 化 的 应 用 是
较 困 难 的 , 而 预 测 一 些 应 用 可 能 引 起 更 为 长 期 的 社 会 或 伦 理 问 题 就 更 具 挑 战 性 了 。 一 些 近
期 预 见 的 纳 米 技 术 的 应 用 中 , 即 使 被 看 作 是 技 术 可 行 的 , 将 来 有 可 能 根 本 不 能 够 大 规 模 地
推 广 , 而 一 些 意 料 之 外 的 科 学 突 破 则 可 能 带 来 迅 速 的 、 目 前 无 法 预 期 的 影 响 。
大 部 分 由 于 纳 米 技 术 的 应 用 而 引 发 的 社 会 和 伦 理 问 题 并 不 是 因 为 纳 米 技 术 引 发 的 新
的 或 唯 一 的 问 题 。 然 而 , 在 本 章 全 篇 我 们 认 为 无 论 何 时 产 生 了 社 会 和 伦 理 问 题 , 不 论 是 否
针 对 纳 米 技 术 所 新 产 生 的 , 都 应 该 采 取 一 些 行 动 。 前 面 章 节 中 已 经 重 点 分 析 一 些 纳 米 技 术
应 用 可 能 带 来 的 近 期 对 健 康 和 环 境 的 影 响 , 每 一 项 应 用 都 有 它 们 独 特 的 社 会 和 伦 理 范 围 。
这 里 我 们 讨 论 这 些 新 技 术 带 来 的 更 为 广 泛 的 社 会 和 伦 理 问 题 。 所 列 的 内 容 不 去 额 外 分 析 而
仅 表 明 什 么 是 对 我 们 很 重 要 的 问 题 。 当 讨 论 纳 米 技 术 潜 在 的 正 反 两 方 面 影 响 的 时 候 , 我 们
已 经 试 图 避 免 不 平 衡 的 表 述 ( 在 某 些 专 门 针 对 这 项 主 题 的 论 述 中 存 在 ), 其 中 隐 含 着 “ 纳
米 技 术 新 科 学 ” 总 是 确 定 会 对 社 会 带 来 主 要 的 正 面 利 益 , 而 任 何 负 面 的 社 会 和 伦 理 问 题 都
是 “ 仅 仅 是 技 术 的 问 题 ” 或 者 换 而 言 之 , 这 种 非 常 新 的 技 术 本 身 能 确 保 克 服 这 些 问 题 。 纳
米 技 术 , 无 论 是 单 独 或 者 与 其 他 技 术 相 汇 聚 , 将 存 在 一 定 范 围 的 正 面 和 负 面 ( 尽 管 没 有 广
为 关 注 ) 影 响 。
广 泛 地 接 受 和 利 用 纳 米 技 术 依 赖 于 一 定 范 围 内 的 社 会 因 素 , 包 括 : 特 定 的 技 术 和 投 资
因 素 , 顾 客 选 择 和 广 泛 的 公 众 接 受 程 度 , 基 于 重 要 技 术 的 发 展 和 预 期 的 产 出 所 作 的 政 策 和
宏 观 经 济 决 定 , 以 及 法 律 和 规 范 框 架 。 同 样 , 正 如 科 学 和 技 术 类 的 知 识 可 能 迅 速 和 意 外 地
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变 化 , 社 会 也 同 样 可 能 这 样 。 预 测 人 们 20 年 或 更 远 的 需 求 和 价 值 观 因 不 确 定 性 而 会 带 来
误 差 。 相 应 地 , 很 难 确 切 表 明 纳 米 技 术 在 将 来 , 在 与 变 化 中 的 社 会 相 互 作 用 下 , 以 及 引 发
社 会 和 伦 理 的 关 注 下 会 如 何 发 展 。 也 许 还 很 重 要 的 是 要 超 越 西 方 工 业 社 会 的 展 望 , 而 考 虑
发 展 中 社 会 的 人 们 对 于 纳 米 技 术 发 展 的 期 待 和 对 人 们 的 影 响 。
准 确 地 说 , 哪 些 社 会 和 伦 理 问 题 成 为 关 注 的 焦 点 与 纳 米 技 术 变 化 的 现 实 轨 迹 有 关 系 。
在 ESRC 最 近 的 报 告 中 关 于 纳 米 技 术 对 社 会 和 经 济 的 挑 战 ,Wood 等 人 (2003) 指 出 目 前 对 于
纳 米 科 技 影 响 的 评 价 可 以 说 成 是 连 续 论 , 其 极 端 观 点 的 一 个 方 面 是 渐 进 的 发 展 ( 该 观 点 认
为 纳 米 技 术 仅 仅 代 表 对 现 成 规 律 和 工 艺 的 基 本 改 进 ), 而 另 一 个 方 面 则 代 表 着 现 有 科 技 的
飞 跃 ( 例 如 , 在 附 录 D 中 表 述 的 纳 米 蝇 蛆 病 (nanobots))。 根 据 ESRC 报 告 的 作 者 , 大 多
数 近 期 关 于 社 会 、 经 济 和 伦 理 影 响 的 观 点 , 从 极 度 乐 观 的 到 很 启 示 性 的 , 占 据 了 连 续 论 的
核 心 。 似 乎 很 明 显 的 是 本 质 上 新 兴 的 和 / 或 意 料 之 外 的 社 会 或 伦 理 问 题 , 如 果 要 发 生 , 就
很 可 能 是 与 飞 跃 性 技 术 方 面 有 关 。 同 样 的 , 许 多 关 于 纳 米 技 术 渐 进 式 发 展 的 观 点 ( 例 如 ,
性 能 强 大 但 应 用 便 宜 的 小 型 传 感 器 的 计 算 机 网 络 ) 可 能 仍 将 证 明 其 社 会 因 素 方 面 是 过 渡 性
的 变 化 。 这 是 因 为 纳 米 技 术 的 角 色 , 通 常 在 与 其 它 技 术 交 融 的 时 候 , 被 看 作 是 能 动 性 的 ,
带 来 新 型 的 应 用 如 已 经 多 年 来 被 评 论 者 预 计 的 普 遍 渗 入 的 感 觉 , 却 到 目 前 才 逐 渐 变 得 可 实
现 了 。 大 多 数 提 供 给 工 作 组 的 评 论 也 认 为 纳 米 技 术 渐 进 式 发 展 所 带 来 的 社 会 和 伦 理 问 题 并
不 确 定 是 全 新 的 。 例 如 , 许 多 关 于 快 速 变 化 的 科 学 对 社 会 的 整 体 影 响 、 以 及 对 技 术 的 管 理
和 规 范 等 的 议 论 , 与 原 先 其 他 曾 经 证 明 反 面 的 科 学 和 技 术 如 核 能 、 再 生 技 术 或 生 物 技 术 等
(Mosterin 2002) 所 引 发 的 议 论 产 生 共 鸣 。 那 些 议 论 并 不 是 对 政 策 制 定 者 没 有 任 何 重 要
性 或 注 意 的 价 值 ; 事 实 上 , 过 去 在 反 面 技 术 方 面 的 经 验 应 该 是 在 给 政 策 制 定 者 的 提 醒 , 应
该 花 时 间 并 注 意 关 注 这 些 问 题 , 而 不 是 仅 散 布 说 它 们 是 “ 一 点 也 不 新 颖 ”。
本 章 提 供 提 交 到 工 作 组 中 的 重 要 声 明 和 议 论 中 一 部 分 精 选 的 观 点 , 以 及 其 他 一 些 公 众
发 表 的 文 献 中 的 部 分 观 点 , 来 表 述 那 些 可 能 产 生 的 更 为 困 难 的 问 题 。 有 一 些 这 里 提 到 的 问
题 曾 经 在 有 其 他 公 众 成 员 参 加 的 纳 米 技 术 工 作 组 中 提 出 过 ; 这 些 将 在 7.2 节 中 详 细 论 述 。
基 于 上 述 原 因 , 本 章 并 不 能 说 是 对 社 会 和 伦 理 影 响 的 整 体 的 扫 描 式 的 作 品 。 这 也 是 我 们 为
什 么 建 议 应 该 至 少 把 一 些 评 价 工 作 , 以 及 7.6 节 中 提 到 的 对 话 和 争 论 , 延 伸 到 工 作 组 工 作
时 间 以 后 的 原 因 之 一 。
6.2 经 济 影 响
关 于 纳 米 科 技 对 经 济 的 影 响 有 一 些 不 同 意 见 。 一 些 看 法 已 经 得 到 证 明 。 总 之 , 似 乎 近
期 的 影 响 将 是 渐 进 增 加 的 , 而 当 纳 米 技 术 能 够 提 供 更 多 的 产 品 和 过 程 的 时 候 , 它 们 才 可 能
长 期 对 经 济 产 生 重 要 的 影 响 。 正 如 上 面 争 论 的 , 更 多 的 是 取 决 于 哪 些 特 殊 的 应 用 最 终 走 向
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市 场 , 以 及 它 们 发 展 的 次 序 。 根 据 经 验 判 断 , 似 乎 不 太 重 要 的 技 术 进 步 反 而 会 对 经 济 长 期
影 响 更 为 显 著 。 一 些 议 论 者 喜 欢 假 定 纳 米 技 术 产 生 的 潜 在 经 济 结 果 —— 更 大 的 国 内 生 产 总
值 (GDP), 更 高 的 效 率 和 更 少 的 工 业 过 程 废 弃 —— 对 整 个 社 会 或 者 在 一 定 范 围 发 达 和 发 展
中 国 家 来 说 全 部 都 是 正 面 的 效 果 。 但 是 , 通 常 一 种 新 技 术 的 起 步 都 会 产 生 “ 赢 家 ” 和 “ 输
家 ”; 例 如 , 就 业 将 会 从 一 个 部 门 转 移 到 另 外 一 个 部 门 。
在 目 前 阶 段 , 尚 无 证 据 表 明 纳 米 技 术 引 起 的 经 济 问 题 与 其 他 的 技 术 创 新 案 例 有 很 大 的
不 同 。 然 而 , 如 果 在 适 当 的 阶 段 对 那 些 有 广 泛 关 注 的 社 会 影 响 的 发 展 进 行 合 适 和 简 洁 的 分
析 , 包 括 评 估 其 优 点 和 缺 点 , 将 会 在 更 大 程 度 上 引 发 更 多 的 社 会 争 论 , 并 在 更 大 程 度 上 影
响 引 入 纳 米 技 术 的 决 策 。 因 为 不 可 能 在 发 展 新 技 术 以 前 进 行 系 统 的 评 估 ( 本 章 开 头 给 出 的
原 因 ), 随 着 相 关 发 展 和 应 用 逐 渐 走 进 市 场 , 这 类 分 析 需 要 逐 例 逐 例 的 进 行 。 这 类 分 析 也
应 全 部 考 虑 涉 及 到 的 不 确 定 因 素 、 对 其 他 技 术 的 依 赖 程 度 , 以 及 任 何 经 济 休 克 和 奇 袭 。
6.3 “ 纳 米 分 权 ”
在 英 国 经 济 与 社 会 研 究 理 事 会 报 告 (Wood et al 2003) 中 更 多 的 “ 展 望 性 ” 文 献 对
连 续 论 之 后 的 飞 跃 性 发 展 的 描 述 包 括 对 纳 米 技 术 长 期 内 对 全 球 的 影 响 存 在 重 复 的 声 明 : 例
如 , 它 将 会 带 来 便 宜 的 可 持 续 发 展 的 能 源 、 环 境 补 救 , 疾 病 诊 断 和 治 疗 的 合 理 发 展 、 更 强
大 的 IT 能 力 , 以 及 改 进 的 商 品 ( 参 阅 国 家 自 然 科 学 基 金 委 (NSF) 两 个 近 期 论 坛 中 的 一 些
论 述 (NSF2001, 2003)。 如 果 其 中 一 部 分 的 预 测 是 正 确 的 , 那 么 对 于 全 球 社 会 和 许 多 国 家
经 济 的 牵 连 就 是 非 常 真 实 的 。 但 是 , 同 样 合 乎 逻 辑 的 问 题 是 谁 将 获 益 , 更 为 至 关 重 要 的 是 ,
谁 将 失 利 科 学 、 技 术 和 工 程 的 应 用 无 疑 将 会 在 长 期 内 提 高 对 生 活 的 预 期 和 许 多 方 面 的 生
活 质 量 。 但 是 , 在 近 期 , 技 术 发 展 并 不 会 对 全 人 类 带 来 必 需 的 利 益 , 而 且 一 些 技 术 已 经 产
生 明 确 的 “ 赢 家 ” 和 “ 输 家 ”。
已 经 引 起 关 注 是 纳 米 技 术 可 能 会 扩 大 富 国 和 穷 国 间 的 鸿 沟 , 因 为 不 同 国 家 有 不 同 的 能
力 来 发 展 和 探 索 纳 米 技 术 , 导 致 所 谓 的 “ 纳 米 分 权 ”。 如 果 全 球 经 济 制 造 高 价 值 产 品 和 服
务 的 进 程 依 赖 于 探 索 科 学 知 识 , 对 新 工 艺 和 技 术 高 的 入 门 费 ( 例 如 , 医 药 领 域 ) 将 很 可 能
加 大 现 在 富 国 和 穷 国 之 间 的 分 界 线 (P Healey, 著 作 证 据 )。 同 样 , 如 果 更 加 合 理 的 对 纳
米 技 术 的 “ 展 望 ” 获 得 实 施 , 就 可 能 产 生 并 存 的 危 险 , 即 针 对 一 定 范 围 的 全 球 和 社 会 弊 病
积 极 提 倡 “ 技 术 修 复 ” 论 可 能 使 得 投 资 变 得 不 明 确 或 者 转 向 , 从 便 宜 、 更 加 可 持 续 发 展 、
或 低 技 术 能 解 决 的 而 转 向 健 康 和 环 境 问 题 。
更 进 一 步 的 关 注 (ETC 2003a; GeneWatch UK 著 作 证 据 ) 已 经 明 确 提 出 纳 米 技 术 领 域
的 专 利 问 题 。 对 知 识 产 权 适 当 的 拥 有 权 通 常 被 认 为 有 利 的 。 然 而 , 据 一 般 的 经 验 来 看
(Nuffield 2002), 专 利 如 果 过 于 宽 泛 或 者 针 对 先 进 性 和 非 显 而 易 见 性 缺 乏 严 格 的 限 制 ,
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将 对 公 众 利 益 有 害 。 有 观 点 认 为 在 纳 米 技 术 领 域 有 可 能 颁 布 宽 泛 的 专 利 , 例 如 操 纵 或 制 备
材 料 的 工 艺 , 将 抑 制 创 新 和 阻 碍 信 息 的 获 取 , 不 仅 局 限 于 那 些 发 展 中 国 家 。 正 如 皇 家 学 会
关 于 知 识 产 权 的 报 告 (Royal Society 2003) 所 描 述 的 , 至 关 重 要 的 是 专 利 局 控 制 复 杂 和
快 速 变 化 的 科 学 和 技 术 发 展 , 因 此 任 何 专 利 被 授 权 都 是 合 适 的 , 并 且 将 支 持 而 不 是 限 制 研
究 和 创 新 。
作 为 提 交 到 工 作 组 的 证 据 , 绿 色 和 平 组 织 的 Doug Parr 表 述 纳 米 技 术 对 发 展 中 国 家
的 环 境 将 存 在 有 益 的 应 用 , 例 如 通 过 提 高 可 再 生 能 源 技 术 减 少 二 氧 化 碳 排 放 , 并 明 确 表 示
对 发 展 中 国 家 来 说 纳 米 技 术 很 可 能 变 成 另 外 一 个 “ 流 失 的 机 会 ”。 生 物 伦 理 学 联 合 中 心 (The
Joint Center for Bioethics (2004)) 也 表 明 诸 如 将 纳 米 量 子 点 应 用 在 便 宜 、 快 捷 的 疾
病 诊 断 , 以 及 提 高 水 净 化 技 术 等 方 面 有 可 能 对 贫 穷 国 家 有 益 。 还 有 一 些 建 议 认 为 纳 米 技 术
能 够 给 一 些 发 展 中 国 家 提 供 通 过 自 己 的 创 新 计 划 —— 例 如 , 通 过 发 展 塑 性 电 子 设 备 , 其 价
格 仅 为 传 统 硅 加 工 工 厂 的 百 分 之 一 —— 从 而 抓 住 直 接 参 与 到 全 球 技 术 发 展 的 新 机 遇 。
因 此 , 有 很 大 风 险 的 是 发 展 一 些 短 期 的 纳 米 技 术 将 会 被 那 些 早 就 拥 有 财 富 和 权 势 的 国
家 独 占 , 而 对 更 广 泛 的 社 会 来 说 有 损 害 。 同 样 地 , 也 不 能 过 高 估 计 发 达 国 家 从 使 用 纳 米 技
术 中 获 利 的 机 会 。 本 节 中 提 到 两 个 基 本 的 问 题 。 首 先 , 纳 米 技 术 发 展 的 轨 道 能 不 能 被 引 导
到 更 广 泛 的 社 会 和 环 境 目 标 上 ( 例 如 , 便 宜 的 可 持 续 能 源 的 产 生 和 储 存 ) 而 不 是 朝 着 短 期
或 者 发 达 国 家 的 “ 市 场 ” 机 会 ( 例 如 , 化 妆 品 ) 其 次 , 如 果 “ 纳 米 分 权 ” 进 一 步 发 展 下
去 , 各 国 政 府 将 如 何 应 对 例 如 , 当 纳 米 技 术 的 产 品 成 为 社 会 普 通 成 员 的 基 本 用 品 时 , 是
否 公 共 势 力 能 够 采 取 合 适 的 方 式 着 力 去 矫 正 这 种 分 权 而 对 于 奢 侈 品 , 能 否 合 理 地 推 动 它
们 的 需 求 和 供 给 市 场 应 该 采 取 一 些 方 式 , 如 考 虑 政 府 部 门 、 市 场 和 国 内 社 会 的 预 期 和 目
标 的 结 合 , 来 设 计 对 纳 米 技 术 的 掌 控 。
6.4 信 息 收 集 和 公 民 自 由
我 们 在 第 三 章 中 看 到 , 纳 米 技 术 有 希 望 促 进 开 发 小 型 、 便 宜 的 传 感 器 件 , 达 到 能 够 制
备 更 小 、 更 持 久 耐 用 的 传 感 器 的 一 些 指 标 。 纳 米 技 术 与 IT 技 术 的 汇 聚 , 能 够 提 供 一 个 把
复 杂 的 远 程 传 感 器 件 网 络 联 结 到 强 大 计 算 能 力 的 平 台 。 一 些 纳 米 器 件 可 能 在 其 它 产 品 中 广
泛 使 用 。 这 类 的 开 发 能 够 用 来 达 到 更 安 全 、 更 保 密 和 个 性 化 的 医 护 , 并 有 益 于 商 业 ( 例 如 ,
在 材 料 和 产 品 的 追 踪 和 其 它 的 控 制 方 面 )。 然 而 , 同 样 的 纳 米 器 件 也 可 能 在 一 些 场 合 被 用
来 限 制 私 人 或 公 众 隐 私 , 如 通 过 监 视 、 未 经 同 意 收 集 和 散 发 个 人 信 息 ( 如 健 康 或 基 因 图 谱 ),
把 信 息 资 源 集 中 到 相 关 部 门 开 发 并 可 控 的 网 络 。ETC 集 团 声 称 “ 生 物 传 感 器 和 芯 片 … 能 够
变 得 在 日 常 生 活 中 无 处 不 在 —— 监 督 经 济 和 社 会 的 方 方 面 面 ”(ETC 2003)。
这 些 类 型 的 发 展 可 能 增 加 现 有 顾 客 对 目 前 在 超 市 和 服 装 零 售 商 试 用 的 采 用 射 频 识 别
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(RFID) 技 术 替 代 条 形 码 的 关 注 。 最 近 从 国 家 商 贸 委 员 会 (National Consumer Council
(2004)) 对 RFID 的 简 介 中 表 明 一 些 关 注 内 容 , 如 : 把 个 人 信 息 ( 如 信 用 卡 号 ) 与 特 殊 商
品 联 系 的 可 能 性 , 这 样 有 可 能 在 个 人 基 础 上 勾 画 和 跟 踪 其 购 物 商 店 和 超 市 ; 逐 渐 增 加 的 对
个 人 数 据 的 收 集 ; 以 及 如 果 因 不 装 备 技 术 设 备 而 无 法 探 测 传 感 器 件 是 否 会 发 生 纠 纷 。 政 府
的 展 望 (Government’s Foresight) 计 划 最 近 完 成 一 个 电 脑 信 誉 和 预 防 犯 罪 的 项 目 , 主
要 探 索 在 诸 如 验 证 和 确 定 、 监 督 和 信 息 保 险 等 领 域 中 下 一 代 信 息 技 术 ( 包 括 纳 米 技 术 的 发
展 ) 的 使 用 和 提 示 。 该 项 目 (Raab 2004) 中 的 一 篇 科 学 综 述 表 明 增 加 使 用 监 督 , 从 而 提
供 暗 示 给 警 察 、 描 绘 行 踪 和 “ 社 会 分 类 ”, 所 有 这 些 “ 基 于 更 精 密 的 、 差 异 性 的 个 人 数 据
表 来 不 断 地 寻 找 验 证 、 分 类 和 评 估 个 人 。 分 类 是 在 政 党 和 社 会 控 制 作 用 方 面 有 很 大 潜 在 应
用 的 一 类 技 术 ”。 这 类 主 体 曾 在 2004 年 三 月 和 四 月 皇 家 学 会 针 对 电 脑 信 誉 和 信 息 安 全 的 公
共 对 话 中 进 行 过 探 讨 。
很 清 楚 这 个 问 题 是 纳 米 技 术 在 推 动 社 会 变 革 中 起 能 动 性 作 用 , 包 括 正 面 和 ( 如 果 技 术
被 滥 用 ) 负 面 结 果 。 似 乎 不 太 可 能 , 这 些 发 展 所 引 起 潜 在 的 法 律 和 伦 理 问 题 会 与 以 前 整 个
健 康 和 消 费 等 问 题 有 任 何 本 质 的 区 别 。 然 而 , 作 为 新 开 发 的 监 督 和 传 感 形 式 , 进 一 步 的 研
究 和 专 家 法 律 分 析 对 于 确 定 目 前 的 规 则 框 架 和 研 究 所 对 个 人 、 群 体 和 社 会 是 否 提 供 适 当 的
保 卫 可 能 是 必 要 的 。
6.5 人 类 改 良
在 3.5.3h 小 节 注 解 中 , 纳 米 技 术 有 助 于 开 发 一 些 “ 改 良 ” 型 应 用 ; 最 密 切 的 是 开 发
改 进 的 耳 蜗 和 视 网 膜 植 入 体 , 来 提 高 或 重 现 听 力 和 视 力 。
部 分 残 疾 人 权 利 团 体 已 经 反 对 已 计 划 的 提 高 人 类 能 力 的 植 入 体 , 主 要 考 虑 那 些 不 使 用
改 良 能 力 的 残 疾 人 可 能 会 认 为 给 自 己 带 来 声 名 的 污 辱 ( 参 阅 示 例 Wolbring 2003)。 在 改
良 和 植 入 体 之 间 缺 乏 清 楚 的 比 较 因 而 很 难 得 到 概 括 性 的 论 点 。 明 确 的 人 类 改 良 问 题 也 可 能
失 败 , 至 少 最 初 , 恰 恰 在 医 疗 领 域 , 那 里 已 经 有 一 套 成 型 的 历 史 来 考 察 紧 急 的 伦 理 问 题 和
社 会 对 特 殊 过 程 的 接 纳 程 度 。
通 常 关 心 侮 辱 方 面 问 题 的 人 是 很 多 不 同 程 度 受 伤 的 人 , 但 是 又 没 有 联 系 表 明 人 群 的 差
异 会 带 来 怎 样 不 同 的 问 题 。 所 有 成 功 治 疗 疾 病 的 医 药 , 包 括 在 基 因 水 平 上 治 疗 疾 病 , 增 强
了 被 治 疗 人 员 的 功 能 和 能 力 。 甚 至 有 植 入 体 的 —— 一 种 医 药 、 一 类 弥 补 方 法 、 一 个 医 疗 器
械 、 一 个 手 术 等 —— 并 不 能 对 所 有 患 者 都 有 效 果 , 不 可 能 不 允 许 那 些 可 能 受 益 的 人 仅 仅 因
为 另 外 一 些 人 不 能 受 益 。 没 有 通 用 模 式 来 抵 制 用 于 人 类 改 良 的 技 术 或 植 入 体 。 简 单 地 因 为
其 它 人 不 能 利 用 该 方 法 来 提 高 视 力 而 拒 绝 对 患 有 弱 视 的 病 人 采 用 佩 戴 眼 睛 或 手 术 进 行 适
当 的 视 力 治 疗 是 错 误 的 。
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至 关 重 要 且 必 须 注 明 的 是 对 于 残 疾 人 谈 纯 粹 的 “ 技 术 修 复 ” 论 不 是 毫 无 问 题 的 。 在 提
交 给 工 作 组 的 证 据 中 ,Richard Light,DAART 残 疾 人 和 人 权 中 心 (DAART Centre for
Disability and Human Rights) 主 任 建 议 说 , 残 疾 人 可 以 提 供 一 些 经 费 来 分 派 参 与 , 例
如 , 反 歧 视 或 人 权 衡 量 , 而 不 是 特 别 作 为 一 般 的 技 术 和 纳 米 技 术 的 治 疗 对 象 。 他 还 表 明 医
疗 技 术 是 不 相 关 的 , 除 非 人 们 能 够 承 担 得 起 并 且 利 用 它 , 以 及 督 促 对 纳 米 技 术 将 为 残 疾 人
带 来 利 益 的 申 明 进 行 适 当 的 考 虑 :“ 任 何 关 于 纳 米 技 术 将 会 对 人 们 生 命 有 影 响 的 建 议 都 必
须 经 过 严 格 的 验 证 ; 在 缺 乏 可 论 证 的 基 础 上 做 出 上 述 申 明 确 实 是 不 道 德 的 , 并 且 对 那 些 关
注 科 学 走 向 商 业 利 用 不 会 有 一 点 保 证 ”。
但 是 , 确 定 类 型 的 改 良 可 能 带 来 更 多 的 争 议 , 不 论 是 否 因 为 那 些 缺 乏 该 功 能 的 残 疾 人
被 污 辱 或 ( 更 有 可 能 ) 其 它 原 因 。 例 如 , 有 人 争 论 说 所 有 的 基 因 疗 法 是 一 个 不 可 接 受 的 优
生 形 式 , 而 其 它 人 争 论 说 基 因 疗 法 仅 仅 在 清 楚 使 用 时 在 提 高 诸 如 智 力 和 身 高 等 基 本 能 力 等
方 面 是 可 接 受 的 (Buchanan et al 2002)。 然 而 另 外 的 人 认 为 如 果 通 过 教 育 或 训 练 来 提 高
技 能 是 可 以 接 受 的 , 那 么 其 它 途 径 的 提 高 模 式 , 如 整 容 手 术 或 服 用 有 认 知 效 果 的 药 物 , 应
该 也 是 可 以 接 受 的 。 可 以 发 现 一 些 类 似 的 争 论 , 如 某 些 运 动 员 或 其 他 人 员 服 用 药 物 来 提 高
成 绩 ( 通 常 是 在 不 公 平 或 对 健 康 有 风 险 的 基 础 上 ) 1 , 而 另 外 一 些 人 认 为 既 然 通 过 训 练 来
提 高 成 绩 是 可 接 受 的 , 那 么 通 过 服 用 药 物 来 提 高 成 绩 也 应 该 被 接 受 2 。
6.6 汇 聚
汇 聚 是 指 纳 米 技 术 在 将 来 与 其 它 新 技 术 的 发 展 以 多 种 方 式 的 结 合 ( 折 射 出 其 天 生 的 多
学 科 交 叉 特 性 )。 汇 聚 通 常 是 值 得 鼓 励 的 , 以 及 在 新 技 术 可 能 走 向 应 用 时 , 可 能 存 在 着 最
大 的 不 确 定 性 。 上 面 我 们 曾 经 提 到 纳 米 技 术 如 何 与 信 息 技 术 汇 聚 引 起 民 众 自 由 权 的 争 论 。
然 而 , 汇 聚 易 于 产 生 一 些 其 它 的 社 会 和 伦 理 挑 战 , 特 别 是 在 纳 米 生 物 技 术 的 长 期 应 用 , 涉
及 到 身 体 和 材 料 系 统 间 重 要 的 界 面 , 或 身 体 内 部 的 修 改 。 一 些 发 展 —— 尽 管 基 本 上 为 了 医
疗 效 果 而 采 取 的 身 体 植 入 体 —— 可 能 很 好 地 引 发 最 基 本 的 心 理 学 和 社 会 学 的 问 题 , 其 核 心
是 验 证 问 题 ; 那 就 是 , 什 么 是 我 们 理 解 的 “ 人 ”, 什 么 是 “ 正 常 ”, 以 及 什 么 是 不 正 常 。 在
最 近 的 德 国 国 会 技 术 评 估 办 公 室 (German Parliament Office of Technology Assessment
(TAB 2004)) 报 告 中 说 到 : 对 于 纳 米 技 术 的 展 望 , 我 们 不 断 地 看 到 它 们 使 组 成 人 体 部 分 ,
以 及 在 技 术 成 果 和 应 用 的 帮 助 下 它 们 可 能 制 造 的 东 西 的 边 界 消 失 。 这 方 面 类 似 的 例 子 是 通
过 努 力 试 图 补 充 或 替 换 本 身 的 生 物 器 官 而 换 成 纳 米 技 术 的 组 元 的 人 体 植 入 和 修 饰 , 并 且 将
其 余 外 界 设 备 或 其 他 身 体 或 者 身 体 部 件 形 成 一 个 网 络 。 以 上 述 描 述 的 方 式 发 展 的 一 定 程 度
1
更 多 的 体 育 界 服 用 提 高 技 能 药 物 的 医 疗 后 果 信 息 , 参 阅 http://www.bmjpg.com/chapters/0727916068_sample.pdg.
2 写 作 人 类 改 良 方 面 的 书 目 , 参 阅 http://www.ud.ac.uk/~ucbtdag/bioethics/biblio.html.
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的 身 体 介 入 或 植 入 技 术 将 引 发 控 制 、 选 择 和 特 别 敏 感 的 公 众 理 解 和 关 注 的 问 题 。 在 提 交 给
工 作 组 的 证 据 中 ,Stephen Wood 和 Richard Jones 表 示 尽 管 这 类 非 常 极 端 的 纳 米 技 术 的
潜 在 成 果 —— 包 括 可 能 的 更 多 地 延 长 寿 命 , 或 者 甚 至 将 人 类 认 知 和 身 体 的 分 离 以 及 把 它 重
新 归 置 在 计 算 机 中 —— 可 能 对 于 许 多 科 学 家 来 说 是 太 牵 强 的 , 这 些 观 点 确 实 形 成 一 个 背 景
供 非 科 学 家 来 讨 论 纳 米 技 术 的 影 响 。
有 一 个 例 子 来 自 美 国 NSF 和 商 业 部 联 合 资 助 的 关 于 基 本 的 人 类 改 良 计 划 最 近 发 表 的
文 献 , 它 勾 画 了 将 来 可 能 的 纳 米 技 术 与 生 物 技 术 、 信 息 技 术 和 认 知 科 学 间 的 汇 聚 来 改 善 人
类 的 性 能 。 报 告 的 编 辑 认 为 “ 四 种 技 术 集 成 ( 纳 米 - 生 物 - 信 息 - 认 知 ) 的 根 源 是 纳 米 尺 度 ,
在 该 尺 度 上 物 质 的 基 本 单 元 得 以 构 建 ”(NSF 2003)。 尽 管 还 不 是 很 清 楚 这 里 说 的 是 什 么 ,
但 是 它 显 示 出 汇 聚 可 在 两 种 情 况 下 使 用 。 作 为 将 汇 聚 定 义 为 多 学 科 交 叉 研 究 和 开 发 的 补
充 , 汇 聚 被 用 来 指 物 质 在 原 子 水 平 上 的 “ 汇 聚 ”—— 例 如 基 于 所 有 物 质 都 由 原 子 组 成 的 事
实 。
这 篇 内 容 提 供 了 一 个 很 好 的 例 子 , 一 些 建 议 人 员 发 现 很 难 在 希 望 和 骗 局 之 间 划 一 条 合
适 的 线 。 参 与 本 报 告 的 作 者 基 本 上 对 与 人 类 状 况 潜 在 的 汇 聚 表 示 普 遍 的 乐 观 , 并 且 很 少 有
关 潜 在 缺 点 的 批 评 性 的 讨 论 。 本 报 告 也 积 极 假 定 社 会 对 一 些 关 联 的 接 受 程 度 ( 参 阅 Baird
2004)。 本 书 也 安 排 了 一 些 非 常 具 体 和 有 益 发 展 的 关 于 汇 聚 技 术 将 在 短 期 内 带 来 ( 例 如 非
介 入 性 治 疗 ) 以 及 将 来 更 奇 怪 的 展 望 ( 例 如 , 整 个 人 类 社 会 看 作 是 一 个 互 联 的 “ 大 脑 ”)。
许 多 文 章 也 是 用 非 常 机 械 的 观 点 在 看 待 人 类 和 社 会 , 机 器 和 生 物 系 统 是 互 相 关 联 的 , 而 很
少 考 虑 一 些 伦 理 的 的 挑 战 , 有 可 能 遇 到 更 加 基 本 的 改 良 计 划 ( 例 如 发 展 直 接 的 神 经 元 - 计
算 机 界 面 )。 一 个 提 交 很 多 论 文 而 很 少 关 注 重 要 的 科 学 与 技 术 而 更 多 关 于 科 学 幻 想 ( 例 如 ,
长 篇 累 牍 地 谈 论 “ 人 类 性 别 计 划 ” 而 不 涉 及 神 经 系 统 科 学 的 主 干 方 法 ) 的 人 是 不 可 以 被 原
谅 的 。 但 是 , 该 篇 计 划 还 是 提 出 了 社 会 是 否 有 正 确 的 机 制 来 预 期 和 商 讨 一 些 更 为 基 本 的 人
类 改 良 计 划 的 问 题 , 目 前 仅 仅 设 想 有 可 能 通 过 汇 聚 技 术 , 而 不 管 它 们 是 否 能 够 和 什 么 时 候
能 够 变 成 现 实 。
6.7 军 事 应 用
纳 米 技 术 被 预 期 可 大 力 提 高 和 有 利 于 国 防 能 力 。 据 英 国 国 防 部 (MOD 2001), 纳 米 技
术 将 为 防 卫 和 新 的 外 部 威 胁 双 方 面 提 供 新 机 遇 。 回 顾 前 面 讲 述 的 开 发 无 处 不 在 的 传 感 器 的
观 点 , 主 要 的 、 最 初 的 国 防 影 响 预 期 在 使 用 大 量 的 新 的 便 宜 的 传 感 器 的 信 息 系 统 , 以 及 信
息 处 理 过 程 和 通 讯 领 域 。 这 类 发 展 将 可 能 利 用 无 处 不 在 的 纳 米 传 感 器 通 过 尽 早 地 检 测 化 学
和 生 物 的 释 放 来 提 高 国 防 能 力 , 并 提 高 监 督 能 力 。 另 外 ,“ 一 整 套 的 军 队 装 备 , 包 括 衣 服 、
盔 甲 、 武 器 、 个 人 通 讯 等 将 因 使 用 便 宜 而 功 能 强 大 的 传 感 和 处 理 能 力 而 能 够 自 动 地 、 因 地
75

制 宜 地 优 化 它 们 的 特 征 、 操 控 和 性 能 ”。
近 期 美 国 麻 省 理 工 学 院 的 士 兵 纳 米 技 术 研 究 所 ( Institute for Soldier
Nanotechnologies) 可 以 作 为 军 事 方 面 的 例 子 , 该 所 已 经 承 担 来 自 美 国 军 队 五 千 万 美 元 的
预 算 用 于 研 究 新 材 料 。 其 最 终 目 标 是 “ 创 建 21 世 纪 结 合 高 技 术 的 轻 质 舒 适 战 斗 服 ”, 集 中
在 士 兵 保 护 、 伤 害 介 入 和 治 疗 , 以 及 人 类 性 能 的 提 高 等 方 面 。 关 于 战 斗 服 特 征 的 详 细 描 述
见 节 3.2.3c。 该 研 究 所 表 明 他 们 的 研 究 “ 远 期 目 标 是 研 究 技 术 如 何 使 得 士 兵 免 受 敌 人 的
攻 击 和 环 境 的 威 胁 ”。
军 事 方 面 的 发 展 引 来 几 个 明 显 的 社 会 和 伦 理 问 题 , 大 部 分 的 问 题 当 然 也 不 局 限 于 纳 米
技 术 。 应 用 纳 米 技 术 操 控 生 物 和 化 学 试 剂 可 能 导 致 很 难 探 测 和 计 数 的 全 新 威 胁 。 一 些 观 察
者 已 经 建 议 应 用 纳 米 技 术 来 使 得 现 有 和 新 武 器 系 统 更 为 精 致 的 时 候 , 可 能 导 致 一 种 新 形 式
的 军 事 竞 赛 ( 例 如 , 参 阅 Gsponer 2002; Arnall 2003)。 有 人 可 能 会 问 目 前 创 建 的 核 武
器 、 化 学 和 生 物 武 器 军 事 控 制 框 架 是 否 足 够 用 于 控 制 将 来 涉 及 到 纳 米 技 术 的 武 器 开 发 。
基 于 以 下 的 事 实 引 来 相 关 的 问 题 , 那 就 是 应 用 纳 米 技 术 开 发 军 事 能 力 必 须 的 基 本 知 识
和 技 术 将 在 民 事 部 门 产 生 , 因 此 也 就 可 能 被 很 大 范 围 的 团 体 获 得 , 包 括 非 政 府 组 织 。Joy
(2002) 建 议 “21 世 纪 的 技 术 —— 基 因 、 纳 米 技 术 和 机 器 人 (GNR)—— 有 如 此 强 大 的 威 力 ,
以 至 于 它 们 可 能 产 生 所 有 新 种 类 的 事 故 和 弊 端 。” 首 先 , 最 为 危 险 的 是 , 这 些 技 术 在 很 大
范 围 的 个 人 或 小 团 体 内 均 可 获 得 。 他 们 不 需 要 大 型 设 备 或 稀 有 的 原 材 料 。 只 要 有 知 识 就 能
够 使 用 它 们 ”。 这 个 因 素 给 武 器 开 发 项 目 的 增 殖 的 侦 察 变 得 更 加 困 难 , 因 为 非 军 事 用 途 和
军 事 用 途 的 工 业 活 动 间 的 界 线 变 得 模 糊 不 清 。 这 样 一 来 , 纳 米 技 术 可 能 增 加 不 对 称 的 军 事
力 量 。
那 些 吸 引 军 事 资 助 的 纳 米 技 术 的 应 用 可 能 引 来 其 他 的 争 论 : 例 如 考 虑 保 密 因 素 将 使 公
开 的 专 家 评 审 该 领 域 的 发 现 变 得 非 常 困 难 。 一 个 秘 密 发 展 一 些 纳 米 技 术 的 无 意 识 的 后 果 可
能 会 激 发 公 众 对 非 军 事 类 技 术 开 发 的 不 信 任 和 关 注 。 这 个 问 题 将 变 得 更 加 显 著 起 来 , 如 果
“ 纳 米 技 术 ” 词 汇 及 其 整 体 内 涵 与 终 端 的 军 事 应 用 紧 密 联 系 ( 不 是 在 本 章 : 参 阅 7.2 节 我
们 对 公 正 态 度 的 研 究 )。 核 能 技 术 的 案 例 在 这 里 是 很 有 借 鉴 意 义 的 。 美 国 的 Flynn (2003)
辩 论 提 到 , 不 能 将 核 能 的 民 用 工 业 与 破 坏 性 使 用 原 子 分 开 是 其 蒙 受 污 点 、 并 引 发 持 久 的 公
众 态 度 的 敌 对 的 一 个 历 史 原 因 。 政 府 拒 绝 这 种 关 联 —— 当 时 简 直 不 可 能 相 信 —— 会 进 一 步
破 坏 公 众 对 管 制 技 术 的 信 任 。 有 可 能 会 有 很 大 危 险 的 是 , 特 别 是 在 环 境 保 护 领 域 , 可 能 会
因 为 其 与 军 事 应 用 的 过 于 密 切 的 关 系 而 威 胁 到 公 众 在 整 体 上 接 受 纳 米 技 术 的 有 利 应 用 。 然
而 , 个 人 对 军 事 用 途 的 理 解 将 无 疑 对 纳 米 技 术 所 要 接 受 的 军 事 开 发 产 生 影 响 。
76

6.8 结 论
纳 米 技 术 将 会 在 许 多 科 学 和 技 术 的 分 支 产 生 影 响 , 并 预 计 会 影 响 众 多 范 围 的 人 类 的 努
力 。 一 些 纳 米 技 术 的 应 用 很 可 能 引 发 重 大 的 社 会 和 伦 理 观 注 , 特 别 是 对 那 些 中 期 (5-15
年 ) 和 长 期 ( 超 过 20 年 ) 的 计 划 。 然 而 , 基 于 对 纳 米 技 术 短 期 内 应 用 的 估 计 已 经 非 常 困
难 , 评 估 其 长 期 的 社 会 和 伦 理 影 响 就 更 具 挑 战 性 。 纳 米 技 术 的 渐 进 发 展 在 开 发 一 些 应 用 的
时 候 可 能 会 起 作 用 , 经 常 与 其 他 技 术 互 相 汇 聚 , 长 期 来 看 可 能 会 带 来 社 会 的 变 革 。
在 近 期 到 中 期 范 围 , 许 多 已 经 有 证 据 支 持 的 社 会 和 伦 理 问 题 并 不 是 唯 独 针 对 纳 米 技 术
来 说 的 。 但 它 们 不 具 备 唯 一 性 的 事 实 不 能 减 弱 这 些 问 题 的 正 当 性 。 过 去 关 于 有 争 议 技 术 的
经 验 表 明 在 任 何 时 候 当 引 起 重 大 的 社 会 和 伦 理 关 注 时 都 应 该 采 取 努 力 , 而 与 其 是 否 确 实 是
源 于 纳 米 技 术 的 新 问 题 无 关 。 本 章 我 们 已 经 确 定 一 些 通 过 进 一 步 发 展 能 够 带 来 利 益 的 纳 米
技 术 而 引 发 的 社 会 和 伦 理 问 题 。 这 些 争 论 包 括 谁 将 控 制 纳 米 技 术 以 及 谁 将 从 它 的 短 期 和 长
期 开 发 中 受 益 。 最 近 提 交 到 ESRC (Wood et al 2003) 的 报 告 中 提 到 其 他 相 关 的 问 题 。 尽
管 不 是 所 有 的 问 题 都 值 得 去 研 究 , 但 是 其 中 一 些 以 及 将 来 有 可 能 的 另 外 一 些 问 题 , 为 科 学
家 和 社 会 学 家 开 展 交 叉 学 科 研 究 提 供 了 一 个 独 特 的 机 会 。 其 研 究 费 用 相 对 于 将 引 发 社 会 和
伦 理 问 题 的 纳 米 技 术 的 研 究 较 低 。 因 此 , 我 们 建 议 研 究 理 事 会 以 及 人 文 艺 术 监 理 会 (AHRB)
资 助 一 项 交 叉 领 域 的 研 究 项 目 , 用 于 研 究 预 计 因 某 些 纳 米 技 术 发 展 所 引 发 的 社 会 和 伦 理 问
题 。 这 个 项 目 应 包 括 研 究 基 金 和 交 叉 研 究 奖 学 金 , 以 便 明 确 地 把 标 准 的 和 经 验 的 调 查 联 系
起 来 。 研 究 奖 学 金 可 以 包 括 课 程 教 学 , 使 得 学 生 熟 悉 自 然 科 学 和 社 会 科 学 使 用 的 共 有 的 或
者 是 学 院 内 的 词 汇 和 方 法 。
从 长 期 角 度 来 讲 我 们 看 到 公 民 自 由 是 根 本 的 伦 理 问 题 。 预 期 信 息 技 术 和 纳 米 技 术 的 汇
聚 将 可 能 利 用 纳 米 器 件 一 方 面 增 加 个 人 安 全 , 而 另 一 方 面 可 能 通 过 秘 密 监 督 而 用 于 限 制 个
人 或 团 体 秘 密 , 在 没 有 征 得 同 意 时 收 集 、 散 发 个 人 信 息 ( 如 健 康 和 基 因 图 谱 ), 并 且 把 信
息 资 源 集 中 到 相 关 部 门 开 发 并 可 控 的 网 络 。 有 一 种 看 法 认 为 将 来 可 能 的 纳 米 技 术 - 生 物 技
术 - 信 息 技 术 - 认 知 技 术 的 汇 聚 将 被 用 于 根 本 的 人 类 改 良 目 的 。 这 在 目 前 落 入 遥 远 的 未 来 /
科 学 幻 想 的 范 畴 , 但 是 一 旦 它 们 得 以 实 现 将 会 引 起 基 本 的 和 可 能 独 特 的 社 会 和 伦 理 问 题 。
有 必 要 控 制 纳 米 技 术 未 来 的 应 用 来 确 定 它 们 是 否 会 引 起 本 报 告 不 曾 提 到 的 社 会 和 伦 理 影
响 。 在 本 报 告 的 后 续 部 分 我 们 考 虑 这 个 是 如 何 对 纳 米 技 术 ( 见 9.6 节 ) 以 及 其 他 显 现 出 来
的 新 兴 技 术 ( 见 9.7 节 ) 有 帮 助 的 。
总 而 言 之 , 参 加 我 们 研 究 并 为 我 们 提 供 证 据 的 科 学 家 和 工 程 人 员 表 示 他 们 已 经 考 虑 ,
或 者 希 望 考 虑 , 他 们 所 从 事 工 作 的 社 会 和 伦 理 影 响 。 因 为 纳 米 技 术 和 其 他 先 进 技 术 具 有 重
要 和 不 同 影 响 的 潜 力 , 将 同 时 带 来 利 益 和 风 险 。 所 有 从 事 这 些 领 域 的 研 究 人 员 应 该 考 虑 他
77

们 的 工 作 更 大 范 围 所 相 关 隐 含 的 内 容 。 我 们 注 意 到 “ 研 究 理 事 会 /AHBR 关 于 研 究 生 技 能 训
练 必 备 联 合 声 明 ”(Joint Statement of Research Councils’/AHRB’s Skills Training
Requirements for Research Students) 确 实 明 确 研 究 生 应 该 有 能 力 论 证 对 他 们 从 事 研 究
工 作 所 引 发 的 伦 理 问 题 的 了 解 。 然 而 , 该 声 明 既 没 有 对 学 生 提 出 要 求 需 要 进 行 正 式 的 训 练
来 提 高 对 这 些 领 域 的 了 解 , 而 对 于 先 进 技 术 例 如 纳 米 技 术 领 域 并 不 总 是 显 而 易 见 的 , 也 没
有 对 现 职 人 员 提 出 要 求 。 我 们 建 议 对 先 进 技 术 所 隐 含 的 伦 理 和 社 会 问 题 ( 例 如 纳 米 技 术 )
的 考 虑 应 该 作 为 工 作 在 这 些 领 域 的 研 究 生 和 现 职 人 员 进 行 正 式 培 训 的 一 部 分 , 并 且 特 别
地 , 这 一 类 型 的 正 式 训 练 应 该 列 到 “ 研 究 理 事 会 /AHBR 关 于 研 究 生 技 能 训 练 必 备 联 合 声
明 ”(Joint Statement of Research Councils’/AHRB’s Skills Training Requirements
for Research Students) 文 件 中 。 研 究 理 事 会 /AHRB 应 该 支 持 和 扩 展 提 供 短 课 程 , 把 科
学 、 工 程 和 社 会 科 学 方 面 的 初 级 研 究 人 员 和 博 士 研 究 生 召 集 在 一 起 阐 述 技 术 进 步 可 能 带 来
的 伦 理 和 社 会 问 题 。
78

第 七 章 风 险 承 担 者 和 公 众 对 话
7.1 概 论
正 如 从 其 它 技 术 ( 如 改 基 因 谷 物 和 食 品 ) 中 所 看 到 的 , 在 英 国 , 公 众 的 态 度 对 于 技 术
进 步 的 潜 能 的 实 现 起 着 至 关 重 要 的 作 用 。 前 面 的 第 六 章 概 述 了 一 些 社 会 和 伦 理 的 问 题 ,
这 也 可 以 从 下 面 的 对 公 众 态 度 的 研 究 中 看 到 , 风 险 承 担 者 和 公 众 关 于 纳 米 技 术 的 对 话 充
分 体 现 了 这 一 点 。 本 章 中 我 们 将 考 虑 目 前 英 国 公 众 对 纳 米 技 术 的 认 知 情 况 ( 基 于 为 本 研 究
所 做 的 市 场 分 析 ), 探 讨 公 众 对 话 对 新 技 术 的 价 值 , 并 检 查 未 来 对 纳 米 技 术 可 能 的 对 话 机
制 。
7.2 目 前 英 国 公 众 对 纳 米 技 术 的 认 知 情 况
当 然 在 英 国 或 其 它 国 家 , 公 众 对 纳 米 技 术 的 态 度 只 有 很 少 量 的 研 究 证 据 。2002 年 ,
Eurobarometer 问 卷 调 查 (Gaskell et al 2003) 有 了 一 个 定 量 化 的 结 果 。 在 被 问 到 他 们 是
否 曾 想 过 纳 米 技 术 将 提 高 或 恶 化 他 们 未 来 20 年 的 生 活 方 式 时 , 全 部 样 本 的 50% 以 上 回 答 是
“ 不 知 道 ”。 在 余 下 的 表 示 认 知 的 样 本 中 , 大 多 数 感 到 纳 米 技 术 将 真 正 地 提 高 他 们 的 生
活 。 尽 管 如 此 , 极 高 比 例 的 “ 不 知 道 ” 回 答 表 示 在 整 个 欧 洲 对 纳 米 技 术 问 题 呈 现 很 低 的
认 知 水 平 。 在 2001 年 由 国 家 地 理 学 会 和 国 家 科 学 基 金 会 共 同 资 助 的 一 项 网 络 调 查 (Sims-
Bainbridge 2002) 表 明 ,57% 的 回 答 者 同 意 以 下 的 论 点 :“ 人 类 将 极 大 地 受 益 于 通 过 原 子
与 原 子 构 建 新 结 构 、 材 料 和 机 器 , 在 分 子 水 平 上 工 作 的 纳 米 技 术 ”。 然 而 , 这 样 一 个 基
于 网 络 的 采 样 技 术 在 本 质 上 是 自 主 选 择 的 , 不 成 比 例 地 在 可 以 方 便 上 网 的 人 群 以 及 对 科
学 和 技 术 问 题 持 有 特 定 兴 趣 的 人 群 中 抽 取 样 本 。 这 样 一 来 , 这 个 结 果 将 不 可 能 外 推 到 以
普 通 大 众 为 样 本 的 体 系 中 。 在 上 面 两 个 调 查 中 , 另 一 个 难 点 是 我 们 无 法 得 知 所 回 收 的 回
答 是 否 真 实 地 反 映 了 样 本 对 纳 米 技 术 的 观 点 , 或 者 说 对 问 题 的 回 答 是 否 基 于 技 术 的 未 来
影 响 ( 在 这 里 态 度 就 会 很 有 利 )。 也 就 是 说 , 两 个 调 查 都 没 有 给 我 们 详 细 的 信 息 , 当 人 们
被 告 知 一 个 新 技 术 的 某 些 信 息 时 , 人 们 如 何 诠 释 这 一 新 技 术 , 同 时 这 些 描 述 性 的 信 息 对
人 们 在 未 来 对 纳 米 技 术 的 公 众 态 度 的 形 成 有 着 重 要 的 决 定 作 用 。 因 此 , 本 研 究 工 作 组 委
托 BMRB 国 际 有 限 公 司 对 从 普 通 大 众 中 抽 取 的 样 本 对 纳 米 技 术 认 知 或 态 度 的 水 平 进 行 了 初
步 研 究 。 这 个 研 究 既 有 定 量 的 , 也 有 定 性 的 , 分 为 两 个 部 分 ( 见 BMRB 2004):(a) 有 代 表
性 的 采 用 三 个 项 目 的 全 国 调 查 和 (b) 两 个 深 度 的 专 题 讨 论 。7.2.1 节 和 7.2.2 节 略 述 了
BMRB 的 发 现 , 详 见 BMRB 呈 报 本 研 究 工 作 组 的 报 告 。
79

7.2.1 定 量 调 查 发 现
第 一 部 分 是 三 问 题 的 问 卷 调 查 , 代 表 性 样 本 是 英 国 年 龄 为 15 岁 或 以 上 的 1005 人 。 这
个 设 计 试 图 得 出 普 通 大 众 对 纳 米 技 术 认 知 的 一 个 基 本 量 度 , 知 道 纳 米 技 术 的 人 们 能 否 提
供 任 何 定 义 , 并 且 他 们 是 否 想 过 纳 米 技 术 对 生 活 质 量 将 有 正 面 的 或 负 面 的 影 响 。 所 用 的
问 题 列 在 图 框 7.1 中 。
图 框 7.1 BMRB 问 卷 问 题
第 一 个 问 题 是 针 对 全 部 1005 个 受 访 者
问 题 1. 你 曾 听 说 过 纳 米 技 术 吗 (n=1005)
如 果 受 访 者 对 问 题 1 回 答 是 , 然 后 他 们 被 问
问 题 2. 你 认 为 纳 米 技 术 是 什 么 (n=262)
最 后 , 如 果 某 个 人 对 问 题 1 回 答 是 , 并 且 对 问 题 2 没 有 回 答 不 知 道 , 他 们 则 被 问
问 题 3. 你 认 为 纳 米 技 术 在 未 来 20 年 会 提 高 我 们 的 生 活 方 式 , 没 有 影 响 , 或 会
使 事 情 变 得 更 糟 (n=172)
正 如 所 预 期 的 一 样 , 调 查 受 访 者 对 纳 米 技 术 的 认 知 有 限 。
在 对 第 一 个 问 题 的 回 答 中 , 只 有 29% 1 的 调 查 受 访 者 说 他 们 知 道 这 个 术 语 。 认 知 在 男
人 (40%) 中 比 女 人 (19%) 中 要 高 , 在 年 老 受 访 者 中 略 低 , 从 55 岁 以 下 的 三 分 之 一 下 降 到 65
岁 或 以 上 的 五 分 之 一 (20%)。 按 社 会 阶 层 来 说 也 是 一 个 明 显 的 分 布 , 认 知 从 社 会 - 经 济 组
AB42% 的 峰 值 , 下 降 到 社 会 - 经 济 组 DE 的 16%。
对 于 问 题 2, 只 有 19%(172) 的 问 卷 样 本 能 够 说 出 任 何 形 式 的 定 义 , 回 答 大 多 数 集 中 在
小 型 化 或 在 很 小 尺 度 上 的 技 术 , 还 有 些 回 答 着 眼 于 诸 如 在 计 算 、 电 子 学 或 医 学 上 的 特 定
应 用 。
对 于 问 题 3, 在 能 够 给 出 纳 米 技 术 定 义 的 样 本 中 多 数 (68%) 均 感 到 纳 米 技 术 会 提 高 未
来 的 生 活 质 量 , 而 只 有 4% 认 为 会 变 糟 , 有 13% 的 样 本 则 自 发 地 认 为 纳 米 技 术 的 效 果 将 取 决
于 如 何 作 用 ( 这 个 答 案 在 问 卷 答 案 选 项 中 没 有 提 供 )。 这 一 观 点 与 下 面 将 探 讨 的 专 题 定 性
讨 论 的 结 论 是 一 致 的 , 也 就 是 说 与 会 者 也 认 为 一 项 技 术 的 “ 好 ” 与 “ 坏 ” 取 决 于 它 用 于
作 什 么 。
1
1005 个 受 访 者 中 262 人 在 问 卷 会 见 时 给 出 这 个 回 答 , 大 约 为 26%。 然 而 , 最 后 数 据 以 英 国 所 有 成 年 人 为 权 重 。 这 意
味 着 这 262 个 受 访 者 在 加 权 后 的 数 据 中 代 表 更 多 的 受 访 者 (293)。 使 用 英 国 所 有 成 年 人 的 话 , 则 为 29%。
80

7.2.2 定 性 专 题 讨 论 的 发 现
研 究 的 第 二 部 分 由 两 个 深 度 的 定 性 专 题 讨 论 会 构 成 , 一 个 在 伦 敦 举 行 (23 人 ), 另 一 个
在 伯 明 翰 举 行 (27 人 ), 与 会 人 员 均 从 很 广 泛 的 普 通 民 众 中 抽 取 。 目 的 就 是 探 究 与 会 者 关 于
纳 米 技 术 的 想 法 和 对 纳 米 技 术 的 态 度 , 人 们 可 能 用 来 理 解 和 诠 释 这 一 技 术 的 日 常 观 念 , 并
确 定 和 探 讨 他 们 可 能 有 的 担 心 和 问 题 的 领 域 。 正 如 预 期 ( 和 上 述 讨 论 的 调 查 发 现 一 致 ), 多
数 与 会 者 对 纳 米 技 术 的 认 知 和 知 识 有 限 。 基 于 这 一 点 , 在 讨 论 会 进 行 中 , 介 绍 了 纳 米 技 术
的 本 质 , 与 会 者 随 后 可 以 向 以 专 家 身 份 参 加 讨 论 会 的 工 作 组 成 员 询 问 各 种 问 题 2 。 讨 论 会
也 着 眼 于 讨 论 纳 米 技 术 的 控 制 与 规 范 的 问 题 。
在 这 种 定 性 的 专 题 讨 论 会 上 对 参 与 者 的 观 点 的 更 深 入 的 探 讨 表 明 : 正 如 对 其 它 任 何
新 技 术 一 样 , 尽 管 对 纳 米 技 术 有 较 重 的 担 心 , 但 参 与 者 视 为 正 面 或 潜 在 的 正 面 的 也 有 多
个 。 然 而 , 同 时 感 觉 到 纳 米 技 术 是 未 经 验 证 的 技 术 , 它 们 潜 在 的 益 处 与 缺 点 只 有 假 以 时
日 才 变 得 清 晰 。
专 题 讨 论 组 参 与 者 担 心 纳 米 技 术 的 诸 多 方 面 , 在 图 框 7.2 中 大 致 列 出 。 尽 管 担 心 的 平
衡 因 人 而 异 , 他 们 对 所 担 心 的 领 域 感 到 放 心 。
图 框 7.2: 纳 米 技 术 在 讨 论 组 中 引 起 担 心 的 方 面
· 财 经 考 量 : 英 国 所 做 的 投 资 是 否 将 有 足 够 的 回 报 ; 还 有 英 国 能 否 挺 住 不 投
资 ; 以 及 何 人 会 作 此 类 投 资 , 希 望 何 种 回 报 ;
· 对 社 会 的 影 响 : 就 业 ; 社 会 自 由 与 控 制 ; 发 展 中 国 家 相 对 于 工 业 化 国 家 的 位
置 ; 以 及 公 司 获 得 影 响 的 可 能 性 ;
· 纳 米 技 术 和 使 用 该 技 术 的 设 备 会 不 会 正 常 工 作 : 尤 其 是 在 人 体 的 应 用 ;
· 纳 米 技 术 的 长 期 性 和 副 作 用 : 对 纳 米 技 术 的 了 解 是 否 已 经 做 得 足 够 多 , 以 及
已 从 过 去 ( 如 核 技 术 ) 汲 取 教 训 ;
· 能 否 控 制 纳 米 技 术 : 这 种 控 制 能 否 在 全 球 或 全 国 来 做 ; 公 众 会 否 以 及 是 否 有 能 力 参
与 ; 还 有 公 众 对 争 论 的 参 与 会 否 被 听 取 。
专 题 讨 论 组 参 与 者 的 正 面 评 价 也 有 很 多 , 图 框 7.3 中 列 出 了 纳 米 技 术 具 有 潜 在 贡 献 或
使 回 答 者 感 兴 趣 的 关 键 方 面 。
2 科 学 家 的 作 用 被 限 定 在 只 是 提 供 以 下 方 面 的 基 本 信 息 : 什 么 是 纳 米 技 术 , 纳 米 技 术 可 能 的 发 展 前 景 , 以 及 随 时
回 答 讨 论 提 出 的 任 何 问 题 。 科 学 家 不 参 与 讨 论 组 运 作 中 的 任 何 其 它 方 面 。 完 整 的 方 法 学 在 BMRB (2004) 中 有 描 述 。
81

图 框 7.3: 讨 论 组 参 与 者 对 纳 米 技 术 认 可 为 正 面 的 观 点
· 纳 米 技 术 令 人 兴 奋 的 性 质 : 尽 管 未 经 验 证 , 但 也 具 有 无 限 的 潜 力 以 及 使 人 类
受 益 的 未 知 数 目 的 方 式 ;
· 纳 米 技 术 的 可 能 应 用 : 受 访 者 对 在 医 学 以 及 在 化 妆 品 的 应 用 持 极 大 的 乐 观 态 度 ;
· 创 造 新 材 料 的 可 能 性 , 具 有 更 多 的 潜 在 用 途 以 及 产 生 更 少 的 废 物 ;
· 纳 米 技 术 是 一 种 技 术 的 自 然 进 步 , 反 对 纳 米 技 术 的 争 论 在 未 来 会 变 得 很 可 笑 ;
· 期 望 纳 米 技 术 通 过 在 创 造 新 产 品 和 新 的 医 疗 方 法 方 面 提 升 生 活 质 量 。
7.2.3 诠 释 公 众 态 度
在 铨 释 问 卷 调 查 和 定 性 的 讨 论 组 的 发 现 时 , 应 当 记 住 两 者 均 仅 是 探 索 性 的 , 是 在 工
作 组 有 限 的 职 权 和 财 政 资 源 下 完 成 的 。 不 应 把 它 们 看 作 代 表 目 前 英 国 对 纳 米 技 术 的 完 整
研 究 。 另 外 , 这 些 发 现 也 仅 限 于 英 国 , 不 能 把 这 些 对 纳 米 技 术 的 公 众 态 度 的 数 据 推 广 到
其 它 国 家 , 尤 其 是 欧 洲 以 外 的 不 同 文 化 的 国 家 。
然 而 , 需 要 注 意 几 个 问 题 。 英 国 公 众 对 纳 米 技 术 认 知 很 低 这 个 事 实 ( 与 上 述 引 用 的
2002 年 Eurobarometer 的 发 现 一 致 ) 决 定 了 未 来 几 年 公 众 对 纳 米 技 术 态 度 的 走 势 。 另 外 ,
当 试 图 定 义 这 一 新 技 术 时 , 调 查 的 受 访 者 对 比 了 诸 如 信 息 技 术 和 医 学 的 其 它 技 术 , 这 也
部 分 地 较 好 地 解 释 了 大 多 数 的 能 给 出 定 义 的 受 访 者 认 为 纳 米 技 术 将 提 高 人 们 的 生 活 质
量 。
相 反 地 , 在 定 性 的 专 题 讨 论 中 , 参 与 者 更 深 入 地 思 考 了 这 些 问 题 , 答 案 更 混 杂 , 不
时 地 联 系 到 更 负 面 的 内 涵 ( 如 核 能 和 改 基 因 有 机 体 ) 3 [ 注 3]。 定 性 讨 论 组 提 出 四 个 与 公 众
对 风 险 感 知 有 关 的 问 题 。
第 一 , 注 意 并 考 虑 与 纳 米 技 术 有 关 的 任 何 长 期 的 不 确 定 性 。 讨 论 组 参 与 者 完 全 认 识
到 不 确 定 性 可 带 来 正 的 或 负 的 效 果 , 然 而 这 是 对 技 术 风 险 的 公 众 担 心 的 重 要 推 动 力 , 尤
其 是 对 未 来 安 全 或 环 境 影 响 存 有 疑 问 。 不 确 定 性 曾 被 确 定 为 核 能 以 及 随 后 很 多 风 险 问 题
的 风 险 初 步 评 价 的 关 键 因 子 (Royal Society 1992; Slovic 2000)。
第 二 , 关 于 纳 米 技 术 治 理 的 问 题 。 像 对 于 长 期 的 不 确 定 性 的 担 心 一 样 , 这 些 问 题 也
不 是 针 对 纳 米 技 术 , 而 是 由 其 它 技 术 问 题 的 公 众 谈 论 中 产 生 的 。 将 这 些 治 理 问 题 分 为 两
3
重 要 的 是 认 识 到 定 性 和 定 量 的 研 究 给 出 了 互 相 补 充 的 发 现 , 而 不 是 一 个 发 现 比 另 一 个 更 有 效 。 另 外 , 乍 一 看 两 个 专 题
讨 论 组 的 参 与 者 总 数 (n=50) 与 问 卷 调 查 样 本 数 (n=1005) 相 比 是 小 的 。 然 而 , 这 个 数 字 不 是 非 典 型 的 关 于 风 险 态 度 的 定
性 社 会 科 学 研 究 , 其 根 本 目 的 是 深 入 探 究 一 组 人 的 观 点 , 而 不 是 收 集 具 有 统 计 代 表 性 的 意 见 样 本 。 例 如 , 最 近 的 the
UK GM Nation 公 众 辩 论 的 ‘narrow-but deep’( 窄 但 深 ) 单 元 (Public Debate Steering Board 2003) 计 有 77 名 参 加
者 来 代 表 。
82

部 分 是 有 益 的 : 第 一 部 分 包 括 公 共 机 构 的 角 色 和 行 为 , 以 及 它 们 将 不 要 的 结 果 降 到 最 低
及 充 分 规 范 的 能 力 。 正 如 Wynne (2003) 所 指 出 , 这 些 问 题 不 是 被 误 导 或 非 理 性 的 公 众 提
出 的 , 相 反 地 , 当 接 触 到 非 常 真 实 的 潜 在 风 险 时 , 尽 管 这 些 问 题 与 组 织 的 方 式 和 运 行 的
规 章 有 关 , 但 他 们 是 合 理 的 问 题 。 结 果 是 常 常 无 法 用 来 代 表 正 式 的 定 性 风 险 评 估 。 同 样
地 这 些 问 题 也 不 能 看 作 为 反 科 学 或 反 技 术 的 观 点 引 起 的 。 正 如 现 在 的 专 题 讨 论 组 的 发 现
一 样 , 很 多 人 持 有 很 高 的 热 情 , 相 信 科 学 将 对 他 们 的 未 来 生 活 带 来 影 响 ( 见 OST/Wellcome
2000)。 第 二 部 分 ( 已 在 第 六 章 提 及 ) 考 虑 到 纳 米 技 术 在 发 展 时 的 可 能 趋 势 : 谁 能 保 证 这 个
趋 势 是 对 社 会 有 益 公 众 在 决 定 实 现 某 一 趋 势 的 决 策 中 能 起 作 用 吗 这 些 问 题 表 达 了 民
众 对 技 术 的 不 确 定 性 在 道 德 规 范 、 社 会 方 面 以 及 在 未 来 的 治 理 方 面 的 真 正 的 疑 惑 , 在 涉
及 纳 米 技 术 的 任 何 对 话 过 程 中 这 些 担 心 都 会 提 出 而 成 为 关 键 的 问 题 。
第 三 , 专 题 讨 论 会 参 与 者 表 现 出 来 的 对 于 纳 米 技 术 对 人 们 的 生 活 有 益 的 可 能 方 式 的
热 情 。 或 许 不 必 惊 讶 , 在 人 们 面 对 可 接 受 性 或 带 来 的 危 险 做 决 定 时 , 伴 随 可 预 见 风 险 的
益 处 总 是 考 虑 的 重 要 部 分 ( 如 果 不 是 唯 一 的 部 分 )(Royal Society 1992)。
第 四 ,BMRB (2004) 还 报 道 到 了 伦 理 方 面 的 担 心 , 在 专 题 讨 论 中 提 到 科 学 家 在 原 子
水 平 上 操 纵 物 质 来 创 造 全 新 的 材 料 , 从 而 使 自 然 的 建 筑 块 紊 乱 。 讨 论 会 某 些 参 与 者 还 把
纳 米 技 术 和 改 基 因 技 术 进 行 了 类 比 。 从 定 量 和 定 性 的 风 险 预 测 研 究 中 , 我 们 知 道 这 是 对
生 物 技 术 (Grove White et al 1997; Gaskell et al 2000; Marris et al 2002) 和 其 它
诸 如 放 射 性 废 料 和 核 能 等 问 题 (Sjöberg 2000) 不 安 的 一 个 决 定 性 的 因 素 。 随 之 而 来 , 纳
米 技 术 也 有 这 方 面 的 问 题 , 同 时 某 些 特 定 应 用 ( 像 全 新 材 料 或 性 质 的 生 产 , 材 料 / 生 物 系
统 或 有 机 体 ) 很 可 能 引 起 严 重 的 伦 理 两 难 局 面 。
总 之 , 目 前 英 国 民 众 对 纳 米 技 术 的 认 知 程 度 比 较 低 。 另 外 , 就 我 们 所 知 , 在 此 报 道
的 专 题 讨 论 是 第 一 个 有 深 度 的 对 纳 米 技 术 的 公 众 态 度 进 行 定 性 研 究 的 公 开 发 表 文 献 。 这
些 发 现 尽 管 有 局 限 性 , 但 在 普 通 民 众 对 纳 米 技 术 目 前 或 未 来 关 心 的 社 会 和 伦 理 问 题 方 面
提 供 了 有 价 值 的 信 息 。 因 此 , 我 们 建 议 : 研 究 理 事 会 在 公 众 对 纳 米 技 术 的 态 度 研 究 方 面
给 予 更 持 久 和 更 广 泛 的 资 助 , 应 该 涉 及 更 全 面 的 定 性 研 究 工 作 , 更 多 的 公 众 成 员 , 以 及
更 多 的 感 兴 趣 的 社 会 群 体 ( 如 伤 残 人 员 )。 与 此 同 时 , 重 复 这 些 认 知 调 研 以 跟 踪 随 公 众 纳
米 技 术 知 识 的 提 高 而 引 起 的 任 何 变 化 。
7.3 推 广 更 大 范 围 对 话 的 重 要 性
容 易 引 起 争 论 的 是 , 对 纳 米 技 术 的 影 响 这 一 高 度 技 术 性 和 复 杂 性 的 对 象 的 估 价 和 控
制 应 该 是 一 个 专 家 引 导 的 过 程 , 基 本 局 限 在 学 术 界 、 工 业 界 和 政 府 的 科 学 家 和 工 程 师 同
行 中 。 然 而 , 在 第 六 章 的 讨 论 以 及 上 述 描 述 的 公 众 态 度 研 究 的 结 果 均 表 明 , 围 绕 纳 米 技
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术 的 某 些 应 用 引 起 的 社 会 和 伦 理 方 面 的 担 心 很 可 能 已 超 越 了 基 础 科 学 和 工 程 领 域 。 在 这
一 方 面 , 我 们 极 度 赞 同 Better Regulation Taskforce( 法 规 完 善 专 案 组 )(2003), 它 建 议
政 府 在 纳 米 技 术 领 域 的 决 策 过 程 中 应 尽 可 能 深 入 地 与 公 众 沟 通 。 这 个 观 点 也 符 合 欧 盟 在
Communication ‘Towards a European Strategy for Nanotechnology’ ( 欧 洲 纳 米 技
术 战 略 通 讯 )(EC 2004a) 中 陈 述 的 观 点 , 强 调 在 早 期 整 合 社 会 担 心 与 研 发 过 程 通 盘 考 虑 。
另 外 , 几 份 最 新 的 英 国 报 导 建 议 科 学 家 和 政 策 制 定 者 应 介 入 就 科 学 与 技 术 问 题
(House of Lords 2000; POST 2001)、 风 险 (Cabinet Office 2002; National Consumer
Council 2003) 和 环 境 (Royal Commission on Environmental Pollution 1998;
Environment Agency 2004) 与 兴 趣 团 体 的 对 话 中 。 在 这 一 方 面 , 二 十 世 纪 九 十 年 代 围 绕
牛 绵 状 脑 病 ( 疯 牛 病 )(BSE) 危 机 的 事 件 已 成 为 英 国 科 学 政 策 和 风 险 评 估 实 践 中 的 转 折 点 。
英 国 国 会 上 议 院 科 学 与 技 术 委 员 会 在 其 科 学 与 社 会 的 报 告 中 尤 其 建 议 与 公 众 的 直 接 对 话
应 该 从 科 学 政 策 制 定 的 可 选 附 加 项 变 为 研 究 组 织 和 学 术 机 构 的 活 动 , 成 为 这 个 过 程 的 正
常 的 有 机 组 成 部 分 (House of Lords 2000)。 由 于 英 国 科 学 政 策 制 定 的 某 些 领 域 已 引 起
过 信 任 危 机 , 为 了 重 新 赢 得 公 众 的 信 任 , 科 学 政 策 和 科 学 的 不 确 定 性 应 更 加 公 开 和 透
明 。 这 个 主 张 曾 遇 到 挑 战 ,O'Neill (2002) 曾 争 论 证 据 并 不 清 晰 , 认 为 所 谓 的 信 任 危 机 是
对 英 国 官 方 不 值 得 信 任 程 度 加 大 的 反 映 , 许 多 不 信 任 的 陈 述 实 际 上 反 映 了 部 分 由 传 媒 引
起 的 怀 疑 思 潮 。
在 英 国 预 警 疯 牛 病 (BSE) 方 面 , 与 风 险 承 担 者 之 间 的 对 话 在 新 的 咨 询 和 规 范 组 织 , 如
食 物 标 准 处 、 农 业 与 环 境 生 物 技 术 委 员 会 和 人 类 基 因 组 委 员 会 的 许 多 工 作 中 , 呈 现 越 来
越 重 要 的 角 色 。 在 解 决 环 境 和 风 险 政 策 制 定 方 面 , 对 话 为 主 的 过 程 在 欧 洲 (Renn et al
1995) 和 美 国 (Beierle and Cayford 2002) 曾 广 为 使 用 。 皇 家 学 会 (the Royal Society)
正 在 通 过 “ 科 学 在 社 会 中 ” 的 五 年 项 目 启 动 它 的 对 话 行 动 ( 见 Royal Society 2004b)。
皇 家 学 会 主 席 在 其 2001 年 度 演 讲 中 精 辟 阐 述 了 这 个 项 目 的 目 标 :“ 皇 家 学 会 需 要 更 努 力
工 作 , 基 于 科 学 提 供 的 可 能 性 我 们 能 创 造 哪 一 种 明 天 。 这 类 决 定 应 取 决 于 价 值 、 信 仰 、
感 情 , 科 学 在 这 种 关 于 价 值 的 争 辩 中 没 有 什 么 特 殊 的 声 音 , 但 在 社 会 开 始 辩 论 时 , 科 学
在 描 绘 事 实 与 不 确 定 性 时 起 着 至 关 重 要 的 作 用 ”。
就 新 技 术 进 行 更 广 泛 的 社 会 对 话 , 要 求 科 学 政 策 更 加 公 开 , 一 般 情 形 有 三 大 类 的 争
论 。 Fiorino (1990) 归 纳 为 标 准 化 、 手 段 和 实 质 方 面 。 标 准 化 方 面 认 为 对 话 本 身 是 好 的
活 动 , 形 成 更 民 主 的 过 程 , 作 出 争 议 性 的 结 论 。 标 准 化 方 面 的 争 论 尤 其 提 议 , 重 要 的 是
作 出 的 决 定 应 尽 可 能 反 映 直 接 受 影 响 团 体 和 人 群 在 伦 理 和 价 值 方 面 的 担 心 。 手 段 方 面 的
争 论 认 为 , 作 为 一 种 使 决 策 更 公 开 和 透 明 的 方 法 , 对 话 可 以 增 加 决 定 的 合 法 性 , 籍 此 产
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生 一 些 次 级 效 应 , 如 对 决 策 过 程 更 加 信 任 。 在 2000 年 英 国 国 会 上 议 院 科 学 和 社 会 报 告
中 , 许 多 争 议 集 中 在 风 险 规 范 和 科 学 的 合 法 性 问 题 方 面 。 最 后 , 实 质 方 面 的 争 议 认 为 会
产 生 更 好 的 结 果 , 在 环 境 风 险 领 域 , 非 技 术 性 的 评 估 和 知 识 可 以 在 有 效 性 或 对 专 家 评 价
中 的 假 定 , 提 供 有 用 的 佐 证 (Wynne 1996; Yearley 2000)。 对 于 存 有 高 水 平 的 不 确 定 性
的 溯 流 问 题 , 对 多 种 不 同 方 面 开 放 风 险 确 认 过 程 会 特 别 有 益 (Funtowicz and Ravetz
1992; Stirling 2004)。 这 样 做 的 目 的 就 是 为 了 避 免 对 难 题 取 景 过 窄 , 对 包 括 “ 震 惊 和
惊 讶 ” 的 各 种 影 响 均 作 考 虑 , 其 中 许 多 方 面 至 少 在 开 始 时 可 能 没 有 对 正 式 定 量 分 析 开
放 。
美 国 研 究 署 一 个 关 于 理 解 风 险 的 报 告 (Stern and Fineberg 1996) 发 展 了 一 套 对 风 险
确 认 的 详 细 建 议 。 他 们 把 最 终 的 分 析 - 协 商 过 程 定 义 为 在 协 调 受 影 响 团 体 、 政 策 制 定 者
和 风 险 分 析 专 家 的 合 适 代 表 的 前 提 下 把 合 理 的 科 学 和 系 统 不 确 定 性 分 析 结 合 起 来 。 按 照
作 者 所 述 , 对 话 和 协 商 应 贯 穿 于 风 险 确 认 的 全 过 程 中 , 从 难 题 界 定 到 详 细 的 风 险 评 估 ,
再 到 风 险 管 理 和 决 定 执 行 。 类 似 地 , 皇 家 学 会 关 于 风 险 的 报 告 (Royal Society 1992) 提
出 对 一 个 风 险 可 否 容 忍 的 评 估 应 基 于 以 下 两 方 面 的 判 断 , 在 事 实 的 基 本 陈 述 方 面 就 是 我
们 会 以 多 大 的 概 率 碰 到 何 种 伤 害 , 在 数 量 方 面 就 是 我 们 将 碰 到 的 某 种 伤 害 会 达 到 多 大 。
即 使 是 事 实 的 基 本 陈 述 , 在 风 险 的 评 估 时 对 界 定 假 定 也 是 非 常 敏 感 , 也 就 是 说 , 去 构 建
一 个 风 险 评 估 模 型 , 哪 些 因 子 必 须 包 括 或 排 除 。 例 如 , 概 率 风 险 评 估 在 归 类 重 大 技 术 事
故 和 失 败 的 人 为 或 组 织 原 因 时 会 有 特 定 的 困 难 , 即 使 案 例 历 史 中 的 证 据 表 明 他 们 是 在 复
杂 工 程 体 系 中 重 大 失 败 的 主 因 (Blockley 1980; Vaughan 1996; Turner and Pidgeon
1997)。 美 国 研 究 署 的 报 告 提 出 : 在 界 定 难 题 的 早 期 阶 段 没 有 参 加 对 话 , 会 付 出 昂 贵 的 代
价 , 因 为 失 去 一 个 关 键 的 担 心 , 在 随 后 的 分 析 中 , 要 冒 整 个 过 程 可 能 无 效 的 危 险 。 我 们
后 面 会 提 到 , 界 定 的 问 题 尤 其 与 纳 米 技 术 争 辩 的 溯 流 本 质 以 及 风 险 承 担 者 在 现 阶 段 的 对
话 有 关 联 。
在 关 于 科 学 与 技 术 问 题 的 对 话 方 面 , 尽 管 英 国 和 其 它 国 家 显 然 有 相 当 大 的 动 力 , 但
这 也 不 能 不 加 批 判 地 来 看 待 。 第 一 个 挑 战 就 是 定 义 谁 会 被 邀 请 。 在 这 一 点 上 , 区 分 “ 风
险 承 担 者 ” 和 “ 公 众 ” 是 有 用 的 :“‘ 风 险 承 担 者 ’ 这 个 词 汇 是 指 在 任 何 决 定 中 有 组 织
的 、 官 方 的 或 被 认 可 的 兴 趣 团 体 , 如 NGOs( 非 政 府 机 构 )、 环 境 团 体 、 工 业 界 、 规 范 者 ;
公 众 这 个 词 汇 是 指 对 一 件 事 有 兴 趣 或 利 害 关 系 的 个 人 或 社 区 , 但 是 他 们 可 能 没 有 很 好 地
组 织 , 或 者 不 易 被 定 义 或 鉴 别 ”(Petts 2004)。
这 个 差 异 在 安 排 对 话 过 程 时 尤 其 重 要 , 因 为 邀 请 谁 参 加 将 取 决 于 对 话 的 目 标 , 反 过
来 又 与 预 期 的 结 果 有 关 系 , 他 们 的 功 效 性 和 合 法 性 具 有 直 接 的 意 义 。 很 多 问 题 甚 至 于
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“ 公 众 ” 这 个 类 别 不 应 看 作 一 个 单 个 的 不 可 区 分 的 实 体 , 尤 其 在 对 于 风 险 的 态 度 方 面
(Royal Society 1992)。 就 像 在 本 报 告 的 第 六 章 注 明 的 那 样 , 对 于 纳 米 技 术 , 可 能 是 社
会 中 的 某 些 非 常 特 定 的 团 体 拥 有 特 定 的 兴 趣 , 例 如 那 些 忍 受 特 定 伤 害 或 健 康 问 题 的 人
们 。
在 对 话 过 程 还 存 有 其 它 困 难 , 正 如 Okrent (1998) 指 出 , 我 们 对 使 用 分 析 - 协 商 过 程
的 实 用 性 和 影 响 了 解 还 不 足 。 一 个 原 因 就 是 对 对 话 过 程 及 其 结 果 的 系 统 评 估 还 相 当 缺
乏 。 因 为 适 当 地 去 做 系 统 评 估 是 困 难 和 昂 贵 的 , 并 且 在 对 话 过 程 的 开 始 阶 段 资 助 者 并 不
认 可 其 重 要 性 。 另 外 , 大 量 的 技 术 或 机 构 / 文 化 障 碍 , 如 规 范 的 分 隔 状 态 ( 如 果 某 些 因 素
在 资 助 者 的 合 法 界 定 以 外 , 它 们 可 能 会 排 除 所 有 相 关 问 题 的 讨 论 ), 可 能 会 阻 碍 一 个 意 向
和 计 划 都 很 好 的 对 话 过 程 的 有 效 执 行 (Petts 2004)。
7.4 纳 米 技 术 作 为 “ 溯 流 ” 问 题
在 2004 年 , 纳 米 技 术 的 多 数 发 展 在 本 质 上 显 然 是 “ 溯 流 ” 的 , 至 少 表 现 在 三 个 方
面 , 分 别 为 目 前 的 决 定 、 影 响 和 公 众 可 接 受 度 。
第 一 点 , 考 虑 到 研 究 基 金 和 研 发 硬 件 , 对 影 响 技 术 未 来 发 展 走 势 的 许 多 重 要 决 定 还
没 有 作 出 。 正 如 在 章 节 6.3 和 7.2.3 讨 论 的 那 样 , 在 非 政 府 机 构 (Arnall 2003; ETC
2003a) 当 前 担 心 的 一 个 驱 动 因 素 就 是 对 于 下 面 这 个 问 题 的 怀 疑 , 一 个 技 术 能 否 如 其 声 称
的 那 样 走 上 一 条 真 正 造 福 社 会 、 环 境 和 民 众 ( 尤 其 是 发 展 中 国 家 的 民 众 )。 在 局 势 明 朗 之
前 , 一 个 及 时 且 影 响 很 广 的 争 论 可 能 就 要 集 中 于 哪 个 技 术 或 多 或 少 是 合 意 的 , 谁 又 会 是
在 公 共 研 发 投 资 中 最 终 的 受 惠 者 。Mehta (2004) 辩 解 道 加 拿 大 在 早 期 关 于 生 物 技 术 没 有
与 公 共 商 议 导 致 了 在 规 范 过 程 的 诸 多 困 难 , 然 而 Mayer (2002) 也 指 出 在 二 十 世 纪 七 八 十
年 代 预 兆 生 物 技 术 出 现 的 困 惑 问 题 并 没 有 消 失 , 应 生 物 技 术 出 现 而 发 展 起 来 的 与 人 商 议
的 技 术 评 估 方 法 可 能 在 纳 米 技 术 的 溯 流 期 会 有 所 裨 益 。
第 二 点 , 正 如 在 第 六 章 所 注 明 , 许 多 纳 米 技 术 的 社 会 和 伦 理 影 响 还 停 留 在 假 定 阶
段 , 远 没 有 被 预 见 出 来 , 或 者 取 决 于 纳 米 技 术 与 其 它 技 术 的 融 合 。 只 是 中 期 (5-15 年 ) 或
远 期 (20 年 以 上 ) 的 前 景 和 相 关 的 伦 理 问 题 比 较 清 晰 。 因 此 , 在 今 天 要 进 行 有 意 义 的 对 话
存 在 一 些 困 难 : 如 何 把 当 前 的 假 设 与 技 术 所 能 取 得 的 实 际 成 就 区 分 开 来 ; 如 何 就 可 能 性
的 影 响 提 供 高 质 量 的 信 息 ; 如 何 对 不 确 定 性 的 潜 在 源 进 行 合 理 划 界 。 反 过 来 , 非 常 特 定
的 应 用 可 能 会 引 起 一 些 无 法 预 料 的 社 会 或 伦 理 问 题 , 只 是 到 未 来 或 当 技 术 发 展 到 成 熟 期
时 才 会 清 晰 。
最 后 , 在 公 众 可 接 受 度 方 面 , 上 面 提 及 的 研 究 阐 明 了 在 英 国 的 公 众 谈 论 中 还 不 是 主
要 话 题 , 在 普 通 大 众 中 对 技 术 的 认 知 程 度 还 极 低 。 尽 管 这 种 情 况 预 期 会 有 很 快 的 变 化 ,
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但 在 导 致 风 险 问 题 变 得 增 强 或 削 弱 的 多 因 子 的 研 究 表 明 很 少 有 单 一 因 素 能 单 独 起 作 用 。
相 反 地 , 这 取 决 于 在 一 段 时 间 内 积 累 的 多 种 因 素 的 组 合 影 响 。 这 些 因 素 包 括 : 个 人 、 私
人 与 公 众 方 面 的 利 益 平 衡 , 与 其 它 ( 抛 弃 的 和 接 受 的 ) 技 术 的 类 比 , 媒 体 覆 盖 的 模 式 , 推
动 团 体 的 地 位 , 重 大 科 学 争 辩 的 存 在 , 以 及 重 大 事 故 的 责 任 (Pidgeon et al 2003)。
从 纳 米 技 术 的 溯 流 方 面 来 看 , 能 够 也 应 当 从 其 它 类 似 技 术 革 新 的 历 史 中 吸 取 教 训 。
Mayer (Mayer 2002) 提 出 所 有 主 要 技 术 的 发 展 都 应 看 作 社 会 过 程 , 把 今 天 的 纳 米 技 术 与
二 十 世 纪 八 十 年 代 生 物 技 术 的 情 势 类 比 来 制 定 纳 米 技 术 的 发 展 途 径 。 可 类 比 性 包 括 兴 奋
和 假 定 的 水 平 , 在 开 始 时 不 作 考 虑 而 最 终 将 控 制 未 来 的 前 景 , 窄 化 风 险 方 面 的 争 辩 而 不
涉 及 更 广 泛 的 社 会 和 伦 理 方 面 。 人 们 也 可 以 把 今 天 的 纳 米 技 术 与 二 十 世 纪 五 十 年 代 的 核
能 工 业 类 比 起 来 。Wynne (2003) 提 到 在 核 能 工 业 早 期 当 时 无 法 预 料 的 特 殊 困 难 就 是 早 期
过 于 乐 观 的 声 明 导 致 了 公 众 的 深 深 的 怀 疑 以 及 七 十 年 代 后 期 的 反 对 浪 潮 。
总 之 , 在 目 前 对 下 面 的 问 题 做 出 判 断 是 困 难 的 , 对 纳 米 技 术 的 应 用 能 否 或 哪 个 应 用
会 比 核 电 、 改 基 因 技 术 或 其 它 任 何 有 争 议 的 技 术 更 困 难 或 更 容 易 ( 尽 管 第 六 章 和 上 面 讨 论
的 公 众 态 度 的 研 究 勾 画 了 某 些 潜 在 敏 感 问 题 )。 对 于 这 些 更 成 熟 的 技 术 , 人 们 可 以 争 辩 到
公 众 对 话 进 行 得 太 少 、 太 晚 , 只 能 看 作 是 在 对 一 个 问 题 进 行 决 策 时 规 范 者 或 政 府 感 到 困
难 或 不 适 而 不 得 不 做 的 附 加 选 项 ( 例 如 , 放 射 性 废 料 选 址 )。 在 这 些 情 形 下 , 在 高 度 偏 激
存 在 时 要 进 行 真 正 的 对 话 是 非 常 困 难 , 甚 至 不 可 能 。
7.5 设 计 关 于 纳 米 技 术 的 对 话
我 们 已 经 回 顾 并 广 泛 赞 同 下 述 观 点 , 就 纳 米 技 术 的 社 会 和 伦 理 影 响 进 行 更 大 范 围 的
公 众 对 话 和 辩 论 。 然 而 , 呈 现 在 我 们 面 前 的 证 据 也 提 示 详 细 规 划 这 种 对 话 的 形 式 并 不 简
单 , 这 种 对 话 的 目 标 是 随 纳 米 技 术 的 发 展 而 不 时 地 在 变 化 着 。 与 此 同 时 , 满 足 对 话 目 标
的 方 法 也 在 变 化 。 由 于 纳 米 技 术 含 有 多 种 多 样 的 问 题 ( 例 如 , 关 于 战 略 方 向 和 投 资 、 特 定
应 用 、 或 与 其 它 技 术 的 融 合 ), 也 找 不 到 一 个 单 一 的 方 法 。 相 反 地 , 对 话 方 法 必 须 随 时 就
当 时 的 目 标 进 行 特 定 的 设 计 。
Renn 等 人 (1995) 划 分 了 三 大 类 的 公 民 参 与 方 式 : 真 正 的 协 商 方 法 , 它 可 以 做 到 在 所
有 团 体 之 间 进 行 公 平 、 有 效 的 争 辩 和 讨 论 。 如 : 多 数 人 的 会 议 、 公 民 陪 审 团 以 及 单 列 的
小 单 元 ; 传 统 的 咨 询 方 法 , 包 括 公 众 会 议 、 问 卷 调 查 、 焦 点 组 和 仲 裁 ( 很 少 或 没 有 延 续 的
争 论 ); 普 通 投 票 , 人 们 拥 有 民 主 权 力 , 但 在 本 质 上 来 讲 不 是 广 泛 协 商 的 。
尽 管 普 通 投 票 在 英 国 不 是 典 型 的 运 行 机 制 ( 不 像 某 些 其 它 欧 洲 国 家 如 瑞 士 ), 在 过 去
政 府 和 其 它 机 构 对 科 学 和 技 术 问 题 使 用 各 种 传 统 的 咨 询 方 法 。 然 而 在 英 国 出 现 了 就 植 物
生 物 技 术 (1994 年 )(POST 1995) 和 就 放 射 性 废 料 管 理 (1999 年 )(UKCEED 1999) 的 多 数 人 会
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议 。 议 会 科 学 与 技 术 办 公 室 就 对 话 过 程 进 行 了 有 用 的 总 结 (POST 2001); 图 框 7.4 列 出 的
某 些 可 能 的 方 法 。
图 框 7.4: 可 能 的 对 话 方 法
· 与 风 险 承 担 者 间 的 参 与 和 / 或 建 设 性 的 技 术 评 估 , 尤 其 考 虑 到 社 会 和 纳 米 技
术 发 展 之 间 的 动 态 相 互 关 系 ( 例 见 Rip et al 1995)。
· 与 风 险 承 担 者 的 情 景 分 析 来 鉴 别 纳 米 技 术 可 能 出 现 的 重 大 不 确 定 性 , 例
如 , 内 阁 办 公 室 组 织 关 于 改 基 因 技 术 的 ‘shocks and surprises( 震 惊 和 惊 讶 )’ 讨
论 会 (2003)。
· 直 接 的 公 众 参 与 , 如 公 民 陪 审 团 或 小 组 在 早 期 鉴 别 出 纳 米 技 术 的 最 佳 未
来 、 重 大 的 伦 理 担 心 和 关 键 应 用 和 选 择 的 接 受 度 。 科 学 界 和 其 它 领 域 对 公 众 参 与 活
动 的 质 量 对 活 动 的 成 功 至 关 重 要 。
· 决 策 分 析 方 法 采 用 更 正 式 的 方 法 来 界 定 问 题 , 并 选 出 最 优 选 项 及 其 属 性 ( 例
见 Stirling and Mayer 1999; Arvai et al 2001)。
· 多 阶 段 方 法 , 在 不 同 阶 段 与 不 同 的 风 险 承 担 者 和 公 众 小 组 , 结 合 各 种 不 同
的 方 法 来 对 一 系 列 的 相 关 活 动 进 行 规 划 、 评 估 和 最 终 选 择 ( 例 见 Renn 1999)。
· 对 公 众 态 度 进 行 定 性 和 定 量 的 研 究 , 就 纳 米 技 术 和 公 众 担 心 产 生 高 质 量 的
“ 社 会 智 力 ”(Grove White et al 2000)。
对 话 过 程 通 常 必 须 是 多 阶 段 的 (Renn 1999), 也 就 是 说 , 在 不 同 时 间 要 有 不 同 的 参 与
者 并 使 用 不 同 的 方 法 。2003 年 在 英 国 就 农 业 生 物 技 术 商 业 化 举 办 的 转 基 因 国 家 公 众 辩 论
是 一 个 多 阶 段 设 计 的 案 例 。“ 转 基 因 国 家 ” 有 三 个 主 要 活 动 成 分 : 最 初 的 由 随 机 选 取 的
公 众 参 与 的 问 题 界 定 ( 或 立 案 ) 专 题 讨 论 会 , 随 后 就 是 一 系 列 的 任 何 人 均 可 参 与 的 公 开 活
动 ( 公 众 会 议 , 交 互 式 网 络 ), 最 后 是 一 组 “narrow-but-deep”( 窄 但 深 ) 工 作 组 , 也 是 由
随 机 选 取 的 公 众 参 与 (Public Debate Steering Board 2003)。
“ 转 基 因 国 家 ” 的 经 历 (Horlick-Jones et al 2004) 和 其 它 的 协 商 过 程 揭 示 了 在 纳
米 技 术 的 对 话 过 程 需 要 遵 循 的 几 个 关 键 点 , 这 也 是 我 们 所 要 推 荐 的 。 第 一 点 , 对 话 和 活
动 应 该 早 举 办 , 应 在 就 技 术 的 重 要 决 定 变 得 不 可 逆 或 锁 定 之 前 。 第 二 点 , 对 话 本 身 没 有
用 , 但 需 围 绕 特 定 目 标 进 行 设 计 。 因 此 , 关 于 对 话 目 标 在 早 期 的 清 晰 是 最 基 本 的 。 第 三
点 , 在 规 划 对 话 过 程 时 , 至 少 就 资 助 者 ( 一 般 来 说 是 政 府 或 某 些 其 它 代 理 处 ) 的 某 些 承 诺
要 考 虑 其 结 果 , 否 则 组 织 者 和 参 与 者 为 何 要 烦 恼 第 四 点 , 风 险 承 担 者 和 公 众 对 话 要 尽
量 与 纳 米 技 术 的 其 它 技 术 评 估 过 程 适 当 整 合 。 例 如 ,2003 年 转 基 因 国 家 公 众 辩 论 就 与 以
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下 活 动 有 互 动 , 改 基 因 农 业 的 科 学 评 论 和 一 个 就 花 费 、 利 益 及 相 关 的 不 确 定 性 的 经 济 学
分 析 。 最 后 , 任 何 对 话 过 程 均 应 有 足 够 的 资 源 , 包 括 系 统 评 价 的 方 法 ( 也 可 见 Petts
2004)。 为 对 话 过 程 提 供 适 当 的 资 源 不 是 微 不 足 道 的 , 而 是 政 府 应 该 严 肃 考 虑 的 事 情 。
1999 年 英 国 核 废 料 多 数 人 会 议 的 花 费 在 十 万 英 镑 左 右 (POST 2001), 而 转 基 因 国 家 公 众 辩
论 总 花 费 为 六 十 五 万 英 镑 (Public Debate Steering Board 2003)。 这 些 花 费 初 看 之 下 较
为 庞 大 , 但 必 须 结 合 现 阶 段 纳 米 技 术 的 错 误 投 资 决 策 所 引 起 的 多 得 多 的 经 济 和 社 会 的 代
价 来 看 。
综 上 所 述 , 目 前 围 绕 纳 米 技 术 的 许 多 问 题 在 本 质 上 是 “ 溯 流 ” 的 , 这 也 提 供 了 一 个
真 正 的 在 早 期 进 行 设 计 的 机 会 。 然 而 , 与 英 国 具 有 丰 富 经 验 的 “ 顺 流 ” 问 题 相 比 , 要 详
细 说 明 所 要 遵 循 的 及 其 目 标 看 上 去 更 困 难 。 因 此 , 此 时 此 刻 , 我 们 相 信 我 们 只 能 划 定 需
要 的 一 般 领 域 。 在 以 下 章 节 , 我 们 把 Beierle and Cayford (2002) 提 出 的 对 话 和 公 众 参
与 机 制 的 五 目 标 应 用 于 纳 米 技 术 。
7.5.1 决 策 要 结 合 公 众 价 值
对 于 纳 米 技 术 来 说 , 决 策 必 须 反 映 会 产 生 重 大 伦 理 问 题 的 公 众 价 值 。 例 如 , 在 第 六
章 中 引 出 的 纳 米 划 分 (nano-divide) 的 担 心 和 技 术 的 未 来 走 势 显 示 了 这 样 的 需 求 。 类 似
地 , 与 纳 米 技 术 与 其 它 技 术 融 合 有 关 的 某 些 问 题 , 尤 其 是 生 物 纳 米 技 术 的 发 展 , 在 未 来
很 可 能 会 提 出 新 的 伦 理 问 题 , 需 要 广 泛 的 公 众 辩 论 。 反 过 来 这 也 需 要 定 期 地 思 考 可 能 出
现 的 伦 理 问 题 , 随 技 术 日 益 成 熟 及 其 切 实 的 应 用 日 益 清 晰 , 启 动 合 适 的 与 风 险 承 担 者 和
公 众 的 对 话 形 式 。
7.5.2 提 高 决 策 质 量
上 面 的 辩 论 提 示 , 对 于 纳 米 技 术 的 溯 流 问 题 , 最 初 决 策 的 质 量 和 可 接 受 性 完 全 取 决
于 早 期 阶 段 对 风 险 和 技 术 评 估 的 合 理 界 定 。 尤 其 界 定 需 要 结 合 社 会 和 技 术 的 成 果 和 担
心 。 公 众 态 度 的 研 究 揭 示 出 两 个 重 要 的 问 题 : 一 是 纳 米 技 术 的 治 理 ( 谁 去 控 制 和 规 范 纳 米
技 术 , 以 保 证 选 出 并 执 行 社 会 认 可 的 目 标 ); 二 是 长 期 的 不 确 定 性 。 在 一 个 更 可 操 作 的 水
平 , 人 们 可 以 正 视 在 个 案 基 础 上 伴 随 风 险 承 担 者 的 介 入 而 引 入 特 定 的 应 用 : 一 个 明 显 的
问 题 就 是 探 索 人 们 乐 见 的 特 殊 种 类 产 品 的 必 要 条 件 , 另 一 个 就 是 传 感 器 件 发 展 的 隐 私 含
义 。
7.5.3 解 决 冲 突
与 更 成 熟 技 术 的 某 些 其 它 问 题 不 同 , 迄 今 为 止 纳 米 技 术 在 风 险 承 担 者 间 还 没 有 产 生
大 的 冲 突 。 然 而 , 随 应 用 的 出 现 和 决 策 的 制 定 , 这 种 情 形 可 能 会 发 生 大 的 变 化 。 呈 现 给
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工 作 组 的 证 据 , 期 望 溯 流 协 商 的 方 法 可 以 通 过 对 敏 感 问 题 更 好 的 预 测 , 来 帮 助 社 会 提 前
发 现 针 对 潜 在 冲 突 的 合 适 解 决 途 径 。
7.5.4 提 高 对 公 共 机 构 的 信 任
尽 管 我 们 注 意 到 围 绕 公 开 和 信 任 存 在 着 某 些 困 难 , 一 个 早 期 辩 论 和 对 话 的 过 程 标 志
着 英 国 政 府 对 人 民 的 一 种 承 诺 , 对 科 学 和 技 术 界 意 味 着 一 种 纳 米 技 术 未 来 发 展 的 透 明
度 。
7.5.5 告 知 或 教 育 民 众
就 多 数 纳 米 技 术 的 溯 流 本 质 来 说 , 这 是 一 个 特 别 重 要 的 目 标 。 在 一 个 广 泛 的 社 会 水
平 上 也 需 要 成 熟 的 辩 论 以 区 分 这 一 技 术 的 众 多 ( 和 我 们 注 意 到 有 时 是 夸 张 的 ) 声 明 。 然
而 , 信 息 的 提 供 目 的 不 只 限 于 以 避 免 论 战 的 预 定 模 式 教 育 民 众 , 这 是 一 种 包 含 在 传 统 公
众 对 科 学 和 科 学 沟 通 实 践 的 所 谓 的 “ 赤 字 模 型 deficit model” 中 的 观 点 (Irwin 1995)。
尤 其 由 于 人 们 怨 恨 或 抵 制 直 接 操 纵 的 企 图 , 为 达 到 这 样 一 个 目 标 , 不 切 实 际 的 时 间 和 更
多 的 知 识 并 不 必 然 带 来 对 风 险 的 更 多 的 接 受 , 对 于 科 学 问 题 没 有 真 正 对 话 的 单 向 通 讯 不
可 能 解 决 人 们 的 担 心 ( 见 Wynne 2003)。ESRC 关 于 纳 米 技 术 的 报 告 (Wood et al 2003) 清 晰
地 表 明 目 前 社 会 上 的 关 于 科 学 和 纳 米 技 术 的 某 些 意 见 冒 着 相 似 的 风 险 , 假 定 沟 通 的 角 色
与 技 术 接 受 度 之 间 关 系 没 有 问 题 。 跨 过 赤 字 模 型 , 就 需 要 更 加 创 新 的 信 息 提 供 方 法 , 就
是 在 科 学 家 、 风 险 承 担 者 和 公 众 之 间 建 立 起 真 正 的 双 向 沟 通 。 高 质 量 、 独 立 的 科 学 信 息
的 发 展 与 综 合 对 任 何 分 析 - 协 商 过 程 的 成 功 也 是 重 要 的 , 如 一 个 公 民 陪 审 团 或 纳 米 技 术 采
用 的 公 众 辩 论 , 以 及 针 对 在 工 作 场 所 可 能 暴 露 于 纳 米 粒 子 和 其 它 材 料 的 个 体 之 间 设 计 适
当 的 健 康 沟 通 ( 见 Cox et al 2003)。
7.6 结 论
正 如 从 英 国 的 转 基 因 谷 物 和 食 物 看 到 的 , 在 技 术 进 步 潜 能 的 实 现 方 面 公 众 的 态 度 至
关 重 要 。 我 们 进 行 的 公 众 态 度 的 研 究 表 明 , 在 目 前 英 国 民 众 对 纳 米 技 术 的 认 知 程 度 很
低 , 这 意 味 着 更 多 的 将 取 决 于 在 以 后 数 年 内 如 何 塑 造 对 纳 米 技 术 的 态 度 。 定 性 专 题 讨 论
组 的 许 多 参 与 者 热 心 于 纳 米 技 术 造 福 于 人 类 生 活 的 可 能 方 式 , 然 而 , 已 经 在 寻 找 对 纳 米
技 术 的 可 能 影 响 的 长 期 不 确 定 性 的 信 心 , 也 与 核 能 和 改 基 因 技 术 作 了 类 比 。 对 于 公 共 机
构 的 角 色 和 行 为 还 有 担 心 , 尤 其 是 谁 能 被 信 任 去 最 终 控 制 和 规 范 纳 米 技 术 。
就 我 们 所 知 , 这 里 报 道 的 定 性 专 题 讨 论 是 第 一 个 对 纳 米 技 术 态 度 进 行 深 度 定 性 研 究
的 公 开 发 表 文 献 。 在 普 通 民 众 对 纳 米 技 术 的 诸 多 社 会 和 伦 理 问 题 它 们 提 供 了 有 价 值 的 信
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息 , 但 它 们 必 然 是 有 限 的 。 所 以 我 们 建 议 研 究 理 事 会 给 予 进 一 步 的 基 金 资 助 , 正 在 进 行
的 关 于 纳 米 技 术 的 公 众 对 话 的 研 究 反 过 来 又 会 指 导 以 后 的 对 话 工 作 。
多 数 纳 米 技 术 的 溯 流 本 质 意 味 着 在 局 势 明 朗 之 前 , 将 有 机 会 进 行 建 设 性 的 、 预 先 的
关 于 纳 米 技 术 未 来 的 辩 论 。 我 们 在 公 众 态 度 的 研 究 凸 现 了 纳 米 技 术 治 理 方 面 在 早 期 公 众
对 话 的 合 适 领 域 的 问 题 。
我 们 认 识 到 关 于 纳 米 技 术 的 对 话 在 以 后 几 年 内 要 以 不 同 的 方 式 , 由 不 同 的 团 体 ( 不 局
限 于 政 府 ) 进 行 下 去 。 我 们 欢 迎 这 一 点 以 及 拥 有 这 样 一 个 机 会 以 不 同 的 活 动 可 能 会 找 出 最
佳 公 众 对 话 的 方 法 , 当 然 公 共 对 话 也 不 只 应 用 于 纳 米 技 术 。
我 们 看 到 政 府 在 支 持 就 纳 米 技 术 进 行 早 期 风 险 承 担 者 和 公 众 对 话 中 额 外 的 重 要 作
用 。 目 前 特 殊 的 战 略 需 要 就 是 确 保 后 来 的 公 共 对 话 和 技 术 评 估 的 界 定 尽 量 宽 , 在 公 众 态
度 和 更 多 证 据 的 治 理 问 题 上 , 这 一 点 尤 其 正 确 , 也 非 常 适 用 于 早 期 公 众 对 话 。 因 此 , 我
们 建 议 政 府 启 动 充 裕 基 金 支 持 关 于 纳 米 技 术 发 展 的 公 众 对 话 。 我 们 认 识 到 许 多 机 构 适 于
从 事 这 个 对 话 项 目 。 例 如 , 正 如 我 们 在 这 个 报 告 中 提 议 的 , 纳 米 技 术 治 理 的 问 题 可 以 作
为 最 初 对 话 的 主 题 , 研 究 理 事 会 可 能 被 要 求 承 担 这 个 对 话 , 因 为 他 们 目 前 资 助 纳 米 技 术
的 研 究 。 其 它 适 于 推 动 这 个 项 目 或 作 为 这 个 项 目 的 共 同 发 起 人 , 包 括 一 些 组 织 如 英 国 科
学 促 进 协 会 、 全 国 学 术 界 和 具 有 公 众 事 务 过 程 经 验 的 大 慈 善 机 构 。 也 应 该 鼓 励 工 业 界 赞
助 公 众 对 话 , 一 个 例 子 就 是 在 2003 年 由 联 合 利 华 、 绿 色 和 平 、 消 费 者 协 会 和 the Co-op 共
同 召 集 关 于 转 基 因 谷 物 的 公 民 陪 审 团 。 如 上 所 述 , 对 话 的 精 确 方 法 应 当 围 绕 特 定 的 目 标
而 设 计 , 该 目 标 是 由 一 些 在 公 众 事 务 方 面 的 风 险 承 担 者 和 专 家 组 成 的 独 立 指 导 委 员 会 确
定 。 对 话 必 须 具 有 充 裕 经 费 ( 例 如 , 一 个 适 宜 运 作 的 公 民 陪 审 团 或 多 数 人 会 议 至 少 需 要 十
至 二 十 万 英 镑 ), 并 作 适 当 评 估 , 从 而 使 公 众 对 话 可 以 进 行 。
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第 八 章 管 理 条 例
8.1 概 述
这 一 章 我 们 讨 论 对 前 面 章 节 提 及 问 题 的 管 理 条 例 的 影 响 。 从 前 面 章 节 可 以 很 清 楚 看 到
纳 米 科 学 技 术 跨 越 众 多 的 研 究 单 位 、 工 业 部 门 和 应 用 范 围 。 所 以 很 可 能 是 诸 多 管 理 者 来 共
同 考 虑 纳 米 技 术 对 它 们 涵 盖 的 每 一 个 领 域 的 影 响 。
现 在 是 适 时 时 机 来 考 虑 管 理 条 例 对 纳 米 技 术 慎 重 发 展 的 影 响 。 目 前 , 应 用 自 然 增 加 ,
但 是 如 果 内 容 广 泛 的 纳 米 技 术 按 预 期 发 展 的 话 , 在 未 来 的 几 年 内 , 纳 米 技 术 的 进 步 很 可 能
是 加 速 的 。 我 们 坚 信 由 科 学 依 据 给 出 的 灵 活 递 进 的 管 理 测 量 是 对 任 何 人 都 有 益 的 。 这 样 ,
公 众 、 消 费 者 以 及 被 雇 佣 者 都 可 免 受 伤 害 , 同 时 工 业 界 能 够 加 入 标 准 和 指 南 的 发 展 来 保 证
公 正 并 减 少 危 险 。
如 我 们 在 5.1 节 指 出 , 许 多 纳 米 科 学 和 纳 米 技 术 对 健 康 、 安 全 和 环 境 并 没 有 特 别 的 危
险 。 在 这 一 章 中 我 们 主 要 关 注 那 些 涉 及 对 健 康 、 安 全 和 环 境 可 能 带 来 的 潜 在 危 害 影 响 的 有
关 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 生 产 、 使 用 和 废 弃 处 理 的 管 理 , 因 为 这 些 ( 特 别 是 以 游 离 而 不 是 固 定
形 式 ) 是 我 们 在 研 究 中 确 定 的 主 要 关 注 范 围 ( 见 第 五 章 )。 我 们 强 调 人 体 和 环 境 暴 露 于 纳
米 颗 粒 和 纳 米 管 中 的 情 况 目 前 还 是 极 端 少 有 的 。 但 是 , 工 业 界 对 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 极 其 感
兴 趣 , 一 些 包 含 这 些 物 质 的 产 品 已 经 进 入 市 场 ( 如 化 妆 品 、 反 静 电 包 装 、 自 清 洁 表 面 ) 或
即 将 进 入 ( 如 燃 料 电 池 、 显 示 屏 ) 市 场 。 在 5.6 节 我 们 已 建 议 应 建 立 一 个 新 的 研 究 中 心 来
澄 清 与 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 毒 性 和 暴 露 相 关 的 不 确 定 性 。
作 为 证 据 收 集 过 程 的 一 部 分 , 我 们 在 2004 年 2 月 召 开 了 管 理 者 研 讨 班 。 在 那 里 已 明 显
感 到 , 现 存 的 管 理 条 例 需 要 调 整 来 包 含 特 定 纳 米 材 料 的 特 征 。 然 而 , 我 们 仍 欣 喜 地 发 现 大
多 数 管 理 者 已 经 意 识 到 了 纳 米 技 术 问 题 , 一 些 ( 如 健 康 和 安 全 执 行 部 门 HSE) 机 构 已 朝 这
一 方 向 迈 出 了 起 始 的 一 步 。
8.2 管 理 条 例 的 提 出
一 般 而 言 管 理 条 例 要 求 对 危 害 ( 物 质 的 本 征 危 害 ) 和 暴 露 的 可 能 性 或 暴 露 长 短 进 行 评
价 , 因 为 这 些 因 素 是 结 合 在 一 起 来 对 被 暴 露 的 生 物 和 人 群 产 生 危 害 的 。 根 本 的 目 的 就 是 确
定 危 害 管 理 检 测 , 并 用 之 消 除 危 害 或 ( 原 则 上 ) 把 这 些 危 害 降 低 到 可 接 受 的 水 平 。 这 一 过
程 通 过 事 实 证 据 来 获 得 , 包 括 对 毒 性 、 环 境 和 传 染 病 研 究 所 获 得 的 证 据 。 对 物 质 的 危 害 ,
当 缺 乏 全 方 位 的 科 学 判 定 时 , 要 起 用 谨 慎 原 则 。 于 是 , 在 证 据 获 得 ( 例 如 对 比 已 知 毒 性 的
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物 质 ) 和 最 有 效 评 价 物 质 产 生 危 害 的 基 础 上 , 就 要 对 潜 在 的 危 害 做 出 假 设 。 也 必 须 对 暴 露
的 危 险 性 有 一 个 评 估 , 例 如 对 工 作 场 所 的 暴 露 或 一 般 公 众 使 用 这 些 产 品 引 起 的 暴 露 。
为 防 止 对 人 和 环 境 造 成 伤 害 , 需 要 对 危 险 物 质 的 使 用 加 以 控 制 是 并 不 新 鲜 的 。 只 有 那
些 对 健 康 和 环 境 可 能 意 味 非 常 严 重 威 胁 的 物 质 , 如 特 定 致 癌 物 才 是 被 严 禁 的 。 已 有 众 多 国
家 的 和 欧 洲 的 立 法 涵 盖 了 危 险 物 质 使 用 的 方 方 面 面 。 此 外 , 主 要 是 针 对 控 制 全 球 事 务 已 经
发 展 了 许 多 国 际 条 约 。 在 需 要 控 制 的 地 方 , 有 如 下 几 种 管 理 方 式 供 选 择 。 例 如 :
• 工 作 场 所 控 制 ;
• 分 级 与 标 识 检 测
• 控 制 散 发 至 空 气 , 水 和 土 壤 ;
• 废 物 处 置 限 制 ;
• 市 场 化 和 使 用 限 制 ;
• 严 禁 使 用 。
所 有 这 些 选 项 都 可 写 入 立 法 。 在 欧 洲 , 这 表 现 为 新 指 令 或 者 管 理 条 例 或 作 为 已 存 立 法
的 补 充 条 款 等 形 式 。 管 理 措 施 不 是 静 态 的 ; 立 法 者 与 工 业 界 合 作 来 寻 求 识 别 进 一 步 的 对 减
少 危 害 合 理 实 用 的 措 施 。
欧 共 体 和 英 国 内 部 的 管 理 条 例 是 在 一 个 宽 泛 的 框 架 下 起 作 用 的 。 目 前 已 存 在 的 框 架 包
含 一 个 很 大 范 围 的 产 品 和 过 程 , 如 化 工 品 、 化 妆 品 和 医 药 , 这 些 代 表 了 一 些 纳 米 材 料 可 能
产 生 影 响 的 最 主 要 领 域 。 至 少 在 可 预 见 的 未 来 , 我 们 相 信 目 前 的 框 架 已 是 足 够 的 宽 泛 来 覆
盖 各 种 纳 米 技 术 , 因 此 一 个 分 立 的 管 理 者 或 管 理 框 架 并 不 是 必 要 的 。 但 考 虑 到 第 5 章 简 述
过 各 种 危 险 , 我 们 相 信 这 些 框 架 中 一 些 特 定 的 方 面 如 检 测 要 求 或 标 准 仍 需 要 管 理 者 与 科 学
家 和 毒 品 专 家 们 合 作 进 行 深 思 熟 虑 。 我 们 将 以 如 下 的 案 例 研 究 来 阐 述 这 一 点 。
8.3 案 例 研 究
在 这 一 节 中 我 们 从 产 品 生 命 周 期 中 不 同 阶 段 给 出 几 个 案 例 研 究 , 如 制 造 、 使 用 和 废 弃
的 各 个 阶 段 。 这 些 例 子 包 括 我 们 在 证 据 收 集 过 程 的 一 些 考 虑 。 在 大 多 情 况 下 , 它 们 与 目 前
那 些 潜 在 的 接 触 暴 露 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 的 情 况 相 关 , 如 在 工 作 场 所 。
8.3.1 工 作 场 所 ( 含 研 究 实 验 室 )
目 前 最 有 可 能 暴 露 或 接 触 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 的 地 方 是 工 作 场 所 包 括 研 究 机 关 实 验 室 。
“ 工 作 健 康 和 安 全 法 案 (1974)” 制 定 了 雇 佣 者 对 被 雇 佣 者 和 公 众 健 康 安 全 的 责 任 以 及 被
雇 佣 者 对 自 身 和 他 们 相 互 之 间 的 责 任 。 建 立 在 上 述 法 案 基 础 上 的 详 细 管 理 条 例 , 允 许 这 些
一 般 的 责 任 按 照 技 术 发 展 和 新 识 别 的 危 险 被 进 一 步 扩 充 发 展 。 健 康 安 全 的 责 任 主 要 建 立 于
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雇 佣 者 , 相 反 健 康 和 安 全 执 行 部 门 HSE 则 负 责 发 展 具 体 标 准 并 保 证 遵 循 。
与 纳 米 技 术 相 关 的 特 定 管 理 条 例 是 ‘ 对 危 害 健 康 物 质 的 控 制 ’(COSHH) 条 例 , 它 们 通
过 建 立 一 个 简 单 框 架 制 定 了 全 面 要 求 , 用 于 控 制 工 作 场 所 中 的 危 害 物 质 以 减 少 职 业 病 。 关
心 是 表 述 为 对 工 人 在 包 含 生 产 和 使 用 加 工 的 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 的 环 境 下 已 考 虑 到 它 们 潜
在 的 危 害 ( 特 别 是 通 过 呼 吸 系 统 )。 人 员 的 暴 露 的 管 理 是 通 过 对 特 定 物 质 要 求 遵 循 职 业 接
触 极 限 (OELs) 来 进 行 的 。 职 业 接 触 极 限 是 被 分 别 规 定 的 , 并 且 是 根 据 通 过 一 个 包 含 管 理
者 、 工 厂 、 被 雇 佣 者 和 公 众 利 益 过 程 的 新 知 识 来 评 价 和 采 纳 的 。
一 些 物 质 , 如 炭 黑 和 二 氧 化 钛 在 工 厂 是 以 微 米 或 纳 米 尺 寸 的 颗 粒 被 生 产 出 来 的 。 以 前
这 些 物 质 以 大 块 形 式 存 在 时 是 被 认 为 无 害 的 , 但 以 纳 米 颗 粒 形 式 则 可 能 表 现 不 同 的 毒 性 特
征 。 现 在 , 管 理 标 准 是 基 于 吸 入 颗 粒 的 质 量 , 和 源 于 对 较 大 尺 度 分 布 的 考 虑 而 来 。 如 果 这
些 基 于 质 量 的 标 准 被 采 用 于 纳 米 颗 粒 形 式 的 物 质 , 这 将 意 味 着 吸 入 大 量 的 纳 米 颗 粒 仍 被 认
为 是 比 较 安 全 的 。 可 如 上 面 和 5.3 节 的 讨 论 , 现 在 已 有 实 验 证 据 证 明 这 些 纳 米 颗 粒 的 毒 性
是 与 它 们 的 尺 寸 大 小 相 关 联 的 。 所 以 , 我 们 推 荐 健 康 和 安 全 执 行 部 门 , 对 接 触 纳 米 颗 粒 的
管 理 条 例 进 行 适 用 性 评 价 , 而 且 特 别 考 虑 那 些 基 于 质 量 和 个 数 优 先 测 量 的 管 理 条 例 。 同 时 ,
我 们 推 荐 对 制 造 的 纳 米 颗 粒 考 虑 设 置 较 低 的 职 业 暴 露 接 触 标 准 。
在 多 数 情 况 下 , 我 们 希 望 用 高 的 污 染 标 准 防 止 工 厂 释 放 泄 露 纳 米 颗 粒 , 而 起 作 用 的 是
职 业 卫 生 高 标 准 。 但 是 , 由 于 从 正 常 使 用 的 污 染 泄 露 和 人 为 失 误 及 仪 器 事 故 引 发 的 独 立 事
件 引 起 的 泄 露 都 可 能 , 也 确 实 发 生 过 。 减 少 这 些 可 能 性 是 危 险 管 理 的 基 本 部 分 。 假 如 一 些
以 纳 米 颗 粒 形 式 的 化 学 品 有 较 大 的 暴 露 危 险 , 我 们 建 议 健 康 和 安 全 执 行 部 门 HSE,DEFRA
和 EA 对 现 有 的 在 工 作 场 所 内 外 突 发 泄 露 管 理 程 序 进 行 评 价 。
现 在 工 作 场 所 中 一 个 按 其 数 量 而 不 是 质 量 管 理 接 触 纳 米 颗 粒 的 例 子 是 纤 维 , 包 括 石
棉 。 许 多 ( 但 不 是 全 部 ) 这 样 的 纤 维 用 光 学 显 微 镜 是 可 识 别 的 , 至 少 在 一 个 维 度 上 其 尺 寸
是 大 于 纳 米 量 级 的 , 管 理 条 例 是 基 于 相 衬 显 微 镜 下 使 用 特 殊 设 计 的 目 视 标 尺 来 读 数 的 。 这
一 非 常 费 时 的 过 程 而 且 可 能 随 实 验 室 不 同 而 变 化 , 它 是 包 含 在 英 国 和 国 际 质 量 控 制 体 系 中
的 。 将 来 纳 米 技 术 的 发 展 可 能 导 致 工 作 场 所 引 入 大 量 更 细 的 纤 维 材 料 如 纳 米 管 , 其 直 径 远
小 100 纳 米 但 或 许 长 于 10 微 米 , 并 且 用 现 有 的 方 法 是 看 不 见 的 。 我 们 强 调 我 们 对 纳 米 管
与 石 棉 相 似 性 的 关 心 , 并 且 关 注 对 与 这 些 物 质 接 触 的 控 制 , 直 到 我 们 对 它 们 的 毒 性 了 解 得
更 多 ( 见 5.3.1b 和 5.3.2a 节 )。 所 以 我 们 建 议 健 康 和 安 全 执 行 部 门 考 虑 现 在 的 方 法 是 否
适 用 于 评 价 和 控 制 个 人 在 有 纳 米 管 和 其 它 纳 米 纤 维 实 验 室 和 工 作 场 所 的 暴 露 接 触 , 并 且 基
于 电 子 显 微 镜 而 不 是 相 衬 光 学 显 微 镜 的 管 理 是 否 必 须 。
在 上 述 建 议 评 论 进 行 之 后 以 及 适 当 的 管 理 和 控 制 检 测 建 立 前 , 我 们 需 要 一 个 临 时 指
94

南 , 来 至 少 保 证 在 科 研 实 验 室 和 工 作 场 所 中 的 工 作 者 的 安 全 。 在 这 方 面 , 我 们 欢 迎 健 康 和
安 全 执 行 部 门 , 发 行 的 关 于 对 周 围 纳 米 材 料 (HSE2004) 健 康 和 安 全 事 项 的 当 前 认 识 上 的
初 步 信 息 记 录 。 除 了 由 呼 吸 导 致 的 健 康 危 险 , 我 们 在 5.5 节 中 已 认 识 到 , 在 更 多 有 关 爆 炸
危 险 的 信 息 被 确 认 前 , 防 止 大 量 可 燃 纳 米 颗 粒 在 空 气 中 飞 行 是 必 要 的 。
8.3.2 市 场 化 和 化 学 品 使 用
化 学 工 业 很 可 能 是 纳 米 材 料 的 主 要 生 产 者 。 这 些 纳 米 材 料 目 前 是 大 块 纳 米 颗 粒 形 态 的
如 二 氧 化 钛 , 将 来 随 研 究 和 发 展 进 步 终 究 会 成 为 更 先 进 的 功 能 材 料 。 尽 管 纳 米 材 料 目 前 只
占 化 工 制 造 的 很 小 部 分 , 其 产 量 预 计 会 逐 年 增 长 , 但 或 许 不 会 超 过 目 前 大 颗 粒 化 工 品 的 产
量 。
从 前 面 章 节 的 讨 论 , 很 清 楚 纳 米 颗 粒 ( 特 别 在 较 小 尺 度 ) 常 有 与 大 颗 粒 形 态 的 同 种 化
学 品 不 同 的 或 增 强 的 性 质 。 现 在 仍 不 清 楚 这 些 新 的 或 增 强 的 性 质 在 多 大 程 度 上 与 毒 性 相
关 , 但 是 如 我 们 在 5.3 节 看 到 , 有 证 据 显 示 一 些 物 质 当 它 们 以 纳 米 颗 粒 形 式 存 在 时 会 有 更
大 的 毒 性 , 部 分 原 因 可 能 是 它 们 有 更 大 的 表 面 积 。 是 否 这 种 增 加 了 的 毒 性 会 对 人 体 健 康 带
来 危 害 是 取 决 于 纳 米 颗 粒 暴 露 模 式 以 及 这 些 颗 粒 是 否 被 镀 了 膜 。
在 英 国 , 化 学 品 的 市 场 化 或 使 用 的 管 理 ( 这 反 映 了 欧 洲 的 立 法 ) 被 简 述 于 图 框 8.1 中 。
没 有 一 个 标 准 是 考 虑 化 学 品 颗 粒 尺 度 的 , 而 这 些 标 准 是 用 来 决 定 化 学 品 的 需 求 和 测 试 范 围
的 。 以 纳 米 颗 粒 形 式 产 生 的 现 存 物 质 不 被 定 义 为 新 的 化 学 品 , 而 且 阈 值 水 平 的 制 定 并 没 有
考 虑 如 下 的 事 实 : 以 纳 米 颗 粒 形 式 的 物 质 可 能 对 健 康 和 环 境 有 不 同 影 响 ( 每 单 位 质 量 )。
纳 米 颗 粒 这 些 不 同 的 性 质 在 REACH 最 近 的 版 本 里 也 没 有 被 考 虑 , 目 前 正 在 交 涉 中 。 所 以 现
在 的 化 学 管 理 条 例 和 REACH 商 议 下 的 法 规 都 暗 中 假 设 毒 性 不 受 颗 粒 大 小 尺 寸 影 响 。
图 框 8.1: 化 学 品 市 场 化 和 使 用 的 管 理 条 例
条 例 始 于 对 一 个 化 学 品 是 新 的 还 是 已 存 在 的 判 定 。 欧 洲 委 员 会 EC 定 义 自 1981 年 九 月
发 布 的 化 学 品 为 “ 即 存 物 质 ” 而 其 后 投 入 市 场 的 则 为 新 物 质 。 新 物 质 必 须 经 历 比 即 存 物 质
更 为 严 格 的 测 试 和 评 审 , 虽 然 即 存 化 学 品 物 质 超 出 99% 市 场 占 有 量 。 目 前 是 受 控 于 新 物 质
通 告 (NONS) 管 理 条 例 之 下 。 欧 洲 委 员 会 EC 现 在 正 磋 商 一 个 新 的 单 一 系 统 叫 REACH( 化
学 品 注 册 , 评 价 , 授 权 ), 用 此 来 帮 助 清 理 积 压 的 众 多 未 被 测 试 的 化 学 品 。 除 了 纳 米 技 术
或 许 有 的 暗 示 , 即 存 工 业 化 学 品 的 检 测 远 落 后 于 市 场 中 存 在 的 。
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为 确 定 测 试 的 需 求 、 次 数 和 种 类 目 前 NONS 使 用 的 指 标 是 :
• 新 化 学 品 , 一 个 新 化 学 品 定 义 为 不 出 现 在 EINECS( 欧 洲 即 存 化 学 品 物 质 清 单 )
的 清 单 中 。 当 一 个 化 学 品 被 生 产 出 后 , 在 它 进 入 市 场 前 生 产 者 要 求 对 之 进 行 测 试 , 同 时
还 要 注 意 它 的 实 用 性 。 测 试 级 别 取 决 于 生 产 量 , 目 前 最 低 的 质 量 级 别 设 置 成 每 年 10 公 斤 。
只 有 化 学 结 构 变 化 才 构 成 新 的 物 质 , 相 反 仅 形 式 变 化 ( 如 尺 寸 和 形 状 ) 不 构 成 新 物 质 。
对 聚 合 物 有 一 例 外 : 那 些 完 全 由 EINECS 列 出 的 单 体 产 生 的 聚 合 物 可 以 免 除 通 告 。
• 质 量 标 准 , 基 本 上 , 一 种 即 存 物 质 生 产 得 越 多 , 管 理 者 针 对 它 们 的 性 质 就 要 求 越
多 的 数 据 。
我 们 视 之 为 管 理 空 隙 , 并 建 议 现 存 的 新 物 质 通 告 (NONS) 和 化 学 品 注 册 , 评 价 , 授 权
(REACH)( 现 在 正 在 欧 共 体 水 平 商 谈 并 最 终 将 超 越 NONS) 管 理 条 例 把 以 纳 米 颗 粒 和 纳 米
管 形 式 存 在 的 化 学 品 认 为 新 物 质 。 为 遵 循 这 一 建 议 , 理 事 会 (DG) 企 业 和 (DG) 环 境 应 保
证 REACH 的 最 终 版 本 应 是 足 够 灵 活 来 考 虑 一 些 纳 米 颗 粒 ( 和 纳 米 管 ) 有 比 大 颗 粒 的 同 类 化
学 物 增 强 的 和 不 同 的 性 质 。 专 家 聚 集 起 来 为 欧 共 体 建 立 一 个 初 步 的 危 险 分 析 时 也 达 到 一 个
这 样 类 似 的 结 论 , 并 建 议 赋 予 一 个 新 “ 化 学 品 摘 要 服 务 (CAS) 注 册 ” 号 给 纳 米 颗 粒 制 造
( 欧 洲 委 员 会 2004b)。
我 们 在 5.6 节 ( 和 框 5.6,5.7) 简 述 的 研 究 能 提 供 更 多 有 关 纳 米 颗 粒 毒 性 的 增 加 与
种 类 和 尺 寸 的 信 息 。 同 时 也 将 确 定 哪 些 测 试 对 各 种 纳 米 颗 粒 是 适 宜 的 。 例 如 , 现 有 测 试 对
纳 米 颗 粒 持 续 性 和 生 物 积 聚 是 否 适 用 随 着 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 毒 性 知 识 的 积 累 增 加 , 我 们
建 议 相 关 的 管 理 团 体 应 考 虑 : 触 发 测 试 的 年 度 生 产 阈 值 和 相 关 的 测 试 方 法 , 是 否 应 该 在 考
虑 到 与 物 质 形 式 相 关 后 , 在 NONS 和 REACH 条 例 中 重 新 改 写 。
自 从 开 始 我 们 的 研 究 后 , 欧 委 会 就 已 经 认 识 到 重 写 触 发 测 试 的 质 量 阈 值 ( 欧 委 会
2004b) 的 必 要 性 。 我 们 明 白 美 国 环 境 保 护 组 织 正 在 评 审 纳 米 材 料 是 否 应 管 理 为 新 化 学 品 。
这 个 领 域 的 国 际 合 作 是 对 管 理 条 例 的 发 展 有 补 益 的 。
8.3.3 含 有 自 由 纳 米 颗 粒 , 特 别 是 针 对 皮 肤 保 养 的 消 耗 产 品
如 我 们 前 面 章 节 所 见 , 一 些 消 费 品 , 特 别 是 化 妆 品 和 将 来 可 能 的 食 物 添 加 剂 , 制 造 商
会 利 用 纳 米 材 料 所 含 的 优 点 来 改 善 和 增 强 这 些 产 品 的 功 能 性 。 这 里 纳 米 颗 粒 将 主 要 以 自 由
而 不 是 固 定 状 态 存 在 , 尽 管 它 们 的 反 应 能 力 ( 与 毒 性 相 关 ) 会 受 到 镀 膜 的 影 响 。 这 一 节 我
们 主 要 集 中 讨 论 化 妆 品 , 因 为 这 一 领 域 包 含 有 氧 化 锌 、 钛 和 铁 的 纳 米 颗 粒 的 使 用 , 同 时 也
考 虑 到 ( 简 述 于 5.3.2b 节 ) 纳 米 颗 粒 可 能 会 穿 透 皮 肤 的 保 护 层 并 与 紫 外 线 发 生 反 应 而 导
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致 细 胞 DNA 的 损 坏 。 英 国 和 欧 共 体 对 化 妆 品 的 管 理 条 例 简 述 于 图 框 8.2。
图 框 8.2: 英 国 和 欧 共 体 的 化 妆 品 管 理 条 例 和 科 学 顾 问 委 员 会 的 规 则
化 妆 品 包 括 头 发 和 护 肤 产 品 、 染 色 化 妆 品 和 化 妆 用 品 。 在 欧 盟 化 妆 品 指 南 下 ( 以
及 英 国 化 妆 品 ( 安 全 ) 管 理 条 例 2003), 制 造 商 ( 或 者 在 欧 洲 社 区 内 将 产 品 放 置 市 场 的
责 任 者 ) 主 要 负 责 保 证 当 正 常 或 在 合 理 的 可 预 见 的 条 件 下 使 用 化 妆 品 时 其 对 人 体 健 康
不 会 造 成 损 害 。 正 常 使 用 的 定 义 应 考 虑 产 品 表 现 、 标 识 和 任 何 对 其 使 用 和 废 弃 的 说 明 。
在 评 审 安 全 性 方 面 , 制 造 商 必 须 考 虑 组 分 的 一 般 毒 性 说 明 报 告 、 它 们 的 化 学 结 构 和 相
应 的 暴 露 量 。
化 妆 品 指 南 的 两 个 附 件 列 出 了 化 妆 品 不 能 使 用 的 或 对 它 们 的 使 用 有 严 格 限 制 的 物
质 。 三 个 额 外 附 件 列 出 了 被 允 许 使 用 作 为 染 色 品 、 防 腐 剂 和 紫 外 线 滤 膜 的 物 质 。 除 了
列 在 不 同 附 件 中 的 , 只 要 制 造 商 声 明 最 终 的 制 备 安 全 , 任 何 其 它 物 质 都 可 以 被 使 用 在
化 妆 品 中 。
面 向 消 费 者 的 化 妆 品 和 非 食 物 产 品 的 安 全 由 面 向 消 费 者 的 “ 化 妆 品 和 非 食 物 产 品
科 学 委 员 会 ”(SCCNFP) 向 欧 洲 委 员 会 提 出 评 议 ,SCCNFP 则 由 来 自 欧 盟 的 独 立 科 学 专 家
组 成 。 他 们 的 其 中 一 个 作 用 是 评 议 由 工 业 界 提 交 的 关 于 他 们 产 品 中 使 用 物 质 的 安 全 证
据 文 档 , 并 以 此 产 生 形 成 一 个 针 对 安 全 性 的 意 见 。 委 员 会 无 需 进 行 它 们 自 己 的 测 试 ,
但 可 以 要 求 工 业 界 提 供 进 一 步 的 证 据 。SCCNFP 的 意 见 是 对 公 众 公 开 的 。 基 于 这 些 意 见 ,
欧 委 会 的 理 事 会 DG 企 业 为 “ 化 妆 品 专 家 团 体 ” 制 定 推 荐 建 议 , 其 中 “ 化 妆 品 专 家 团 体 ”
由 来 自 欧 盟 所 有 成 员 国 的 代 表 组 成 。 这 个 团 体 投 票 决 定 是 否 需 要 一 个 化 妆 品 指 南 的 补
充 条 例 ( 例 如 , 增 加 一 种 物 质 到 附 件 中 )。 一 旦 补 充 条 款 被 采 用 , 成 员 国 权 威 机 构 ( 在
英 国 是 DTI) 就 有 义 务 将 之 转 化 为 国 家 立 法 。 成 员 国 可 以 提 出 任 何 关 心 的 问 题 以 引 起 欧
委 会 关 注 。 消 费 产 品 科 学 委 员 会 不 久 后 将 取 代 化 妆 品 和 非 食 物 产 品 科 学 委 员 会 SCCNFP。
在 英 国 DH 评 审 从 SCCNFP 得 到 的 安 全 文 档 并 可 向 DTI 强 调 提 出 任 何 关 心 的 问 题 。
尽 管 化 妆 品 立 法 在 欧 盟 水 平 上 是 同 步 一 致 的 , 如 果 当 识 别 出 一 个 对 消 费 者 有 严 重 的 和
立 即 的 危 险 时 DTI 可 以 在 英 国 引 入 临 时 立 法 。
在 工 业 要 求 中 ,SCCNFP 在 批 准 的 紫 外 线 防 滤 膜 清 单 中 对 二 氧 化 钛 和 氧 化 锌 ( 包 括 纳
米 颗 粒 形 式 ) 采 用 分 立 的 不 同 要 求 。 如 5.3.2b 节 简 述 ,SCCNFP(2000) 已 批 准 使 用 所 有
尺 度 的 二 氧 化 钛 , 但 在 2003 年 六 月 则 要 求 对 微 细 氧 化 锌 (200 纳 米 或 以 下 ) 的 使 用 提 供
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进 一 步 的 证 据 。 在 这 种 考 虑 氧 化 锌 的 意 见 中 ,SCCNFP 要 求 澄 清 : 在 细 胞 培 养 试 验 (in vitro)
中 看 到 的 微 细 氧 化 锌 引 起 DNA 损 伤 的 结 果 是 否 在 活 体 动 物 (in vivo) 中 能 被 观 察 到 , 以 及
氧 化 锌 是 否 能 够 穿 过 皮 肤 ( 一 个 伤 害 发 生 所 必 备 的 前 提 )(SCCNFP2003a)。 在 没 有 令 人 满
意 的 安 全 意 见 前 , 微 细 氧 化 锌 不 能 被 使 用 来 做 紫 外 线 防 滤 膜 , 但 是 对 用 作 其 他 目 的 的 化 妆
品 使 用 ( 包 括 太 阳 保 护 产 品 ) 则 没 有 限 制 , 只 要 厂 商 保 证 它 们 安 全 。 据 我 们 了 解 在 欧 洲 ,
防 晒 产 品 里 并 没 有 大 量 使 用 纳 米 颗 粒 氧 化 锌 。
我 们 建 议 工 业 界 尽 可 能 快 得 提 交 SCCNFP 所 需 的 有 关 细 微 氧 化 锌 的 额 外 情 报 信 息 , 以
使 SCCNFP 能 发 布 相 关 的 安 全 意 见 。 关 于 氧 化 锌 纳 米 颗 粒 的 安 全 不 确 定 性 并 不 只 限 于 它 在
紫 外 线 防 滤 膜 的 使 用 上 。SCCNFP 对 二 氧 化 钛 纳 米 颗 粒 的 判 断 则 是 它 不 具 危 险 性 , 这 一 判
断 基 于 已 观 察 到 它 们 不 会 穿 透 皮 肤 和 镀 膜 可 以 降 低 其 活 性 。 工 业 方 面 来 的 进 一 步 信 息 或 许
能 证 明 微 细 尺 度 氧 化 锌 不 能 穿 透 皮 肤 或 在 vitro 看 到 的 活 性 在 vivo 中 不 发 生 , 在 这 种 情
况 下 SCCNFP 将 发 布 正 面 的 安 全 意 见 。 但 是 , 直 到 安 全 文 档 被 提 供 给 SCCNFP 前 , 不 确 定 性
依 然 保 留 着 。
基 于 这 样 的 证 据 , 就 是 当 以 纳 米 颗 粒 形 式 存 在 时 , 一 些 化 学 品 会 有 不 同 性 质 , 所 以 建
立 于 较 大 颗 粒 形 式 的 安 全 认 证 测 试 不 能 被 用 作 推 断 出 具 有 纳 米 形 式 同 种 化 学 物 质 的 安 全
性 ( 如 8.3.2 节 简 述 )。 所 以 , 我 们 建 议 : 在 被 允 许 使 用 前 , 以 纳 米 颗 粒 形 式 组 成 的 成 分
要 通 过 相 关 科 学 顾 问 团 体 的 全 面 安 全 认 证 。 一 种 在 化 妆 品 工 业 执 行 这 一 建 议 的 可 能 方 法 是
在 化 妆 品 说 明 里 加 入 补 充 指 出 组 成 清 单 内 的 成 分 被 允 许 以 纳 米 颗 粒 形 式 使 用 。 只 有 被
SCCNFP 机 构 ( 或 与 之 相 当 ) 认 证 的 那 些 成 分 才 能 加 入 到 上 述 清 单 中 。 如 果 采 用 这 一 方 法 ,
二 氧 化 钛 可 以 被 包 括 在 新 的 补 充 内 ( 因 为 它 已 获 得 了 正 面 的 认 证 ), 而 纳 米 颗 粒 形 式 的 氧
化 锌 就 要 等 待 SCCNFP 的 认 证 才 能 决 定 能 否 被 加 入 到 新 补 充 清 单 内 。 我 们 知 道 小 于 100 纳
米 的 氧 化 铁 颗 粒 在 欧 洲 是 不 被 用 于 化 妆 品 组 成 成 分 的 。 将 来 它 是 否 能 在 欧 洲 使 用 , 我 们 期
待 SCCNFP 给 出 认 证 。 对 损 伤 过 的 皮 肤 穿 透 的 认 证 是 我 们 应 特 别 关 注 的 ; 这 些 是 与 防 晒 产
品 特 别 相 关 的 , 因 为 它 们 是 用 于 防 护 目 的 并 且 可 能 就 是 用 于 已 受 太 阳 损 伤 的 皮 肤 的 。
SCCNFP 也 应 考 虑 可 替 代 动 物 试 验 测 试 是 否 适 用 于 纳 米 颗 粒 检 测 。 我 们 在 5.3.2b 节 的 建 议
应 该 用 于 这 里 , 即 , 如 果 成 分 的 毒 性 信 息 在 权 威 评 审 的 文 献 里 不 完 整 , 出 于 对 成 分 安 全 性
的 考 虑 委 员 会 应 坚 持 让 工 业 界 将 提 供 给 他 们 的 数 据 公 之 于 众 。
除 了 一 些 使 用 方 面 的 目 录 ( 如 紫 外 线 滤 膜 ), 对 产 品 中 包 含 的 自 由 纳 米 颗 粒 的 安 全 认
证 的 责 任 是 取 决 于 制 造 商 和 供 货 商 的 。 化 妆 品 指 南 并 没 有 明 确 强 制 执 行 的 安 全 研 究 的 种
类 。 所 以 制 造 商 必 须 保 证 他 们 使 用 的 毒 性 测 试 已 了 解 给 定 化 学 品 的 纳 米 颗 粒 比 大 颗 粒 经 常
会 有 非 常 不 同 的 性 质 和 或 许 更 强 的 毒 性 。 在 英 国 , 安 全 认 证 的 细 节 必 须 向 贸 易 标 准 开 放 ,
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但 却 不 对 公 众 开 放 。SCCNFP(2003b) 制 定 的 化 妆 品 测 试 指 南 没 有 特 别 提 及 微 细 成 分 或 纳
米 颗 粒 的 使 用 。 因 为 化 妆 品 中 纳 米 颗 粒 安 全 性 的 不 确 定 性 , 而 且 还 仍 在 等 待 SCCNFP 给 出
的 安 全 认 证 , 我 们 建 议 : 制 造 商 公 布 含 纳 米 颗 粒 产 品 使 用 的 安 全 认 证 方 法 细 节 , 以 便 证 明
他 们 已 经 考 虑 过 纳 米 颗 粒 有 与 大 颗 粒 不 同 的 性 质 。 基 于 我 们 的 了 解 , 纳 米 颗 粒 在 欧 洲 化 妆
品 部 门 的 使 用 并 不 广 泛 , 我 们 认 为 上 述 建 议 不 会 用 于 众 多 制 造 商 。
尽 管 目 前 自 由 纳 米 颗 粒 在 消 费 品 的 使 用 中 局 限 于 一 些 化 妆 品 中 , 将 来 则 很 可 能 被 使 用
在 其 它 消 费 领 域 如 食 品 和 制 药 。 因 为 我 们 相 信 纳 米 颗 粒 形 式 的 化 学 品 应 该 被 视 为 新 化 学
品 , 我 们 建 议 : 消 费 产 品 成 分 清 单 应 明 确 说 明 合 成 了 的 纳 米 颗 粒 材 料 已 被 加 入 其 中 。 此 外
希 望 一 个 好 标 识 是 出 于 对 消 费 品 情 报 透 明 的 愿 望 。
包 括 SCCNFP 在 内 的 三 个 欧 委 会 EC 的 非 食 品 安 全 顾 问 委 员 会 不 久 将 被 迅 速 替 换 。 一 个
新 委 员 会 即 新 生 和 新 识 别 健 康 危 险 科 学 委 员 会 (SCENIHR) 将 检 查 包 括 纳 米 技 术 在 内 的 新
技 术 危 险 性 。 假 设 将 来 在 消 费 产 品 中 纳 米 颗 粒 被 越 来 越 多 地 使 用 , 同 时 镀 有 各 种 膜 ( 有 一
些 可 改 变 它 们 的 毒 性 ), 我 们 建 议 : 新 的 新 生 和 新 识 别 健 康 危 险 科 学 委 员 会 (SCENIHR) 给
出 在 纳 米 颗 粒 消 费 产 品 安 全 性 上 的 优 先 考 虑 。 也 应 该 联 络 相 应 的 安 全 顾 问 机 构 , 像 那 些 在
欧 盟 内 以 及 国 际 间 的 与 食 品 和 医 药 相 关 的 机 构 共 同 分 享 这 一 领 域 的 经 验 。
由 于 我 们 指 出 的 管 理 间 隙 , 我 们 建 议 欧 委 会 ( 英 国 支 持 下 ) 应 评 议 目 前 的 管 理 机 制 是
否 适 用 于 消 费 品 中 纳 米 颗 粒 的 引 入 。 进 行 这 样 的 评 议 , 相 应 科 学 安 全 顾 问 委 员 会 会 以 一 种
我 们 前 述 的 方 式 通 知 欧 委 会 。 也 应 该 注 意 我 们 在 5.3.2b 节 中 提 出 的 问 题 , 就 是 是 否 所 有
的 防 晒 产 品 ( 不 止 是 那 些 含 纳 米 颗 粒 的 产 品 ) 应 该 按 医 药 而 不 是 化 妆 品 来 管 理 , 因 为 它 们
用 于 防 护 目 的 并 且 可 能 用 于 已 被 太 阳 损 伤 了 的 皮 肤 。
8.3.4 医 药 和 医 疗 器 械
把 纳 米 材 料 引 入 到 医 疗 诊 断 和 治 疗 中 的 研 究 正 在 进 行 中 。 虽 然 这 些 材 料 仅 限 于 管 理 所
有 药 品 中 新 引 入 物 的 严 格 管 理 体 系 , 但 大 量 向 人 体 内 部 引 入 纳 米 颗 粒 , 其 特 定 性 质 意 味 着
可 能 存 有 不 可 预 知 的 毒 性 。 所 以 , 我 们 建 议 :DH 应 对 新 器 械 和 药 品 的 管 理 进 行 评 价 以 保
证 颗 粒 尺 寸 和 化 学 性 质 已 被 考 虑 到 医 药 可 能 的 负 面 影 响 的 调 查 中 。
8.3.5 加 入 固 定 纳 米 颗 粒 的 消 费 品 : 使 用 寿 命 问 题
与 含 自 由 纳 米 颗 粒 化 妆 品 不 同 , 那 些 包 含 有 固 定 或 被 夹 杂 的 纳 米 颗 粒 或 纳 米 管 ( 如 塑
料 ) 的 纳 米 材 料 产 品 将 呈 现 很 低 的 暴 露 可 能 性 。 在 5.4 节 我 们 已 简 述 了 产 品 使 用 周 期 中 释
放 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 可 能 性 的 工 业 要 求 。 包 含 有 废 弃 、 破 坏 或 回 收 的 过 程 可 能 会 对 在 回 收
和 废 弃 工 业 工 作 的 工 人 和 环 境 增 加 暴 露 的 危 险 性 。 我 们 将 在 使 用 寿 命 结 束 的 立 法 内 容 中 更
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详 细 地 考 虑 这 个 问 题 。
在 欧 洲 和 日 本 ( 但 在 美 国 则 较 小 的 范 围 ), 产 品 服 务 寿 命 的 末 端 管 理 是 属 于 生 产 者 义
务 的 扩 展 方 面 ; 等 效 于 , 废 物 管 理 被 认 为 是 产 品 生 命 周 期 中 的 一 部 分 。 在 欧 盟 , 扩 展 的 生
产 者 义 务 是 通 过 那 些 适 用 于 废 弃 电 器 和 电 子 设 备 (WEEE) 和 报 废 车 辆 (ELVs) 目 录 来 强 制
执 行 的 ,WEEE 和 ELVs 已 包 括 了 两 个 领 先 的 纳 米 技 术 工 程 应 用 领 域 。 回 收 目 录 要 求 工 业 —
( 理 想 上 是 , 但 并 不 全 是 ) 的 制 造 商 来 对 产 品 恢 复 使 用 、 材 料 回 收 或 部 件 重 复 使 用 负 有 责
任 。 此 外 , 为 保 证 这 些 产 品 不 进 入 废 物 链 , 回 收 原 则 用 来 鼓 励 拆 除 设 计 、 重 复 使 用 以 及 再
生 回 收 。
我 们 建 议 生 产 含 有 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 的 产 品 的 制 造 商 , 以 及 不 受 制 造 者 扩 展 责 任 约
束 , 如 产 品 寿 命 末 端 管 理 的 制 造 商 应 公 布 过 程 , 来 描 述 他 们 是 如 何 管 理 这 些 材 料 以 减 少 对
人 和 环 境 暴 露 的 。 欧 委 会 的 方 法 是 “ 集 成 产 品 原 则 ”( 欧 洲 委 员 会 2003) 用 此 来 把 生 产 者
对 产 品 寿 命 末 端 的 责 任 转 入 到 其 它 的 产 品 分 类 中 。 这 一 建 议 同 样 适 用 于 那 些 将 来 对 扩 展 生
产 者 责 任 管 理 条 例 不 适 用 的 产 品 类 。 当 得 到 更 多 的 关 于 产 品 寿 命 末 端 的 危 害 和 危 险 信 息
后 , 管 理 者 就 要 考 虑 寿 命 末 端 管 理 条 例 是 否 需 要 改 动 来 完 善 对 这 些 材 料 的 管 理 。
在 产 品 生 命 周 期 的 全 过 程 中 减 小 人 和 环 境 对 自 由 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 的 暴 露 , 这 一 目 标
也 应 成 为 发 明 和 设 计 过 程 中 的 不 可 缺 少 的 一 部 分 。
8.4 知 识 间 隙
以 下 部 分 , 我 们 讨 论 必 须 说 明 的 主 要 知 识 间 隙 以 此 来 支 持 适 合 的 管 理 条 例 的 发 展 。 这
些 涉 及 危 害 、 暴 露 和 测 量 。
8.4.1 危 害
在 这 个 报 告 里 我 们 已 强 调 了 与 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 相 关 的 可 能 毒 性 和 爆 炸 危 险 。 这 些 危
害 应 从 两 个 重 要 的 事 实 来 考 察 。 首 先 , 除 了 被 使 用 为 化 妆 品 , 这 些 物 质 目 前 还 是 以 非 常 少
的 产 量 来 生 产 的 并 且 在 工 作 场 所 以 外 很 少 或 没 有 对 人 体 暴 露 的 可 能 。 第 二 , 已 明 确 发 表 的
对 颗 粒 空 气 污 染 所 产 生 的 负 面 影 响 只 是 与 颗 粒 的 高 浓 度 暴 露 有 关 , 特 别 是 与 敏 感 体 质 的 人
相 关 。 所 以 任 何 危 险 认 证 不 仅 要 考 虑 毒 性 本 身 而 且 还 要 考 虑 可 能 对 人 群 、 个 人 和 器 官 的 暴
露 问 题 。
目 前 , 只 有 极 少 发 表 了 的 研 究 是 关 于 纳 米 颗 粒 或 纳 米 管 对 人 潜 在 的 负 面 影 响 , 而 且 据
我 们 所 知 只 有 一 例 与 环 境 的 影 响 有 关 。 现 在 与 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 危 害 相 关 的 知 识 间 隙 的 详
细 讨 论 已 在 5.6 节 给 出 。 从 中 我 们 认 识 到 要 发 展 国 际 上 统 一 的 协 议 和 模 式 , 来 例 行 调 查 纳
米 颗 粒 和 纳 米 管 在 户 内 外 对 人 和 非 人 器 官 暴 露 和 致 毒 情 况 , 包 括 对 生 物 积 累 的 调 查 。 由 于
100

不 可 能 来 测 试 所 有 含 各 种 镀 膜 的 不 同 尺 寸 的 纳 米 颗 粒 的 毒 性 , 就 有 必 要 发 展 一 种 模 式 使 结
果 可 以 外 推 并 减 少 测 试 量 。5.6 节 中 我 们 建 议 建 立 一 个 中 心 来 针 对 这 些 知 识 间 隙 进 行 研 究
并 向 管 理 者 提 供 意 见 建 议 。
8.4.2 暴 露
即 使 像 现 在 这 样 , 与 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 生 产 、 使 用 和 废 弃 相 关 的 危 害 程 度 和 产 生 机 制
仍 然 处 于 不 确 定 的 状 态 , 通 过 对 暴 露 严 格 控 制 仍 可 能 对 危 害 进 行 各 个 级 别 的 管 理 。 管 理 过
程 的 历 史 显 示 , 在 为 减 少 暴 露 而 采 取 有 力 行 动 前 , 为 了 解 毒 性 的 具 体 机 制 , 过 去 确 实 采 取
过 延 迟 。 正 如 前 面 案 例 研 究 所 见 , 我 们 看 到 , 现 在 管 理 者 们 对 新 制 造 的 纳 米 颗 粒 制 定 灵 活
可 行 的 步 骤 来 控 制 可 能 的 危 险 而 可 以 不 打 断 它 们 的 发 展 活 动 , 并 且 , 这 些 步 骤 能 用 来 进 一
步 了 解 毒 性 可 能 的 形 成 机 理 。
一 般 地 说 , 球 形 纳 米 颗 粒 所 呈 现 出 的 管 理 问 题 在 实 验 室 纳 米 高 科 技 中 的 管 理 远 没 有 解
决 。 这 样 的 颗 粒 不 只 存 在 于 城 市 大 气 中 而 且 诸 如 日 常 活 动 像 烹 饪 也 会 大 量 地 产 生 。 在 工 业 ,
电 焊 、 焊 接 和 燃 烧 操 作 也 都 会 产 生 纳 米 颗 粒 , 而 且 这 些 目 前 是 按 基 于 质 量 加 以 管 理 的 。 与
之 相 比 , 用 于 颜 料 、 化 妆 品 和 着 色 用 的 钛 和 锌 的 氧 化 物 纳 米 颗 粒 , 这 些 产 品 非 常 有 用 而 不
是 污 染 物 , 对 人 体 也 只 是 包 含 很 少 的 职 业 暴 露 。 不 管 如 何 , 工 人 是 暴 露 于 这 些 物 质 中 的 ,
所 以 问 题 在 于 通 过 按 质 量 的 管 理 还 是 按 其 它 量 度 如 表 面 积 或 数 量 的 管 理 那 个 更 合 适 。 对 以
上 问 题 的 决 定 只 能 取 决 于 深 入 的 免 疫 研 究 、 比 较 不 同 的 测 量 量 度 下 的 健 康 结 果 以 及 结 合 毒
性 研 究 。 在 英 国 缺 乏 定 量 的 免 疫 研 究 使 得 “ 空 气 质 量 标 准 专 家 委 员 会 ” 不 能 于 2000 年 建
议 对 环 境 空 气 颗 粒 使 用 非 质 量 量 度 标 准 , 目 前 在 纳 米 颗 粒 暴 露 可 能 发 生 的 工 业 界 , 仍 没 有
进 行 过 适 当 的 免 疫 研 究 。
在 工 业 界 对 不 同 尺 度 颗 粒 引 起 疾 病 的 相 关 性 识 别 上 有 很 多 困 难 。 我 们 在 5.6 节 简 述 的
研 究 程 序 涉 及 这 个 知 识 间 隙 , 并 且 作 为 管 理 暴 露 限 量 的 基 础 研 究 程 序 是 迫 切 需 要 的 。 但 是 ,
所 有 必 须 进 行 的 研 究 要 考 虑 通 常 于 户 内 户 外 发 现 的 纳 米 颗 粒 的 背 景 本 底 和 复 合 混 合 物 ; 这
一 本 底 很 可 能 掩 盖 了 从 生 产 过 程 中 逃 逸 的 少 量 纳 米 颗 粒 , 而 在 无 污 染 的 超 净 室 里 则 能 被 探
测 。 需 要 发 展 实 用 的 仪 器 可 以 在 纳 米 量 程 内 来 测 量 工 业 和 环 境 尘 埃 的 颗 粒 尺 寸 和 表 面 面
积 , 这 些 尘 埃 颗 粒 可 能 聚 集 形 成 不 规 则 形 状 并 成 为 纳 米 颗 粒 的 本 底 。
在 5.3.1c 节 中 , 我 们 讨 论 了 环 境 空 气 污 染 对 人 体 健 康 的 负 面 影 响 , 并 假 设 纳 米 颗 粒
可 能 在 其 中 起 作 用 。 这 导 致 了 DEFRA, 交 通 部 门 (DfT) 和 其 它 机 构 对 在 环 境 中 飞 行 的 纳
米 颗 粒 进 行 测 量 的 工 作 。 这 包 含 车 辆 排 放 研 究 , 目 前 也 是 按 质 量 标 准 进 行 管 理 的
(DfT2003)。 正 如 飞 行 颗 粒 (DEFRA2001) 报 告 中 讨 论 的 , 重 要 的 论 题 是 什 么 是 对 排 放 毒
性 的 最 好 度 量 。 例 如 , 制 造 商 可 以 错 误 地 通 过 排 放 更 多 的 纳 米 颗 粒 数 量 来 减 少 引 擎 的 总 排
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放 质 量 。 如 果 毒 性 是 由 于 大 量 的 纳 米 颗 粒 数 引 起 的 , 这 就 导 致 了 与 意 愿 相 反 的 负 面 结 果 。
因 为 这 些 问 题 与 空 气 污 染 科 学 领 域 的 活 动 研 究 有 关 , 我 们 建 议 : 希 望 发 展 测 量 和 监 视 飞 行
纳 米 颗 粒 的 研 究 者 和 管 理 者 , 与 那 些 从 事 测 量 从 诸 如 车 辆 排 放 源 引 起 纳 米 污 染 的 研 究 者 管
理 者 相 联 系 。
8.4.3 测 量
由 于 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 的 尺 寸 非 常 小 , 围 绕 物 理 化 学 性 质 的 测 量 有 许 多 技 术 上 的 挑
战 。 与 仔 细 控 制 的 实 验 室 ( 如 使 用 质 量 控 制 和 毒 性 试 验 ) 条 件 相 反 , 挑 战 来 自 于 特 殊 问 题
就 是 测 量 要 求 在 真 实 条 件 下 进 行 。 这 样 , 问 题 源 于 环 境 条 件 的 涨 落 ( 如 风 速 , 温 度 和 湿 度 )
能 改 变 测 量 读 数 , 并 且 环 境 中 已 有 的 本 底 纳 米 颗 粒 ( 如 来 自 于 污 染 ) 可 能 掩 盖 了 令 人 感 兴
趣 的 合 成 纳 米 颗 粒 。
a) 工 作 场 所 中 的 测 量
如 表 4.1 简 述 , 纳 米 颗 粒 的 生 产 率 目 前 估 计 仍 相 当 低 。 但 无 论 如 何 , 需 要 针 对 纳 米 颗
粒 测 量 和 监 测 的 标 准 方 法 来 控 制 对 工 人 的 暴 露 和 评 审 保 护 性 设 备 的 适 用 性 。 如 在 5.6 节 强
调 的 , 最 相 关 的 量 度 很 可 能 不 是 质 量 , 尽 管 这 只 是 一 个 目 前 折 中 的 办 法 。 很 可 能 颗 粒 尺 寸 、
表 面 面 积 、 化 学 活 性 和 形 状 起 到 重 要 作 用 , 所 以 应 该 开 展 这 一 方 面 的 研 究 调 查 。
目 前 存 在 的 仪 器 , 至 少 结 合 在 一 起 的 状 况 下 可 以 能 够 测 量 纳 米 颗 粒 的 全 部 相 关 度 量 。
这 些 仪 器 设 备 常 是 大 型 非 便 携 式 的 、 昂 贵 并 要 求 操 作 员 训 练 有 素 , 所 以 从 经 济 考 虑 只 由 少
量 实 验 室 拥 有 。 但 是 , 类 似 的 上 述 考 虑 在 对 毒 尘 测 量 中 较 少 有 严 格 要 求 , 它 们 更 适 用 于 像
石 棉 和 石 英 的 工 厂 毒 尘 测 量 。 正 常 的 步 骤 为 在 严 格 限 定 的 条 件 下 收 集 样 品 而 随 后 的 分 析 再
到 特 定 实 验 室 进 行 。 这 一 过 程 的 延 伸 要 求 调 查 取 样 技 术 , 即 能 捕 获 和 保 持 代 表 性 样 品 并 与
实 验 室 仪 器 的 测 量 能 力 ( 量 ) 相 一 致 。 也 需 要 发 展 质 量 保 证 计 划 来 管 理 实 验 室 运 行 。
我 们 看 到 与 纳 米 颗 粒 暴 露 测 量 相 关 的 主 要 技 术 挑 战 如 下 :
• 几 何 形 状 : 测 量 无 规 形 状 颗 粒 和 管 。
• 不 同 度 量 的 同 时 测 量 : 有 关 尺 寸 、 表 面 面 积 、 化 学 品 种 等 能 否 同 时 被 测 量 到
• 专 一 性 : 把 感 兴 趣 的 颗 粒 从 背 景 中 识 别 区 分 ( 定 量 ) 的 能 力 。
• 便 携 和 牢 固 性 : 仪 器 能 否 在 工 厂 里 使 用
• 有 效 性 : 测 量 结 果 是 否 有 效 代 表 了 暴 露 条 件
b) 毒 性 研 究 测 量
毒 性 分 析 要 求 对 目 标 物 进 行 剂 量 测 量 , 可 能 目 标 物 是 对 一 个 细 胞 、 一 个 动 物 或 人 。 在
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最 初 始 的 毒 性 研 究 中 一 次 性 或 短 期 内 施 以 较 大 剂 量 , 然 后 用 适 当 的 方 法 来 测 量 颗 粒 质 量 和
数 量 , 并 计 算 在 这 些 情 况 下 的 表 面 积 。 特 殊 的 情 况 下 , 如 皮 肤 穿 透 研 究 或 颗 粒 在 体 内 分 布
研 究 , 需 要 发 展 有 效 和 精 确 的 方 法 , 但 是 在 发 展 仪 器 方 面 我 们 没 有 发 现 特 别 的 问 题 。
c) 测 量 标 准
除 了 为 了 管 理 的 目 的 发 展 测 量 技 术 , 对 纳 米 级 度 量 的 国 际 测 量 标 准 的 需 要 正 在 增 长 。
这 应 该 包 含 但 并 不 局 限 于 诸 如 维 度 、 化 学 组 成 、 力 和 电 荷 。 在 工 厂 监 测 纳 米 颗 粒 也 需 要 有
高 水 平 的 可 溯 源 性 以 保 证 能 严 格 遵 循 任 何 将 来 的 协 议 的 暴 露 标 准 。 我 们 已 经 在 3.3 节 中 考
虑 了 国 际 协 议 标 准 的 要 求 并 建 议 DTI 保 证 这 一 领 域 的 研 究 工 作 有 足 够 资 金 支 持 。
8.5 结 论
纳 米 技 术 的 研 究 、 发 展 和 商 业 化 将 对 广 泛 的 管 理 框 架 产 生 影 响 , 这 包 括 与 工 作 中 健 康
安 全 、 环 境 保 护 、 药 品 许 可 证 和 回 收 产 品 管 理 相 关 的 内 容 。 我 们 相 信 在 可 预 见 的 将 来 , 现
在 有 的 保 护 人 和 环 境 的 管 理 框 架 已 是 足 够 广 泛 可 以 包 容 纳 米 技 术 , 并 不 需 要 一 个 分 立 的 管
理 者 和 管 理 框 架 。 但 是 , 我 们 非 常 有 限 的 案 例 研 究 已 经 证 明 必 须 改 变 现 存 框 架 中 个 别 的 管
理 条 例 或 者 支 持 标 准 , 以 此 来 反 映 出 材 料 在 纳 米 尺 度 下 具 有 新 的 和 增 强 了 的 性 能 , 但 在 一
些 情 况 下 与 具 有 较 大 颗 粒 尺 寸 的 同 种 材 料 相 比 , 有 更 强 的 毒 性 。 工 业 界 还 有 一 个 提 供 信 息
的 角 色 就 是 它 们 如 何 在 安 全 认 证 方 面 包 容 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 的 性 质 。
管 理 者 需 要 考 虑 纳 米 颗 粒 可 能 有 比 同 种 化 学 品 大 颗 粒 具 有 新 和 增 强 的 性 质 。 这 些 可 能
的 影 响 , 并 不 局 限 于 毒 性 、 化 学 或 光 反 应 性 、 持 续 性 、 生 物 聚 集 和 爆 炸 。 我 们 提 供 了 一 些
管 理 团 体 的 例 证 , 他 们 需 要 意 识 到 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 存 在 潜 在 的 危 害 , 而 在 大 尺 度 的 材 料
中 却 不 存 在 这 样 的 危 害 。 在 5.4 节 , 我 们 为 EA 识 别 出 了 一 个 特 别 需 求 , 用 来 防 止 在 医 疗
应 用 方 面 使 用 纳 米 颗 粒 , 直 至 进 一 步 研 究 它 们 对 环 境 的 影 响 完 成 后 , 但 是 EA 的 责 任 将 比
这 个 宽 得 多 。 在 不 远 的 将 来 , 纳 米 颗 粒 可 能 被 使 用 于 食 品 中 , 并 且 诸 如 英 国 食 品 标 准 委 员
会 需 要 研 究 食 入 引 发 的 潜 在 危 险 性 并 考 虑 管 理 的 需 要 。 我 们 建 议 : 所 有 相 关 的 管 理 团 体 考
虑 现 存 的 管 理 条 例 是 否 适 用 于 保 护 人 和 环 境 免 受 在 这 个 报 告 中 简 述 的 危 害 , 并 发 表 他 们 的
评 论 和 他 们 是 如 何 阐 述 管 理 间 隙 细 节 的 。
从 前 面 章 节 已 很 清 楚 , 中 远 期 , 纳 米 技 术 将 在 工 业 的 诸 多 方 面 都 期 待 着 产 生 非 常 巨 大
影 响 。 需 要 管 理 者 在 初 始 阶 段 意 识 到 管 理 规 则 的 发 展 和 含 义 。 例 如 , 纳 米 技 术 可 能 促 进 新
形 式 的 传 感 探 测 和 监 控 , 这 或 许 引 发 有 关 隐 私 的 一 些 考 虑 ( 如 在 6.4 节 讨 论 )。 尽 管 广 泛 地
使 用 纳 米 传 感 器 仍 不 现 实 , 但 这 提 出 了 问 题 , 就 是 现 在 的 用 来 确 保 遵 循 的 管 理 框 架 和 机 制
是 否 可 对 社 会 上 的 人 和 团 体 提 供 适 合 的 保 护 。 这 些 应 是 英 国 的 信 息 委 员 会 办 公 室 要 考 虑 的 。
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目 前 阶 段 是 不 可 能 来 预 见 纳 米 技 术 所 有 可 能 的 应 用 。 所 以 , 我 们 建 议 : 管 理 团 体 和 它
们 相 应 的 顾 问 委 员 会 以 水 平 扫 描 程 序 的 方 式 把 纳 米 技 术 的 未 来 应 用 都 包 含 进 去 , 以 此 来 保
证 任 何 管 理 间 隙 在 适 当 阶 段 都 是 可 被 识 别 的 。 纳 米 技 术 的 识 别 对 新 欧 委 会 SCENIHR 是 一 个
题 目 , 它 指 出 了 在 欧 洲 水 平 上 这 种 要 求 意 识 。 从 我 们 与 英 国 管 理 者 的 会 谈 中 , 很 清 楚 他 们
也 正 在 意 识 到 纳 米 技 术 提 出 的 潜 在 课 题 。 在 第 九 章 , 我 们 考 虑 一 种 机 制 , 通 过 它 对 所 有 新
涌 现 出 的 技 术 的 迅 猛 发 展 都 能 给 与 预 示 。
ETC 团 体 (2003b) 已 经 发 布 公 告 冻 结 实 验 室 的 合 成 纳 米 颗 粒 使 用 , 而 且 绿 色 和 平 组
织 (2004) 号 召 冻 结 把 纳 米 颗 粒 释 放 到 环 境 中 直 到 安 全 证 据 ( 对 环 境 和 人 体 健 康 ) 很 清 楚
为 止 。 我 们 已 经 仔 细 地 考 虑 了 这 些 , 但 是 我 们 相 信 这 些 是 对 新 纳 米 技 术 和 它 们 的 应 用 之 间
的 挑 战 不 适 当 的 反 应 。
对 一 个 合 理 的 冻 结 , 需 要 :(1) 政 治 家 和 管 理 者 已 经 得 到 非 常 大 量 的 科 学 证 据 可 以 保
证 如 此 重 大 的 停 顿 ; 或 者 (2) 纳 米 材 料 发 展 的 一 个 直 接 结 果 会 对 人 体 或 环 境 造 成 严 重 的
或 是 不 可 逆 转 的 损 伤 , 存 有 特 定 的 立 法 和 剧 烈 争 论 , 主 要 决 策 人 在 某 些 程 度 上 达 成 共 识 ,
认 为 一 项 冻 结 法 令 应 当 在 谨 慎 的 基 础 上 执 行 。
然 而 , 我 们 认 为 象 (1) 描 述 的 大 量 证 据 是 不 存 在 的 。 通 过 这 篇 报 告 , 我 们 提 到 这 些
科 学 研 究 已 经 进 入 公 众 范 畴 , 并 且 我 们 已 仔 细 地 评 价 了 他 们 的 发 现 。 尽 管 有 一 些 指 出 ( 仍
需 进 一 步 的 研 究 ) 纳 米 颗 粒 形 式 的 物 质 会 可 能 有 比 大 颗 粒 更 强 的 毒 性 , 他 们 没 有 提 供 任 何
毫 无 争 议 的 证 据 证 明 对 人 体 或 环 境 有 负 面 影 响 。 我 们 的 目 击 者 绝 大 多 数 已 给 出 缺 乏 好 数 据
的 评 价 , 所 以 必 不 可 缺 少 的 是 填 补 那 些 “ 知 识 间 隙 ”。 我 们 已 经 简 述 了 如 何 通 过 建 立 一 个
新 的 中 心 来 调 查 纳 米 颗 粒 的 毒 性 和 暴 露 以 获 得 这 一 “ 知 识 间 隙 ”。
我 们 认 为 在 谨 慎 原 则 基 础 上 的 一 致 同 意 冻 结 的 情 况 也 不 会 存 在 。 像 这 份 报 告 证 明 的 ,
确 实 就 一 般 纳 米 技 术 有 许 多 立 法 和 剧 烈 辩 论 的 考 虑 ( 特 别 是 对 具 体 应 用 ), 但 是 从 这 些 技
术 和 应 用 ( 或 已 进 入 或 即 将 进 入 市 场 ) 看 , 如 果 一 个 严 格 并 全 面 的 管 理 范 畴 能 被 保 证 来 涵
盖 这 些 新 技 术 和 应 用 的 影 响 的 话 , 严 重 或 不 可 逆 转 的 损 伤 危 险 似 乎 对 我 们 还 很 小 。
但 是 , 必 须 承 认 这 一 判 断 是 基 于 目 前 的 知 识 的 , 我 们 已 经 指 出 它 们 还 远 远 不 够 充 分 。
一 些 人 反 驳 认 为 目 前 的 知 识 水 平 还 是 如 此 贫 乏 , 以 至 于 无 论 基 于 新 的 或 是 采 用 已 存 在 的 管
理 条 例 , 都 不 能 够 达 到 公 众 追 求 和 期 望 的 保 护 和 保 障 水 平 , 所 以 需 要 冻 结 。 虽 然 我 们 接 受
有 必 要 在 已 经 存 在 的 管 理 框 架 下 修 改 单 个 管 理 条 例 或 支 持 标 准 , 我 们 已 经 总 结 到 我 们 在 前
边 提 到 的 建 议 中 的 管 理 间 隙 既 不 是 不 可 逾 越 的 , 也 不 是 永 久 的 。
我 们 反 对 冻 结 建 立 在 这 样 的 假 设 下 , 即 政 府 对 能 既 快 又 有 效 地 获 得 一 个 适 当 的 管 理 系
统 将 很 介 意 。 所 以 , 我 们 聚 焦 于 谨 慎 的 建 议 来 保 证 管 理 条 例 反 映 以 下 事 实 即 : 纳 米 颗 粒 材
104

料 有 比 大 颗 粒 材 料 强 的 毒 性 , 并 且 也 已 经 建 议 所 有 相 关 的 管 理 者 在 他 们 涉 及 的 范 围 内 评 价
管 理 条 例 并 保 证 他 们 与 将 来 的 发 展 同 步 。 我 们 在 5.6 节 建 议 的 新 研 究 中 心 部 分 涉 及 到 提 供
情 报 以 便 迅 速 适 宜 地 修 改 管 理 条 例 。
这 些 措 施 的 组 合 效 应 并 非 能 全 部 消 除 对 人 体 健 康 和 环 境 的 负 面 影 响 危 险 性 。 但 是 将 把
这 些 危 险 减 小 到 政 府 和 社 会 授 权 的 新 纳 米 技 术 研 究 所 能 涉 及 到 和 商 业 化 发 展 的 程 度 , 同 时
所 有 期 望 的 经 济 和 社 会 利 益 都 将 从 这 一 发 展 中 产 生 。
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第 九 章 结
论
9.1 纳 米 科 学 与 纳 米 技 术 以 及 它 们 的 工 业 应 用
纳 米 科 学 与 纳 米 技 术 在 生 物 、 化 学 、 物 理 领 域 的 研 究 和 发 展 表 现 得 很 是 令 人 振 奋 。 它
们 被 认 为 有 着 巨 大 的 潜 在 价 值 , 吸 引 了 世 界 上 的 许 多 政 府 以 及 公 司 大 量 的 、 不 断 增 加 的 资
金 投 入 。 我 们 把 纳 米 科 学 定 义 为 在 原 子 、 分 子 、 超 分 子 尺 度 上 研 究 其 现 象 并 且 操 纵 它 们 。
研 究 发 现 小 尺 寸 表 现 出 的 特 性 明 显 不 同 于 大 尺 寸 颗 粒 表 现 的 特 性 。 纳 米 技 术 就 是 在 纳 米 尺
度 上 通 过 控 制 形 状 , 尺 寸 对 材 料 进 行 设 计 、 表 征 、 生 产 并 且 应 用 。 由 于 纳 米 技 术 包 含 非 常
广 泛 的 手 段 、 技 术 和 潜 在 应 用 , 因 此 在 这 份 报 告 中 , 我 们 提 到 纳 米 技 术 这 一 术 语 时 多 使 用
复 数 形 式 。
大 多 数 纳 米 科 学 关 注 的 主 要 是 在 纳 米 尺 度 上 掌 握 材 料 的 特 性 及 减 少 材 料 尺 寸 或 改 变
组 成 结 构 对 材 料 特 性 的 影 响 。 纳 米 尺 度 的 颗 粒 表 现 出 不 同 于 同 种 材 料 大 颗 粒 的 特 性 , 如 电
学 、 光 学 、 磁 学 等 特 性 。 纳 米 科 学 的 确 是 多 学 科 的 , 要 在 纳 米 尺 寸 上 理 解 物 质 的 物 理 、 化
学 性 能 及 形 成 过 程 , 几 乎 涉 及 到 各 个 学 科 , 从 化 学 、 物 理 到 生 物 、 工 程 和 医 药 。 不 同 领 域
研 究 者 的 合 作 可 以 分 享 知 识 、 方 法 和 技 术 。 这 种 研 究 方 式 的 一 些 好 处 是 很 容 易 体 现 的 , 如 :
提 高 催 化 能 力 , 但 大 部 分 需 要 更 长 的 时 间 。
目 前 , 纳 米 技 术 的 例 子 主 要 是 在 表 征 、 精 密 制 造 、 化 学 产 品 和 材 料 方 面 。 在 初 期 , 主
要 表 现 在 小 踏 步 的 前 进 , 一 些 情 况 下 是 现 有 技 术 的 重 新 命 名 。 然 而 , 很 明 显 纳 米 技 术 中 到
长 期 对 很 多 行 业 在 制 造 过 程 中 有 着 潜 在 的 很 大 程 度 的 影 响 。 目 前 , 大 多 数 利 用 纳 米 技 术 实
现 的 产 品 使 用 已 定 位 或 已 植 入 的 纳 米 材 料 , 或 者 大 物 体 上 纳 米 尺 度 的 区 域 ( 例 如 电 子 器
件 ), 这 些 在 最 终 产 品 的 只 占 很 小 一 部 分 。 其 它 应 用 使 用 的 是 游 离 ( 但 有 时 是 涂 层 ) 的 纳
米 颗 粒 , 这 样 有 时 可 以 与 人 和 环 境 联 系 起 来 。 以 纳 米 颗 粒 形 式 存 在 的 化 学 产 品 中 , 金 属 氧
化 物 ( 如 二 氧 化 钛 、 氧 化 锌 、 氧 化 铁 ) 占 统 治 地 位 , 被 应 用 于 护 肤 品 、 电 池 和 催 化 剂 。 一
些 少 量 的 碳 纳 米 管 被 制 造 并 使 用 着 。 例 如 , 应 用 它 们 的 电 传 导 性 实 现 抗 静 电 包 装 。 我 们 虽
然 预 计 对 纳 米 材 料 和 纳 米 管 的 需 求 将 持 续 增 长 , 工 业 界 的 长 期 焦 点 主 要 是 希 望 应 用 一 些 具
有 特 殊 性 能 的 材 料 , 这 些 特 性 可 以 广 泛 地 应 用 到 电 子 、 化 学 药 品 、 交 通 和 消 费 产 品 等 方 面 。
然 而 , 这 种 纳 米 制 造 业 实 质 上 还 没 有 真 正 开 始 , 将 需 要 几 十 年 才 会 成 熟 。
我 们 尽 可 能 预 测 纳 米 技 术 什 么 时 候 将 会 实 现 , 但 是 给 出 具 体 的 时 间 表 是 很 困 难 的 , 因
为 大 多 数 都 还 处 于 开 发 初 期 。 而 且 , 除 非 有 市 场 需 求 , 否 则 潜 在 的 产 品 及 其 应 用 是 不 可 能
实 现 的 。 如 果 没 有 能 够 规 模 化 生 产 、 确 保 最 终 产 品 仍 保 持 纳 米 尺 寸 材 料 特 性 , 并 有 效 降 低
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成 本 的 制 造 技 术 , 利 用 纳 米 技 术 是 不 可 能 制 造 出 产 品 和 设 备 的 。 因 而 , 要 实 现 这 份 报 告 中
谈 到 的 应 用 , 就 要 求 研 发 部 门 和 纳 米 制 造 业 相 互 合 作 , 还 要 有 科 学 家 和 工 程 技 术 人 员 所 提
供 的 各 学 科 的 相 关 技 术 。 虽 然 一 些 应 用 可 能 永 远 都 不 会 实 现 , 但 同 时 一 些 不 曾 预 料 的 学 术
上 的 突 破 可 能 导 致 纳 米 技 术 在 我 们 时 代 不 可 预 见 的 快 速 发 展 。
纳 米 技 术 对 于 许 多 行 业 中 的 许 多 方 面 的 应 用 有 着 潜 在 的 中 长 期 影 响 。 一 些 人 夸 大 这 种
潜 在 的 好 处 , 而 另 外 一 些 人 则 夸 大 这 种 潜 在 的 危 害 性 。 不 科 学 的 言 论 , 无 论 是 夸 大 他 的 好
处 还 是 坏 处 , 都 对 该 领 域 造 成 误 解 。 在 这 份 报 告 中 , 我 们 试 图 区 分 这 种 过 度 夸 张 与 可 能 实
现 的 希 望 及 关 注 。 例 如 , 有 人 主 张 纳 米 技 术 的 应 用 给 环 境 带 来 巨 大 的 好 处 。 我 们 建 议 采 用
生 命 周 期 的 方 法 去 评 价 这 些 主 张 , 保 证 由 使 用 纳 米 产 品 节 省 的 资 源 消 费 不 会 被 其 他 阶 段 的
资 源 消 费 的 增 加 所 抵 消 。
9.2 健 康 、 安 全 、 环 境 风 险 及 危 害
纳 米 技 术 的 许 多 应 用 并 没 有 引 起 新 的 健 康 、 安 全 方 面 的 风 险 —— 例 如 , 开 发 具 有 纳 米
尺 度 部 件 的 计 算 机 芯 片 。 目 前 , 我 们 看 到 的 纳 米 技 术 在 健 康 、 安 全 、 环 境 方 面 的 危 害 主 要
局 限 在 人 造 的 游 离 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 而 不 是 植 入 内 部 的 纳 米 材 料 。 由 于 它 们 的 物 理 、 化 学
特 性 不 同 于 同 种 材 料 大 尺 寸 颗 粒 的 特 性 , 工 业 界 开 始 开 发 并 研 究 它 们 ; 但 是 应 该 强 调 游 离
纳 米 颗 粒 及 纳 米 管 只 代 表 纳 米 技 术 的 很 小 一 部 分 , 而 且 目 前 在 工 作 场 所 之 外 基 本 上 没 有 暴
露 。 要 评 定 和 管 理 任 何 风 险 , 首 先 必 须 了 解 它 的 危 害 性 及 暴 露 途 径 。
我 们 评 估 的 线 索 表 明 , 单 位 数 量 的 一 些 人 造 的 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 的 毒 性 很 可 能 比 同 种
化 学 药 品 大 颗 粒 的 毒 性 大 , 因 此 具 有 更 大 的 风 险 。 纳 米 颗 粒 毒 性 的 基 本 机 制 可 能 没 有 什 么
不 同 。 通 过 释 放 一 定 剂 量 自 由 基 引 起 炎 症 的 能 力 足 以 克 服 人 体 的 自 然 防 御 。 然 而 , 差 异 主
要 来 自 于 两 个 尺 寸 依 赖 因 素 : 相 同 数 量 纳 米 颗 粒 有 相 应 大 的 表 面 积 , 它 们 可 能 以 不 同 的 方
式 很 容 易 的 渗 入 细 胞 内 。 要 引 起 危 害 , 这 些 纳 米 颗 粒 必 须 以 一 定 的 形 式 、 数 量 与 人 类 或 环
境 相 作 用 。 目 前 , 人 类 暴 露 在 人 造 纳 米 颗 粒 及 纳 米 管 下 的 风 险 主 要 是 在 一 些 工 作 场 所 ( 包
括 学 术 研 究 室 ) 和 通 过 使 用 包 括 少 量 游 离 纳 米 颗 粒 的 护 肤 品 。 然 而 , 由 于 目 前 缺 少 可 用 的
研 究 方 法 , 还 不 能 完 全 预 测 出 这 种 危 害 性 。
人 类 吸 入 很 多 由 燃 烧 产 生 的 纳 米 颗 粒 污 染 ( 每 吸 一 下 有 上 百 万 )。 最 近 几 十 年 已 表 明 ,
但 还 没 有 确 证 , 暴 露 在 污 染 的 空 气 中 和 一 些 疾 病 尤 其 是 心 脏 病 和 肺 病 有 一 定 的 关 系 。 工 业
中 暴 露 在 纤 维 中 , 如 石 棉 被 认 为 会 引 起 严 重 的 疾 病 如 癌 症 。 纳 米 管 具 有 能 够 引 起 类 似 毒 性
的 物 理 特 性 , 虽 然 初 步 研 究 认 为 它 们 不 容 易 以 纤 维 的 形 式 逃 逸 到 空 气 中 去 。 人 们 已 经 掌 握
了 很 多 关 于 石 棉 和 污 染 空 气 的 纳 米 颗 粒 毒 理 学 的 信 息 , 现 在 已 可 以 合 理 的 预 测 新 的 人 造 纳
米 颗 粒 的 影 响 , 只 要 它 们 是 由 低 的 毒 性 和 低 的 可 溶 性 的 物 质 所 组 成 。 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 的
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形 状 和 表 层 也 会 影 响 到 它 的 毒 性 。 把 低 毒 性 和 低 可 溶 度 的 人 造 纳 米 颗 粒 ( 这 份 报 告 中 提 到
的 材 料 的 特 性 ) 大 量 引 入 人 体 以 使 其 造 成 类 似 于 空 气 污 染 或 石 棉 的 危 害 是 不 可 能 的 。 然 而 ,
( 取 决 于 制 造 工 艺 、 储 藏 手 段 、 传 输 方 式 或 组 合 于 产 品 中 ) 在 一 定 工 作 场 所 吸 入 大 量 的 纳
米 粉 末 是 很 可 能 的 。
目 前 , 皮 肤 暴 露 主 要 是 通 过 使 用 化 妆 品 , 如 使 用 包 含 一 定 数 量 二 氧 化 钛 纳 米 颗 粒 的 防
晒 霜 。 这 里 要 讨 论 的 问 题 就 是 它 们 是 否 能 渗 入 保 护 皮 层 且 产 生 自 由 基 损 坏 细 胞 从 而 引 起 破
坏 。 开 始 化 妆 品 中 常 用 的 纳 米 颗 粒 在 公 开 领 域 几 乎 没 有 证 据 说 明 它 们 如 何 渗 入 皮 肤 。 虽 然
相 关 科 学 顾 问 委 员 会 没 有 充 分 的 证 据 显 示 氧 化 锌 有 可 能 会 渗 入 皮 层 , 但 可 以 证 明 二 氧 化 钛
的 纳 米 颗 粒 不 会 渗 入 皮 层 。 现 在 仍 然 不 清 楚 如 果 将 化 妆 品 用 在 被 太 阳 损 坏 的 皮 肤 上 ( 如 在
防 晒 霜 的 使 用 中 ) 或 者 像 湿 疹 等 患 者 身 上 , 纳 米 颗 粒 渗 入 皮 肤 的 能 力 是 否 将 增 强 。 我 们 被
建 议 进 一 步 研 究 人 造 纳 米 颗 粒 渗 入 皮 肤 的 能 力 , 并 把 现 有 的 工 业 界 收 集 到 的 信 息 公 诸 于
众 。
我 们 现 在 没 有 证 据 来 对 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 对 环 境 潜 在 影 响 做 出 评 估 。 由 于 反 对 在 实 验
室 动 物 ( 用 于 评 估 对 人 类 毒 性 ) 和 在 某 一 类 型 的 鱼 上 进 行 试 验 , 因 此 几 乎 没 有 关 于 纳 米 颗
粒 对 非 人 类 物 种 影 响 的 有 用 信 息 。 而 且 , 由 于 缺 乏 对 纳 米 颗 粒 在 空 气 、 水 、 土 地 和 其 它 环
境 物 体 中 行 为 的 研 究 文 章 , 因 此 对 暴 露 方 式 的 评 估 是 很 困 难 的 。 存 在 于 环 境 中 的 纳 米 颗 粒
和 纳 米 管 或 有 毒 物 质 在 生 物 体 内 积 累 将 增 加 其 危 害 性 , 应 对 其 进 行 研 究 、 调 查 来 阻 止 这 种
危 害 性 。 我 们 建 议 在 不 确 定 的 因 素 减 少 之 前 , 应 该 将 向 环 境 中 释 放 的 纳 米 颗 粒 量 降 低 到 最
小 。 我 们 关 注 的 焦 点 主 要 是 人 造 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 的 最 大 的 潜 在 来 源 , 并 建 议 在 有 足 够 的
反 证 之 前 , 工 厂 和 研 究 实 验 室 应 该 把 人 造 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 视 为 危 险 的 东 西 并 尽 可 能 减 少
在 废 水 中 的 排 放 量 。 而 且 , 我 们 建 议 为 了 补 救 , 应 禁 止 向 环 境 中 释 放 游 离 的 人 造 纳 米 颗 粒
( 这 在 美 国 已 经 可 以 人 为 控 制 ), 直 到 有 足 够 信 息 来 评 价 它 的 潜 在 坏 处 和 好 处 。
纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 的 广 泛 使 用 是 将 其 固 定 在 产 品 中 。 如 果 没 有 这 种 颗 粒 可 能 以 什 么 样
的 速 率 向 外 释 放 的 信 息 , 去 评 估 它 是 否 将 是 一 种 暴 露 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 的 有 效 来 源 是 不 可
能 的 。 因 为 固 定 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 的 方 法 是 保 密 的 , 我 们 认 为 工 业 界 有 责 任 去 评 价 产 品 在
整 个 使 用 寿 命 中 ( 包 括 在 产 品 报 废 时 ) 纳 米 颗 粒 的 释 放 量 并 把 这 些 信 息 提 供 给 法 规 制 定 人 。
在 一 些 行 业 中 易 燃 物 质 粉 尘 的 爆 炸 也 是 一 种 潜 在 的 危 险 。 一 些 证 据 表 明 , 由 于 大 的 比
表 面 积 和 表 面 能 , 易 燃 纳 米 颗 粒 可 能 会 增 加 爆 炸 的 危 险 性 。 在 适 当 评 价 这 种 风 险 性 之 前 ,
采 用 一 定 的 方 法 避 免 大 量 纳 米 颗 粒 变 成 粉 尘 从 而 控 制 这 种 风 险 。
我 们 关 于 健 康 、 安 全 和 环 境 影 响 方 面 的 结 论 只 能 依 据 于 纳 米 颗 粒 毒 理 学 和 流 行 病 及 纳
米 颗 粒 在 空 气 、 水 和 泥 土 中 的 行 为 , 包 括 爆 炸 的 危 险 性 方 面 的 不 完 善 的 信 息 。 目 前 , 在 生
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产 中 有 些 关 于 纳 米 颗 粒 风 险 的 不 确 定 的 信 息 需 要 立 刻 处 理 以 保 证 工 人 和 消 费 者 的 安 全 , 以
符 合 某 些 法 规 的 决 定 。 在 第 五 和 第 八 章 中 我 们 已 经 确 定 了 一 系 列 关 于 降 低 毒 性 和 纳 米 颗 粒
暴 露 方 式 的 不 确 定 性 的 研 究 目 标 并 开 发 一 些 在 监 测 人 造 和 自 然 环 境 的 仪 器 学 和 方 法 学 。 我
们 认 为 应 该 建 立 一 个 依 据 于 现 存 的 研 究 组 或 研 究 中 心 的 专 门 研 究 机 构 。 我 们 对 纳 米 颗 粒 毒
理 学 的 初 步 估 计 主 要 是 依 据 那 些 由 低 毒 性 和 低 溶 解 度 物 质 所 组 成 的 已 成 型 的 化 学 产 品 。 将
来 , 用 来 合 成 纳 米 颗 粒 的 表 面 化 学 可 能 致 使 它 有 更 多 的 毒 性 或 更 容 易 克 服 人 体 的 自 然 防
御 。 该 研 究 中 心 要 确 保 关 于 纳 米 颗 粒 对 健 康 、 安 全 和 环 境 危 害 性 的 理 解 跟 上 这 个 领 域 发 展
的 步 伐 , 在 纳 米 材 料 安 全 性 测 试 方 面 将 会 变 成 一 个 资 金 自 给 的 研 究 中 心 。
9.3 社 会 和 伦 理 问 题
对 于 健 康 、 安 全 和 环 境 的 关 注 , 焦 点 几 乎 只 集 中 在 纳 米 技 术 的 一 小 部 分 , 社 会 和 民 众
的 关 注 几 乎 涵 盖 了 纳 米 科 学 和 纳 米 技 术 的 所 有 领 域 , 从 关 心 研 究 的 战 略 方 针 ( 投 资 ) 到 与
纳 米 技 术 相 关 的 一 些 具 体 应 用 。 我 们 希 望 纳 米 科 学 和 纳 米 技 术 的 一 些 发 展 将 会 引 起 社 会 和
民 众 广 泛 的 关 注 , 尤 其 是 中 期 (5-15 年 ) 和 长 期 ( 多 于 20 年 )。 依 赖 于 经 济 和 纳 米 技 术
相 应 政 策 ( 尚 不 知 道 的 ) 的 影 响 , 其 中 一 些 是 关 于 纳 米 技 术 的 管 理 政 策 , 这 关 系 到 谁 去 决
定 和 管 理 它 的 发 展 , 谁 会 从 它 们 的 开 发 中 受 益 。 纳 米 技 术 的 一 些 方 面 , 包 括 处 理 操 纵 材 料
的 基 本 组 成 部 分 的 潜 在 能 力 唤 起 了 一 些 新 问 题 , 在 生 物 技 术 的 发 展 中 也 遇 到 类 似 的 问 题 。
因 为 纳 米 技 术 本 质 上 是 一 种 可 行 的 技 术 , 所 以 至 少 短 期 来 看 , 社 会 和 民 众 关 注 的 问 题
和 其 它 技 术 在 应 用 时 所 面 对 的 很 相 似 , 这 并 不 令 人 惊 奇 。 以 过 去 一 些 存 在 争 议 的 技 术 的 经
验 表 明 , 即 使 这 些 问 题 不 是 在 纳 米 技 术 中 唯 一 出 现 的 但 也 应 该 认 真 对 待 。 因 此 , 我 们 建 议
研 究 理 事 会 和 AHRB 委 员 会 对 在 这 份 报 告 中 提 到 的 社 会 和 民 众 关 心 的 潜 在 问 题 做 进 一 步 的
研 究 。 这 也 需 要 在 新 技 术 领 域 工 作 的 研 究 工 作 者 在 他 们 的 工 作 中 考 虑 到 社 会 和 民 众 所 提 到
的 问 题 , 并 建 议 把 这 作 为 对 研 究 工 作 者 的 训 练 的 一 部 分 。
长 远 来 说 , 我 们 认 为 增 加 信 息 的 收 集 会 对 公 民 自 由 产 生 影 响 ( 如 纳 米 技 术 中 复 合 传 感
器 的 发 展 )。 期 待 中 的 纳 米 技 术 与 IT 的 合 作 可 以 用 来 设 计 设 备 来 增 强 个 人 安 全 , 但 同 时 也
可 能 会 用 于 限 制 一 些 个 人 隐 私 。 科 学 推 测 预 计 将 来 纳 米 技 术 、 生 物 技 术 、 信 息 和 认 知 科 学
会 紧 密 联 系 起 来 , 用 来 飞 快 的 增 强 人 类 的 基 本 功 能 。 现 在 人 们 陷 入 了 对 遥 远 未 来 和 科 学 的
虚 构 中 , 但 如 果 一 些 推 测 被 实 现 , 这 将 会 引 起 一 些 根 本 的 独 特 的 社 会 和 伦 理 问 题 。 我 们 需
要 监 控 纳 米 技 术 将 来 的 发 展 , 来 判 定 它 是 否 会 引 发 在 这 份 报 告 中 没 有 预 测 到 的 对 社 会 和 民
众 的 影 响 。 这 一 章 的 后 部 分 , 我 们 将 考 虑 怎 样 推 动 纳 米 技 术 (9.6 部 分 ) 和 一 些 新 出 现 技
术 (9.7 部 分 ) 的 发 展 。
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9.4 风 险 承 担 者 与 公 众 会 话
就 像 我 们 所 看 到 的 英 国 的 基 因 改 造 的 (GM) 农 作 物 和 食 物 , 在 实 现 技 术 的 潜 在 能 力 时 ,
公 众 的 态 度 起 到 至 关 重 要 的 作 用 。 我 们 委 托 做 的 公 众 态 度 调 查 结 果 显 示 英 国 民 众 对 纳 米 技
术 的 了 解 程 度 非 常 少 , 以 后 的 几 年 中 对 于 纳 米 技 术 态 度 如 何 形 成 会 很 重 要 。 工 厂 里 许 多 参
与 者 热 心 的 关 注 纳 米 技 术 可 能 会 给 他 们 以 及 其 他 的 人 带 来 好 处 。 但 是 他 们 也 问 及 纳 米 科 技
对 健 康 、 安 全 和 环 境 的 长 期 影 响 , 并 对 核 能 和 遗 传 变 异 等 一 些 问 题 也 做 出 了 比 较 。 公 共 机
构 的 作 用 及 其 行 为 也 受 到 了 关 注 , 尤 其 是 最 终 可 以 信 任 谁 去 控 制 和 管 理 纳 米 技 术 。
据 我 们 所 知 , 这 里 定 性 研 究 会 的 报 告 , 在 已 发 表 的 文 献 中 代 表 了 第 一 个 关 于 纳 米 技 术
的 民 众 态 度 的 深 度 定 性 调 查 。 它 们 提 供 了 有 价 值 的 线 索 , 了 解 了 普 通 社 会 和 民 众 可 能 会 提
出 的 关 于 纳 米 技 术 的 更 广 泛 的 社 会 和 伦 理 问 题 , 但 却 是 有 限 的 。 因 此 , 我 们 建 议 研 究 理 事
会 不 断 投 入 更 多 的 资 金 广 泛 研 究 民 众 对 于 纳 米 技 术 的 态 度 , 并 安 排 下 将 来 与 民 众 的 对 话 。
在 确 立 观 点 形 成 之 前 , 因 为 纳 米 技 术 是 新 生 技 术 , 所 以 有 机 会 产 生 有 建 设 性 和 前 瞻 性
的 辩 论 。 我 们 很 乐 意 开 展 广 泛 的 公 众 对 话 和 关 于 纳 米 技 术 对 社 会 和 民 众 影 响 的 辩 论 , 因 此 ,
我 们 建 议 政 府 应 该 加 大 投 入 资 金 用 于 公 众 对 于 纳 米 技 术 发 展 的 对 话 。 一 些 机 构 可 以 推 进 此
方 面 的 对 话 , 包 括 像 英 国 科 学 促 进 会 、 国 家 科 学 院 、 有 公 众 参 与 经 验 的 主 要 慈 善 机 构 。 工
业 界 也 应 该 组 织 一 些 公 众 对 话 。 我 们 就 公 众 对 于 政 府 在 早 期 对 话 时 所 处 的 适 当 的 位 置 这 一
突 出 问 题 的 态 度 进 行 研 究 , 如 谁 能 确 保 纳 米 技 术 以 一 种 对 社 会 有 益 的 方 式 发 展 。 假 若 研 究
中 心 投 入 资 金 在 纳 米 技 术 方 面 , 将 会 被 要 求 就 这 一 问 题 进 行 对 话 。
纳 米 技 术 可 能 引 起 许 多 问 题 , 因 此 以 单 一 公 众 对 话 的 方 式 去 对 待 是 不 恰 当 的 。 对 于 专
门 的 问 题 , 需 要 考 虑 会 话 的 具 体 方 式 , 也 要 征 得 相 关 的 相 互 独 立 的 风 险 承 担 者 和 专 家 们 的
同 意 。 最 后 , 还 必 须 对 对 话 做 出 恰 当 的 评 价 , 以 便 建 立 好 的 公 众 对 话 方 式 。
9.5 法 规 制 度
恰 当 的 、 灵 活 的 法 规 ( 有 科 学 证 据 的 信 息 ) 可 以 保 护 消 费 者 、 工 人 、 企 业 和 环 境 , 而
且 还 会 让 公 众 信 任 新 技 术 。 我 们 认 为 纳 米 技 术 的 研 究 、 发 展 和 工 业 应 用 将 会 影 响 不 同 领 域
的 法 规 , 包 括 工 作 中 的 健 康 与 安 全 、 环 境 保 护 、 医 药 许 可 和 在 产 品 报 废 时 的 管 理 。 我 们 认
为 在 短 期 内 , 纳 米 技 术 范 围 现 有 的 法 规 制 定 的 框 架 是 足 够 的 , 单 独 的 法 规 制 定 人 或 法 规 制
定 框 架 是 没 必 要 的 。 虽 然 许 多 纳 米 技 术 与 现 存 的 法 规 律 是 相 适 的 , 但 仍 然 有 必 要 在 现 存 的
框 架 中 修 改 一 些 法 规 来 反 映 游 离 的 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 所 带 来 的 危 害 。 我 们 研 究 的 几 例 就 是
阐 明 怎 样 用 适 当 的 调 整 法 规 , 来 反 映 以 纳 米 颗 粒 形 式 存 在 的 物 质 的 安 全 性 , 这 种 性 质 不 是
由 大 颗 粒 的 危 害 性 推 出 的 。 选 择 这 些 例 子 是 因 为 在 研 究 中 发 现 了 问 题 , 大 多 数 情 况 下 与 在
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短 、 中 期 有 可 能 的 会 暴 露 有 关 。
我 们 认 为 应 该 区 别 对 待 以 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 形 式 存 在 的 化 学 品 与 以 大 颗 粒 的 形 式 存
在 的 产 品 。 考 虑 到 由 于 大 的 比 表 面 积 单 位 数 量 的 纳 米 颗 粒 会 有 着 更 大 的 毒 性 , 以 质 量 为 依
据 来 考 虑 纳 米 颗 粒 及 纳 米 管 暴 露 的 规 定 可 能 是 不 恰 当 的 。 目 前 , 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 暴 露 的
主 要 来 源 是 在 工 作 场 所 吸 入 的 。HSE 收 集 了 现 有 的 大 量 法 规 来 评 估 和 控 制 工 作 场 所 纳 米 颗
粒 及 纳 米 管 的 暴 露 量 , 我 们 建 议 对 于 以 这 种 形 式 存 在 的 化 学 品 主 要 就 是 降 低 向 外 释 放 。 而
且 , 还 需 要 评 价 与 之 相 联 系 的 意 外 暴 露 。
在 现 在 的 英 国 化 学 品 规 定 (NONS) 和 被 提 议 的 取 代 它 的 在 欧 洲 规 定 (REACH) 的 协 商 下 ,
对 已 经 以 纳 米 颗 粒 存 在 的 现 存 物 质 的 产 品 没 必 要 进 行 更 多 的 测 试 。 我 们 建 议 可 以 把 纳 米 颗
粒 视 为 一 种 新 的 物 质 来 处 理 这 种 法 规 上 的 差 距 , 这 样 就 要 求 在 NONS 和 REACH 下 进 行 额 外
的 测 试 。 随 着 更 多 的 纳 米 颗 粒 毒 性 信 息 的 出 现 , 我 们 应 该 考 虑 在 NONS 和 REACH 要 求 的 毒
性 测 试 和 必 须 进 行 这 项 测 试 所 需 最 少 产 品 数 量 是 否 适 于 这 些 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 。
在 欧 盟 化 妆 品 法 规 下 , 只 要 化 学 产 品 没 有 在 被 禁 止 或 限 制 使 用 的 名 单 中 , 成 分 ( 包 括
纳 米 颗 粒 形 式 ) 能 被 用 于 没 有 得 到 预 先 准 许 的 很 多 使 用 中 。 假 若 我 们 关 注 的 焦 点 是 如 果 纳
米 颗 粒 渗 入 皮 肤 中 它 的 毒 性 的 问 题 , 我 们 建 议 产 品 应 该 在 欧 洲 委 员 会 (EC) 科 学 安 全 顾 问
委 员 会 的 相 应 许 可 下 使 用 。 因 此 , 二 氧 化 钛 纳 米 颗 粒 是 允 许 使 用 的 ( 因 为 文 中 已 经 评 估 出
在 防 御 紫 外 线 的 安 全 性 使 用 )。 但 比 如 像 氧 化 锌 、 氧 化 铁 纳 米 颗 粒 的 化 学 药 品 ( 制 造 商 希
望 在 欧 洲 使 用 ) 尚 需 要 等 待 一 个 安 全 评 估 。 而 且 , 考 虑 到 我 们 关 心 的 问 题 是 纳 米 颗 粒 渗 入
皮 肤 对 皮 肤 潜 在 的 危 害 , 安 全 顾 问 委 员 会 应 该 考 虑 有 选 择 性 的 引 入 用 动 物 进 行 纳 米 颗 粒 安
全 性 的 测 试 是 否 合 适 。 根 据 我 们 确 认 的 法 规 差 距 , 我 们 也 建 议 欧 委 会 ( 由 英 国 支 持 , 科 学
顾 问 委 员 会 提 供 信 息 ) 把 纳 米 颗 粒 评 价 机 制 的 法 规 引 入 不 只 是 化 妆 品 消 费 品 中 。 类 似 的 ,
我 们 建 议 在 使 用 纳 米 颗 粒 的 医 学 、 医 疗 器 械 方 面 也 对 法 规 进 行 评 价 。
虽 然 我 们 认 为 纳 米 颗 粒 或 纳 米 管 从 它 们 所 被 固 定 的 材 料 中 释 放 出 来 的 可 能 性 很 小 , 但
我 们 可 以 注 意 到 在 处 理 、 破 坏 和 循 环 利 用 时 暴 露 的 风 险 性 却 是 最 大 的 。 在 欧 洲 “ 召 回 方 针 ”
下 , 工 业 界 在 恢 复 使 用 产 品 , 循 环 利 用 材 料 或 使 用 汽 车 和 电 子 设 备 上 各 部 件 重 新 组 成 的 产
品 等 方 面 有 一 定 的 责 任 , 这 两 个 产 业 被 认 为 将 要 使 用 包 含 有 固 定 纳 米 颗 粒 的 材 料 。 我 们 建
议 : 这 些 产 业 应 该 公 布 如 何 实 现 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 对 人 类 和 环 境 暴 露 最 小 量 的 控 制 程 序 的
框 架 。 为 了 避 免 报 废 后 的 颗 粒 释 放 , 应 形 成 设 计 和 发 明 所 有 含 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 植 入 的 所
有 组 分 中 的 一 个 不 可 或 缺 的 部 分 。
很 多 情 况 下 , 决 定 对 于 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 的 特 殊 风 险 的 法 规 的 调 整 , 需 要 比 目 前 有 的
它 们 给 人 类 和 环 境 的 风 险 更 多 信 息 , 更 好 的 理 解 暴 露 的 途 径 。 法 规 的 执 行 将 要 求 适 当 的 测
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量 技 术 去 监 控 暴 露 。 我 们 建 议 研 究 中 心 需 着 手 解 决 毒 性 学 和 纳 米 颗 粒 与 纳 米 管 的 流 行 病 学
这 些 知 识 空 白 , 还 有 一 个 功 能 就 是 有 机 会 建 议 法 规 制 定 人 去 影 响 中 心 的 研 究 方 向 。 我 们 也
发 现 需 要 充 足 的 资 金 在 纳 米 尺 度 上 发 展 一 个 公 认 的 标 准 , 使 其 能 被 用 于 校 准 实 验 装 置 , 这
是 对 法 规 制 定 者 和 企 业 的 品 质 保 证 者 的 一 个 要 求 。
安 全 性 评 估 的 透 明 度 对 新 的 和 对 人 类 健 康 及 环 境 有 危 险 的 领 域 都 是 很 重 要 的 。 评 定 消
费 产 品 安 全 性 的 责 任 取 决 于 制 造 商 , 因 为 一 些 信 息 可 能 没 有 公 布 于 众 。 因 此 , 我 们 建 议 科
学 顾 问 委 员 会 在 考 虑 成 分 的 安 全 性 所 涉 及 到 的 一 些 条 款 中 , 应 该 要 求 将 所 有 有 关 安 全 性 评
估 的 数 据 提 供 给 公 众 。 同 时 , 我 们 也 建 议 那 些 在 包 含 有 纳 米 颗 粒 的 化 妆 品 制 造 商 们 , 公 布
关 于 他 们 如 何 考 虑 在 其 安 全 报 告 中 以 方 法 学 来 论 述 以 纳 米 颗 粒 形 式 存 在 的 成 分 的 新 特 性 。
因 为 我 们 认 为 纳 米 颗 粒 应 该 被 视 为 一 种 新 的 化 学 物 质 , 我 们 建 议 以 纳 米 颗 粒 存 在 的 成 分 在
消 费 产 品 和 预 成 品 的 成 分 清 单 中 应 该 列 出 。 这 是 基 于 透 明 度 标 注 的 一 个 附 加 条 款 。
在 研 究 过 程 中 , 我 们 检 查 了 几 个 关 键 领 域 的 一 些 法 规 的 适 当 性 。 我 们 建 议 所 有 的 法 规
制 定 机 构 让 他 们 回 顾 各 自 范 围 内 现 有 的 法 规 下 纳 米 技 术 的 发 展 所 带 来 的 结 果 , 并 把 结 果 公
诸 于 众 。 我 们 关 注 法 规 的 焦 点 主 要 在 当 前 和 近 期 纳 米 技 术 的 应 用 , 尤 其 是 纳 米 颗 粒 和 纳 米
管 方 面 。 纳 米 技 术 将 来 的 应 用 将 会 影 响 到 其 它 领 域 的 法 规 。 例 如 , 应 用 纳 米 技 术 的 先 进 传
感 器 将 可 能 是 对 保 密 规 则 的 一 大 挑 战 。 我 们 也 建 议 法 规 制 定 人 和 它 们 各 自 的 顾 问 委 员 会 在
他 们 基 础 调 查 研 究 程 序 中 把 纳 米 技 术 将 来 的 应 用 包 括 在 内 。 我 们 很 高 兴 听 到 一 个 新 的 欧 共
体 科 学 安 全 顾 问 委 员 会 就 新 技 术 , 包 括 纳 米 技 术 对 消 费 产 品 带 来 的 风 险 进 行 检 查 。
我 们 考 虑 过 号 召 冻 结 发 展 和 发 布 新 纳 米 材 料 。 我 们 认 为 既 没 有 大 量 科 学 证 据 也 没 有 民
意 基 础 来 证 明 这 样 做 是 合 理 合 法 的 。 我 们 建 议 当 不 能 确 定 由 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 所 引 起 的 危
害 性 时 , 应 采 取 减 少 暴 露 量 的 方 法 , 而 不 是 冻 结 。
9.6 纳 米 技 术 的 发 展 责 任
纳 米 科 学 和 纳 米 技 术 有 巨 大 的 潜 力 。 纳 米 技 术 和 它 的 应 用 将 可 能 在 安 全 、 法 规 和 伦 理
范 畴 引 起 新 的 挑 战 。 如 果 要 实 现 它 们 的 潜 力 将 需 要 社 会 辩 论 。 执 行 我 们 的 建 议 将 要 着 手 于
潜 在 的 伦 理 、 社 会 、 健 康 、 环 境 、 安 全 和 法 规 的 影 响 , 保 证 纳 米 技 术 以 一 种 安 全 、 社 会 所
希 望 的 方 式 发 展 。 就 像 部 分 政 府 对 发 展 纳 米 技 术 责 任 的 承 诺 , 我 们 建 议 科 学 技 术 办 公 委 员
会 在 两 到 五 年 时 间 内 委 任 这 样 一 个 独 立 的 小 组 , 评 价 我 们 哪 些 建 议 已 被 付 诸 实 施 , 去 评 价
在 过 渡 时 期 科 学 和 工 程 应 该 怎 样 发 展 , 伦 理 、 社 会 、 健 康 、 环 境 、 安 全 和 法 规 将 发 展 成 什
么 样 这 个 小 组 应 该 是 一 个 由 相 关 的 风 险 承 担 者 的 小 组 的 代 表 所 组 成 , 并 向 相 关 的 风 险 承
担 者 的 小 组 咨 询 。 它 的 报 告 应 该 是 对 公 众 公 开 的 。 研 究 院 也 应 该 监 控 这 些 建 议 的 执 行 , 当
然 也 应 参 与 其 中 。
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就 像 英 国 的 农 业 、 环 境 生 物 技 术 委 员 会 一 样 , 该 工 作 组 应 该 考 虑 组 建 纳 米 技 术 委 员 会
有 一 定 的 报 酬 , 将 持 续 监 控 纳 米 技 术 的 出 现 和 它 们 一 些 有 关 的 建 议 。 但 是 , 大 多 数 工 作 者
认 为 , 为 了 保 持 平 衡 , 在 这 时 确 定 这 样 一 个 委 员 会 是 不 恰 当 的 。 我 们 相 信 如 果 能 贯 彻 的 话 ,
我 们 的 建 议 在 短 到 中 期 将 得 到 长 足 的 发 展 。 还 不 清 楚 这 份 报 告 中 有 些 长 期 的 可 行 性 讨 论 什
么 时 间 才 能 可 行 。 纳 米 技 术 覆 盖 了 这 么 大 范 围 的 技 术 和 应 用 , 而 且 他 们 之 间 几 乎 没 有 共 同
点 , 由 单 一 机 构 来 监 控 是 否 是 恰 当 目 前 还 不 清 楚 。 上 面 建 议 用 两 到 五 年 的 时 间 重 新 考 虑 是
否 需 要 纳 米 技 术 委 员 会 存 在 。
9.7 解 决 将 来 问 题 的 机 制
我 们 的 研 究 确 认 了 一 些 主 要 的 问 题 , 应 该 着 手 处 理 这 些 紧 迫 问 题 。 考 虑 到 其 它 新 出 现
技 术 ( 包 括 纳 米 技 术 ) 在 社 会 上 的 潜 在 影 响 , 我 们 认 为 在 新 技 术 初 期 政 府 建 立 一 个 系 统 的
方 法 来 确 保 健 康 、 安 全 、 环 境 、 社 会 、 伦 理 和 法 制 等 问 题 是 有 必 要 的 。 因 此 , 我 们 建 议 骨
干 的 科 学 顾 问 应 该 建 立 一 个 组 有 广 泛 代 表 性 的 风 险 承 担 者 聚 集 在 一 起 来 审 视 新 出 现 的 技
术 并 确 认 在 初 期 阶 段 哪 些 领 域 可 能 会 出 现 一 些 的 潜 在 的 健 康 、 安 全 、 环 境 、 社 会 、 道 德 、
和 法 制 的 问 题 并 考 虑 怎 样 处 理 这 些 问 题 。 至 少 每 半 年 举 行 一 次 这 样 的 会 议 。 我 们 意 识 到 政
府 能 有 几 个 可 以 全 盘 考 虑 的 机 构 ; 我 们 不 应 该 认 为 这 个 组 是 他 们 工 作 的 重 复 , 但 可 以 利 用
这 些 机 构 并 完 成 以 下 工 作 :
* 保 证 出 现 的 新 技 术 的 全 盘 考 量 , 考 虑 它 们 对 健 康 、 安 全 、 环 境 、 社 会 和 民 众 的 潜 在
的 影 响 。
* 当 确 认 了 是 属 于 哪 一 领 域 的 问 题 却 缺 少 关 于 它 的 影 响 方 面 的 知 识 时 , 对 这 些 问 题 进
行 广 泛 的 研 究 、 评 价 。
* 当 对 这 些 技 术 的 某 些 应 用 相 应 的 法 规 不 是 很 充 足 时 提 出 早 期 警 告 。
这 个 组 的 工 作 结 果 应 该 是 公 布 给 民 众 的 , 以 便 所 有 的 风 险 承 担 者 能 积 极 应 对 出 现 的 问
题 。 这 个 组 应 该 是 独 立 于 但 也 可 以 贡 献 于 , 如 我 们 在 9.6 节 中 所 概 括 的 纳 米 科 学 和 纳 米 技
术 的 周 期 评 论 。
113

纳 米 技 术 的 工 业 应 用
第 十 章 推 荐 结 论
R1 我 们 推 荐 的 一 系 列 关 于 现 存 的 和 期 望 发 展 的 纳 米 技 术 产 品 的 生 命 周 期 评 价 被 进
行 , 以 保 证 使 用 这 些 产 品 时 对 资 源 的 节 省 不 被 生 产 和 废 弃 时 所 需 资 源 所 抵 消 。 为 了 有 一 个
公 众 的 可 信 度 , 这 些 研 究 需 要 被 进 行 或 由 一 个 独 立 机 构 来 评 估 。
R2 在 这 个 领 域 内 建 立 生 命 周 期 的 评 价 方 法 是 必 要 的 , 我 们 建 议 研 究 委 员 会 应 通 过 正
常 的 回 应 模 式 资 助 这 个 研 究 。
对 健 康 、 安 全 和 环 境 的 可 能 的 影 响
人 造 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 所 含 风 险 的 证 据 的 缺 乏 正 在 导 致 大 量 的 不 确 定 性 。
R3 我 们 建 议 英 国 研 究 理 事 会 成 立 一 个 多 学 科 的 中 心 从 事 人 造 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 的 毒
理 性 、 流 行 性 、 持 续 性 和 生 物 积 累 性 研 究 , 以 及 研 究 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 的 暴 露 途 径 、 发 展
监 测 的 方 法 和 仪 器 以 监 视 纳 米 颗 粒 生 产 环 境 和 自 然 环 境 。 一 个 关 键 的 作 用 将 和 规 则 相 联
系 。 我 们 建 议 该 中 心 应 维 持 一 个 包 含 他 们 研 究 结 果 的 数 据 库 并 和 欧 洲 及 其 它 国 家 的 类 似 信
息 库 保 持 联 系 和 数 据 互 动 。 由 于 这 个 中 心 不 可 能 包 括 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 的 所 有 研 究 内 容 ,
我 们 推 荐 它 的 研 究 经 费 的 一 部 分 应 给 外 面 的 研 究 组 。 这 些 研 究 组 应 该 由 该 中 心 顾 问 委 员 会
认 定 是 这 个 中 心 的 研 究 内 容 以 外 的 重 要 补 充 。
R4 直 到 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 对 环 境 的 影 响 被 深 入 了 解 , 我 们 建 议 人 造 纳 米 颗 粒 和 纳 米
管 对 环 境 的 释 放 应 尽 可 能 地 被 避 免 。
R5 针 对 自 由 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 目 前 和 潜 在 的 两 个 对 环 境 的 释 放 根 源 , 我 们 建 议 :
(i) 工 厂 和 研 究 实 验 室 在 处 理 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 时 , 应 假 定 它 们 是 有 害 的 并 应 热 心
和 尽 可 能 减 少 把 它 们 排 放 到 废 水 中 去 ;
(ii) 应 禁 止 在 环 境 中 应 用 自 由 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 , 直 到 有 关 的 研 究 被 进 行 并 显 示 潜
在 的 益 处 大 于 潜 在 的 风 险 。
R6 若 在 产 品 和 材 料 的 设 计 和 改 进 时 使 用 了 纳 米 颗 粒 和 纳 米 管 , 工 业 界 应 评 估 这 些 部
件 在 整 个 产 品 寿 命 中 所 释 放 的 风 险 并 应 向 有 关 的 法 规 部 门 提 供 相 关 信 息 。
R7 对 一 些 利 用 新 技 术 和 萌 芽 技 术 ( 如 纳 米 技 术 ) 制 造 的 产 品 , 现 有 文 献 中 常 缺 乏 安
全 或 毒 理 方 面 的 信 息 。 对 此 情 况 , 我 们 建 议 有 关 部 门 ( 包 括 欧 盟 在 化 妆 品 和 非 食 品 业 的
科 学 委 员 会 ) 应 该 要 求 利 用 这 些 技 术 的 机 构 公 开 有 关 安 全 评 估 以 及 其 评 估 方 法 的 信 息 。
114

规 则 事 宜
R8 我 们 提 请 有 关 的 规 则 机 构 考 虑 现 存 的 规 则 是 否 能 保 护 人 类 和 环 境 免 受 纳 米 负 面 效
应 的 危 害 , 并 应 详 细 公 开 他 们 的 评 价 并 给 出 规 定 中 未 能 含 盖 的 内 容 。
R9 规 则 机 构 和 他 们 的 对 应 顾 问 委 员 会 应 包 含 未 来 的 纳 米 技 术 应 用 内 容 , 以 保 证 纳 米
技 术 发 展 的 任 何 一 个 阶 段 的 规 定 中 的 空 白 之 处 都 被 认 识 。
一 些 化 学 品 在 纳 米 颗 粒 或 纳 米 管 的 形 态 下 要 较 更 大 的 颗 粒 形 态 具 有 更 大 的 毒 性 , 因
此 , 对 它 们 的 安 全 评 估 不 能 采 用 大 的 颗 粒 形 态 下 的 测 试 方 法 。 提 议 R10 到 R14 是 基 于 应
用 我 们 的 结 论 到 一 系 列 管 理 规 则 :
R10 我 们 建 议 以 纳 米 颗 粒 或 纳 米 管 形 态 存 在 的 化 学 品 应 被 视 为 新 化 学 品 , 受 约 于 现
行 的 新 物 质 通 报 规 定 (NONS – Notification of New Substances) 和 化 学 品 注 册 、 评 审 、
授 权 及 限 制 (REACH – Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of
Chemicals) 的 规 定 ( 后 者 正 在 欧 盟 机 构 协 商 , 将 逐 步 代 替 NONS)。 当 我 们 对 纳 米 颗 粒 和
其 他 纳 米 形 态 的 毒 理 性 有 进 一 步 的 认 识 后 , 我 们 建 议 有 关 决 策 部 门 根 据 以 上 规 定 (NONS
和 REACH) 来 修 订 对 这 些 纳 米 品 所 制 定 的 最 低 年 产 量 ; 超 过 者 应 受 适 当 的 检 验 方 式 来 检
测 。
R11 工 作 场 所
(i) 我 们 建 议 健 康 和 安 全 执 行 委 员 会 (HSE) 应 对 那 些 暴 露 在 纳 米 颗 粒 情 况 下 的 规
定 进 行 调 查 , 特 别 要 考 虑 继 续 沿 用 颗 粒 重 量 和 数 量 建 设 的 使 用 。 同 时 , 也 应 该 考 虑 在 生 产
人 造 纳 米 颗 粒 的 场 所 规 定 更 低 的 职 业 暴 露 水 平 。
(ii) 我 们 推 荐 健 康 和 安 全 执 行 委 员 会 、 环 境 食 品 与 农 村 事 物 部 门 、 及 环 境 机 构 评 价
他 们 目 前 与 工 作 场 所 内 外 事 故 相 关 的 管 理 程 序 。
(iii) 我 们 推 荐 健 康 和 安 全 执 行 委 员 会 考 虑 先 行 的 方 法 是 否 使 用 于 评 价 和 控 制 人 们
对 可 能 悬 浮 在 工 作 场 所 的 纳 米 管 和 其 它 纳 米 纤 维 的 暴 露 , 并 且 , 考 虑 是 否 用 电 子 显 微 镜 而
不 是 相 衬 光 学 显 微 镜 作 评 估 方 法 。
R12 消 费 品
(i) 我 们 建 议 一 个 与 纳 米 颗 粒 有 关 的 产 品 在 投 产 之 前 , 应 由 科 学 顾 问 团 体 对 其 含 有 纳
米 颗 粒 的 组 分 进 行 全 面 的 安 全 评 估 。 我 们 也 推 荐 工 业 界 对 SCCNFP 所 需 的 微 细 氧 化 锌 尽 可
能 地 提 供 额 外 的 信 息 , 以 便 传 递 一 个 关 于 它 的 安 全 意 见 。
(ii) 我 们 也 劝 告 制 造 商 详 细 地 公 布 他 们 所 使 用 的 评 价 包 含 纳 米 颗 粒 的 产 品 安 全 的 方
法 , 并 应 显 示 他 们 是 怎 样 考 虑 纳 米 颗 粒 与 更 大 的 颗 粒 的 可 能 不 同 。
(iii) 我 们 建 议 消 费 产 品 的 成 分 应 该 明 确 表 述 纳 米 颗 粒 被 添 加 的 事 实 。
115

(iv) 我 们 提 请 欧 委 会 的 新 科 学 委 员 会 的 萌 芽 和 新 健 康 风 险 分 会 做 一 个 关 于 消 费 产 品
中 纳 米 颗 粒 的 安 全 的 提 前 考 虑 。
(v) 鉴 于 规 则 中 的 空 白 的 存 在 , 我 们 建 议 欧 委 会 评 估 目 前 的 规 则 构 架 在 消 费 产 品 被 添
加 了 纳 米 颗 粒 后 是 否 仍 然 合 适 。 这 个 评 估 应 由 相 关 的 科 学 安 全 顾 问 委 员 会 进 行 授 权 。
R13 我 们 提 请 健 康 部 门 注 意 它 的 关 于 新 药 和 新 医 疗 装 置 的 规 定 是 否 能 保 证 颗 粒 尺 寸
和 化 学 的 可 能 负 效 应 都 已 被 考 虑 。
R14 如 果 产 品 中 含 有 纳 米 颗 粒 和 其 他 纳 米 形 态 , 我 们 建 议 产 品 制 造 商 应 扩 展 他 们 的
职 责 , 应 明 确 这 些 材 料 的 处 理 步 骤 , 以 在 最 大 成 度 上 减 小 对 人 和 环 境 的 影 响 。
R15 测 量
(i) 我 们 建 议 研 究 者 和 规 则 制 定 者 发 展 方 法 以 便 测 量 和 监 视 游 离 在 空 气 中 的 人 造 纳
米 颗 粒 与 测 量 污 染 纳 米 颗 粒 的 人 之 间 的 关 系 。
(ii) 我 们 也 劝 告 贸 易 与 工 业 部 门 支 持 纳 米 尺 度 的 测 量 标 准 化 工 作 , 这 对 规 则 制 定 者
和 工 业 质 量 控 制 都 是 必 要 的 , 通 过 一 个 初 步 的 附 属 在 国 家 测 量 系 统 项 目 下 的 资 助 , 确 保 英
国 位 于 国 际 测 量 标 准 化 的 前 沿 。
社 会 和 伦 理
R16 伴 随 纳 米 技 术 发 展 而 可 能 产 生 的 一 些 社 会 、 伦 理 问 题 应 该 被 进 一 步 研 究 我 们 建 议
研 究 委 员 会 和 人 文 艺 术 监 理 会 AHRB 考 虑 资 助 相 应 的 研 究 项 目 。
R17 同 时 我 们 也 劝 告 应 对 在 这 些 领 域 工 作 的 全 体 研 究 学 生 和 研 究 职 员 进 行 有 关 的 社
会 和 伦 理 隐 含 问 题 的 正 规 的 陪 训 , 特 别 是 这 种 正 规 的 训 练 应 列 入 研 究 委 员 会 的 陈 述 或 列 入
AHRB 的 对 研 究 学 生 的 技 巧 训 练 需 要 中 。
利 害 关 系 者 和 公 众 对 话
R18 我 们 提 议 研 究 委 员 会 资 助 更 多 的 关 于 对 纳 米 技 术 的 公 众 态 度 的 研 究 , 这 应 包 括 更
综 合 的 、 涉 及 更 一 般 的 公 众 的 定 量 的 工 作 , 以 及 如 残 疾 等 社 会 利 益 部 门 , 并 可 重 复 认 知 调
查 以 追 踪 公 众 对 纳 米 技 术 的 发 展 的 任 何 认 知 变 化 。
R19 我 们 建 议 政 府 开 始 资 助 与 纳 米 技 术 发 展 相 关 的 对 话 。 我 们 也 认 识 到 一 些 团 体 参 与
这 个 对 话 是 合 适 的 。
确 保 纳 米 技 术 健 康 发 展
R20 英 国 政 府 的 科 学 技 术 办 公 室 应 委 托 一 个 独 立 小 组 在 两 年 和 五 年 后 , 去 评 估 什 么 样
的 措 施 已 被 采 取 , 去 评 价 纳 米 科 学 和 纳 米 技 术 在 这 个 过 渡 时 期 的 发 展 , 以 及 评 价 这 些 发 展
116

对 社 会 、 伦 理 、 健 康 、 环 境 、 安 全 和 牵 涉 的 规 则 的 影 响 。 这 个 组 应 包 括 有 关 的 利 害 关 系 者
组 和 咨 询 组 的 代 表 , 并 应 向 公 众 公 布 他 们 的 报 告 。
R21 我 们 提 议 科 学 总 顾 问 应 建 立 一 个 组 , 把 广 泛 的 利 害 关 系 者 的 代 表 聚 集 在 一 起 , 对
新 技 术 和 萌 芽 技 术 的 评 估 , 在 最 早 的 可 能 阶 段 给 出 潜 在 的 社 会 、 伦 理 、 健 康 、 环 境 、 安 全
和 牵 涉 的 规 则 问 题 , 并 给 出 这 些 将 怎 样 被 引 述 的 意 见 。
117

第 十 一 章 参 考 书 目
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125

附 录 A: 工 作 组 , 评 审 组 和 秘 书 处 成 员
工 作 组
皇 家 学 会 和 皇 家 工 程 院 对 工 作 组 的 勤 奋 工 作 致 以 诚 挚 的 感 谢
Prof Ann Dowling CBE FREng FRS
(Chair)
Professor of Mechanical Engineering, University of Cambridge
Prof Roland Clift OBE FREng
Director of the Centre for Environmental Strategy, University of
Surrey
Dr Nicole Grobert
Royal Society Dorothy Hodgkin Research Fellow, University of
Oxford
Dame Deirdre Hutton CBE
Chair of the National Consumer Council
Dr Ray Oliver FREng
Senior Science and Technology Associate in the Strategic
Technology Group, ICI plc
Baroness Onora O’Neill CBE FBA
FMedSci Newnham College, University of Cambridge
Prof John Pethica FRS
SFI Research Professor, Department of Physics, Trinity College
Dublin and Visiting Professor, Department of Materials,
University of Oxford
Prof Nick Pidgeon
Director of the Centre for Environmental Risk, University of East
Anglia
Jonathon Porritt
Chair of the UK Sustainable Development Commission and
Programme Director of Forum for the Future
Prof John Ryan
Director of the Interdisciplinary Research Collaboration on
Bionanotechnology. Based at the University of Oxford
Prof Anthony Seaton CBE FMedSci
Emeritus Professor of Environmental and Occupational
Medicine, University of Aberdeen and Honorary Senior
Consultant, Institute of Occupational Medicine, Edinburgh
126

Prof Saul Tendler
Head of the School of Pharmacy and Professor of Biophysical
Chemistry, University of Nottingham
Prof Mark Welland FREng FRS
Director of the Interdisciplinary Research Collaboration in
Nanotechnology. Based at the University of Cambridge
Prof Roger Whatmore FREng
Head of the Advanced Materials Department, Cranfield
University
评 审 组
皇 家 学 会 和 皇 家 工 程 院 对 评 审 人 的 贡 献 致 以 真 心 的 致 谢 。 除 了 John Enderby 爵 士 和
Philip Ruffles 先 生 之 外 , 他 们 没 有 被 要 求 在 报 告 的 结 论 和 建 议 上 签 字 , 也 没 有 在 发 表 之
前 看 到 报 告 的 终 稿 。
Sir John Enderby CBE FRS
(Chair)
Physical Secretary and Vice-President of the Royal Society
Mr Philip Ruffles CBE FRS
FREng (Vice-Chair)
Vice-President of the Royal Academy of Engineering and Chair
of its Standing Committee on Engineering
Sir Richard Friend FRS FREng
Cavendish Professor of Physics, Cambridge University
Prof Nigel Gilbert FREng
Pro Vice-Chancellor and Professor of Sociology, University of
Surrey
Dr James McQuaid CB FREng
Previously Chief Scientist, Health and Safety Executive
Prof Anthony Segal FRS
Department of Medicine, University College London
秘 书 处
核 心 秘 书 是 :Sara Al-Bader,Dr Jofey Craig (2003 年 7 月 至 2003 年 9 月 ),Dr Andrew
Dunn (2003 年 10 月 至 2004 年 八 月 ), 皇 家 学 会 的 Rachel Quinn 和 皇 家 工 程 学 会 的
Richard Ploszek。 皇 家 学 会 的 Karen Scott-Jupp 提 供 了 卓 有 成 效 的 管 理 工 作 和 网 络 支
持 。 秘 书 处 感 谢 皇 家 学 会 和 皇 家 工 程 院 很 多 员 工 对 这 项 研 究 的 顺 利 完 成 所 作 的 贡 献 。
127

附 录 B: 研 究 的 过 程
总 述
工 作 组 按 如 下 的 方 式 寻 求 广 泛 的 看 法 。 征 集 书 面 的 证 据 , 总 结 研 论 会 、 会 议 和 其 他
具 有 口 头 证 据 的 对 话 的 报 告 , 并 公 布 在 专 门 的 网 页 上 , 征 寻 对 证 据 的 看 法 。 报 告 由 工 作
组 ( 列 于 附 录 A) 根 据 收 集 的 证 据 和 他 们 自 己 的 意 见 撰 写 。 报 告 经 过 了 由 包 含 两 个 学 会
成 员 的 评 审 小 组 的 同 行 评 议 ( 同 样 列 于 附 录 A)。 报 告 由 皇 家 科 学 学 会 委 员 会 签 字 认 可 ,
并 由 皇 家 工 程 学 会 核 准 公 布 。
收 集 素 材 的 大 事 记
寻 求 观 点 的 第 一 轮 通 知 (2003 年 6 月 )
本 研 究 起 始 于 寻 求 观 点 的 第 一 轮 通 知 , 邀 请 个 人 和 组 织 注 册 他 们 在 这 项 研 究 中 的 兴
趣 并 确 定 他 们 认 为 工 作 组 应 考 虑 的 关 键 问 题 。 收 到 90 个 回 应 。
科 学 家 / 工 程 师 研 讨 会 (2003 年 9 月 30 日 )
工 作 组 利 用 这 次 会 议 收 集 科 学 界 ( 包 括 工 业 界 ) 对 于 纳 米 技 术 研 究 现 状 和 纳 米 技 术
在 现 在 和 未 来 应 用 的 证 据 。
社 会 科 学 研 讨 会 (2003 年 10 月 30 日 和 2004 年 2 月 24 日 )
在 这 个 工 作 组 的 小 型 研 讨 会 上 工 作 组 向 同 学 科 的 人 文 社 会 团 体 咨 询 并 讨 论 了 很 多
问 题 。 工 作 组 准 备 了 他 们 想 讨 论 的 议 题 , 而 参 加 者 也 有 机 会 帮 助 设 定 会 议 的 议 程 。 工 作
组 在 2004 年 2 月 24 日 会 见 了 另 外 的 代 表 。
健 康 和 环 境 影 响 会 议 (2003 年 12 月 8 日 )
在 这 次 会 议 上 工 作 组 会 见 了 健 康 和 环 境 的 专 家 , 考 虑 纳 米 技 术 的 环 境 应 用 以 及 是 否
纳 米 技 术 可 能 对 人 类 的 健 康 和 环 境 产 生 负 面 影 响 。
公 众 咨 询 (2003 年 12 月 -2004 年 3 月 )
为 获 得 公 众 对 纳 米 技 术 的 看 法 , 市 场 研 究 公 司 RMRB International 接 受 委 托 研 究
公 众 对 纳 米 技 术 的 态 度 。 研 究 包 含 了 两 部 分 :
· 与 公 众 成 员 的 两 个 深 度 讨 论 会 在 2003 年 12 月 举 行 , 调 查 他 们 对 纳 米 技 术 的 看 法 ,
并 确 定 和 讨 论 了 所 有 潜 在 关 心 的 问 题 或 有 可 能 出 现 的 问 题 。
· 在 一 月 初 进 行 的 一 项 综 合 问 卷 调 查 中 , 包 含 了 三 个 以 公 共 对 纳 米 技 术 知 情 权 的 设
计 的 问 题 , 调 查 咨 询 了 大 不 列 颠 1000 位 大 于 15 周 岁 的 人 。
128

关 于 监 管 的 讨 论 会 (2004 年 2 月 11 日 )
与 监 管 机 构 或 其 他 监 管 方 面 的 专 家 讨 论 了 是 否 存 适 用 于 对 纳 米 科 学 和 技 术 的 法 律
条 款 。
与 工 业 界 的 会 议 (2004 年 3 月 3 日 )
这 个 半 天 的 会 议 给 工 作 组 与 工 业 界 的 代 表 进 一 步 讨 论 参 考 条 款 中 所 涵 盖 的 问 题 提
供 了 机 会 。
专 门 网 站 (www.nanotec.org.uk)
所 有 感 兴 趣 的 团 体 ( 包 括 公 众 ) 能 够 对 我 们 在 网 站 上 张 贴 的 信 息 发 表 评 论 , 或 提 出
有 关 纳 米 技 术 的 一 般 性 问 题 或 研 究 本 身 的 问 题 。
独 立 性
这 项 研 究 独 立 于 政 府 进 行 , 政 府 没 有 参 与 工 作 组 的 选 择 和 工 作 组 的 工 作 方 法 , 也 没
有 在 报 告 印 刷 之 前 发 表 观 点 。
129

附 录 C: 提 供 证 据 的 人 员 列 表
2003 年 6 月 11 号 , 皇 家 学 会 和 皇 家 工 程 学 会 发 表 了 征 求 对 纳 米 技 术 研 究 的 书 面 证 据
(written evidence) 的 通 知 。 紧 接 着 召 开 了 几 次 收 集 口 头 证 据 的 对 话 , 会 议 和 研 讨 会 。 这
些 会 议 的 报 告 张 贴 在 网 站 提 供 下 载 , 并 征 集 对 它 们 的 看 法 。
下 面 是 给 出 书 面 或 口 头 证 据 的 个 人 和 组 织 的 列 表 。 为 参 考 的 方 便 , 证 据 分 别 以 个 人 和 组
织 给 出 , 个 人 的 观 点 并 不 一 定 代 表 了 其 所 属 组 织 的 观 点 。
皇 家 学 会 和 皇 家 工 程 学 会 十 分 感 谢 帮 助 获 得 证 据 的 所 有 个 人 和 组 织 , 并 尽 最 大 的 努 力 将
他 们 都 包 含 在 列 表 。 如 果 任 何 组 织 和 个 人 被 遗 漏 , 我 们 将 表 达 我 们 的 歉 意 并 将 确 保 更 新 网 上
的 列 表 。
W = 提 供 书 面 证 据 ; O = 参 加 了 口 头 证 据 的 对 话 ; M = 参 加 了 会 议 或 研 讨 会
个 人
A
Admas, Michael
Aeppli,Gabriel
Alakeson,Vidhya
Albertario,Fabio(w)
Aldrich,Tim
Allen,Geoffrey
Allen, Ray
Alsop,Adrian
Altmann,Juergen
Andrews,Arlan(W)
Arnall, Alexander
Ayres,John
Unilever(M)
London Center for Nanotechnology(W&O)
Forum for the Future(M)
Forum for the Future(M)
University of East Anglia(M)
University of Sheffield(M)
Economic and Social Research Council(W)
Experimentelle PhysikII,Dortmund University(W)
Imperial College London(W)
University of Aberdeen(W)
B
Bachmann,Gerd
Ball,Philip(W)
Balmer,Richard
Barbur,Vicki
Batchelor FREng, Keith (W)
Besenbacher,Flemming
Co-worker of a German Governmental nanotechnology funding agency(O)
Association of Liberal Democrat Engineers and Scientists(W)
Eastman Kodak company, USA(W)
University of Aarhus, Denmark (O)
130

Biggs FREng,Simon
Binks Peter
Bosch,Wolfgang
Bott,David
Brazil,Rachel
Briscoe,Brian
Broughton,Duncan(W)
Brown,Mike
Burgess,Doug
Burgess,Jacquie
University of Leeds(W)
Nanotechnology Victoria(W)
Filtronic(M)
ICI(M)
Royal Society of Chemistry(W&M)
Imperial College London(M)
Boots(M)
MOD(O)
University College London(O)
C
Calladine FRS FREng,Chris
Carroll,John
Carson,Dave(W)
Cass,Tony
Chadwick,Derek
Chetwynd,Derek
Church,Colin
Clarke,Andrew
Colbeck,lan
Collis,Amanda
Cumpson,Peter
University of Cambridge(W)
University of Cambridge(W)
Imperial College London(M)
The Novartis Foundation(W)
University of Warwick(M)
Department for environment food and rural affairs(DEFRA)(M)
Kodak(M)
University of Essex(M)
The Biotechnolgy and Biological Sciences Research Council(W)
National Physical Laboratory(M)
D
Davey,Roger J(W)
Davies,Graham J
Davies FREng,Stewart
Delic, Julian
Dent,Benjamin
Depledge,Mike
Devine,Steve(W)
Dibb,Sue
Dimmock,John
Dobson,Peter
Donaldson,Ken
Dowding,Peter
Downing,Steve
Dransfield,Graham
Drexler,Eric
Duncan,Ruth
University of Birmingham(M)(W)
CEO BT Exact(W)
Health and Safety Executive(M)
Department for environment food and rural affairs(DEFRA)(M)
Environment Agency, Head of Science(M)
National Consumer Council(W&O)
Media Services Sussex Ltd(W)
University of Oxford, Begbrooke Science Park(W&M)
MRC Centre for Inflammation Research, University of Edinburgh(W&M)
Infinaeum(M)
ICI(M)
Uniqema(M)
Foresight Institute(W&O)
Welsh School of Pharmacy(W)
131

E
Eigler,Don
Ellis,John
Evans,Barry
IBM(O)
X-FAB UK Ltd(M)
University of Surrey(W)
F
Fenton,Gary(W)
Festing,Michael
Fisher,Andrew
Fitzmaurice,Donald
Fletcher,Amy L(W)
Flodstrom,Anders
Florence,Sandy
Foo,Joyce
Fox-Male,Nick
Fullam,Brian
Animal Procedures Committee(M)
University College London(M)
University college Dublin(M)
Royal Institute of Technology ,Stockholm,Sweden(O)
The London School of pharmacy(M)
FCO Singapore(W)
Eric Potter Clarkson IP Services(W)
HSE(M)
G
Gallop,John
Gann,David
Garnett,Martin
Gimzewski FREng
James
Gittins,David
Glover,Anne
Golunski,Stan
Grant,Malcolm
Greisch,Edward R
Griffiths,Glynis
Grimshaw,David
Gubrud,Mark Avrum
H
Hanson, Robin
Harper,Tim
Harrison,Robert
Hawksworth Stuart
Hayes,Emma
Healey,Peter
Higgins,Rob
Hilsum,Cyril
Hinde,Julia
Hitchcock,Julian
National Physical Laboratory(M)
Imperial College London(W)
University of Nottingham(W)
Chemistry Dept, University of
California, Los Angeles(W)
Imerys(M)
University of Aberdeen(M)
Johnson Matthey(W)
Agriculture and Environment Biotechnology Commission(O)
US Military(W)
Food Standards Agency(M)
ITDG(M)
Center for Superconductivity Research ,Physics Dept, University of
Maryland(M)
George Mason University, Fairfax, USA(W)
Cientifica Ltd(W&O)
Rouse Patents(O)
HSE(M)
Environment Agency(M)
Science Technology and Governance in Europe (W)
Medicines and Healthcare products Regulatory Agency(M)
University of Cambridge(M)
FCO,Canada(W)
Eversheds LLP Solicitors(W)
132

Holister,Paul
Holtum,Dave
Hook,David
Hossain,Kamal
Howard,Vyvyan
Howse,Mike(W)
Howorth,Dave(W)
Humphreys,Colin(W)
Hurley, Fintan
Hyde,Vic
Cientifica(M)
Engineering and Physical Sciences Research Council(W)
Medicines and Healthcare products Regulatory Agency(M)
National Physical Laboratory(W)
University of Liverpool (M)
Institute of Occupational Medicine ,Edinburgh(M)
Cosmetics Toiletry and Perfumery Association(M)
I
Iden, Ruediger
Illsley,Derek
Ion,Sue
Irwin,Alan
BASF(M)
Sun Chemical Co(M)
BNFL(W)
Brunel University(O)
J
James FREng,Jim(W)
Janzen,William
Jones,Richard
Juniper,Tony
Amphora Discovery Corporation(O)
University of Sheffield (W&O)
Friends of the Earth (W)
K
Karn,Barbara
Kelly,Mike
Khandelwal,Amit
Knowland,John
Krauss,Thomas
Kroto FRS,Harry(O)
Kulinowski,Kristen M
Kumar,Dinesh
US Environmental Protection Agency(W)
University of Cambridge(M)
Chemical Industries Association(M)
University of Oxford(M)
University of St Andrews(M)
Center for Biological and Environmental Nanotechnology USA(O)
ION IT Ltd(W)
L
Leigh,Beatrice
Light,Richard
Loveridge,Denis
GlaxoSmithKline(M)
DAART Centre for Disability and Human Rights(W)
Honorary Visiting Professor-PREST(W)
M
Macaskie Lynne
Martin, Philippe
Matthews,Kevin
Maynard,Andrew
University of Birmingham(M)(W)
EC Health and Consumer Protection(M)
Oxonica(M)
National Institute for Occupational Safety and Health(W)
133

Mckeown REng,PA(W)
Mcleod,Alistair
McQuaid,Jim(W)
Mehta,Michael D.
Meldrum,Maureen
Merrifield,David
Mesquida,Patrick
Miles,Glenn(W)
Miles,Mervyn
Milner,Robin
Molyneaux,Andrea
Mooney,Pat
Moore,Julia
Morris,Vic
Murray,Mike
Murrer,Barry
Imperial College London(M)
University of Saskatchewan(W)
HSE(M)
GSM(M)
London Centre for Nanotechnology(M)
University of Bristol(M)
UK Computing Research Committee(W)
Medicines and Healthcare Products Regulatory Agency(M)
Etc Group(O)
National Science Foundation(M)
Institute of Food Research (M)
ABPI(M)
Johnson Matthey(M)
N
Northage,Christine
Health and Safety Executive(M)
O
Ozorio de Almeida
FCO,Brazil(W)
P
Pacholak, Anna
Palmer,Richard E
Palmer,SB
Parkinson, Stuart
Parr,Douglas
Parry,Vivienne(O)
Pethrick,RA
Pham FREng,DUC
Phillips,lan
Phoenix,Chris
Pick,Martin(W)
Pilkington,lan
Poirier,Natalie
Polak,Julia
FCO,Poland(W)
University of Birmingham (W&M)
Warwick Nanosystems Group,UK(W)
Scientists for Global Responsibility(W)
Greenpeace(W&O)
University of Strathclyde(W)
University of Cardiff(W)
ARM
Center for Responsible Nanotechnology(W)
Ilford(M)
FCO, The Netherlands(W)
Imperial College London(M)
Q
Quinn,Francis
L’Oreal(M)
134

R
Rajan,Bob
Rayner,Steve
Richards,David
Rickerby,David
Reip,Paul
Rip,Arie
Rix,Sam
Roco,Mike
Roos,Ursula
HSE(M)
Sald Business School, Oxford University(O)
Technopreneur limited(W)
Advisory Cell for Science and Technology, European Joint Comission Centre(W)
Qinetiq Nanomaterials Ltd,(O)
University of Twente ,The Netherlands(O)
ex pupil of Hills Road Sixth Form College(W)
National Science Foundation, USA, Senior advisor for nanotechnology also
Chair US Nanoscale Science and Engineering (W&O)
FCO,Germany(W)
S
Santoli,Salvatore
Savage,Nora
Schneemilch,Matthew
Scott,Andrew
Semple,Sean
Sloan,Jeremy
Smalley,Richard
Smith,George
Snape,Julian(W)
Snowdon,Ken
Southerland,David
Stark FREng,Jim(W)
Steney,Susan UK
Stewart FREng,Will(W)
Stone,Vicki
Sutherland Olsen,Dorothy(W)
Sutton,David
Swan,Harry
Symons,Rex
Syms,Richard
International Nanobiological Testbed Ltd(W)
Environmental Protection Agency, USA(W)
Imperial College London(M)
Intermediate Technology Development Group(W)
University of Aberdeen(M)
University of Oxford(M)
Rice University(O)
University of Oxford(M)
University of Newcastle(M)
Department of trade and industry(M)
Computing Research Committee(W)
Napier University(M)
ICI(M)
Thomas Swan &Co ltd(M)
Better Regulation Taskforce(M)
Imperial College London(M)
T
Tran,Lang
Thomas,Jim
Tolfree,David
Tomlinson,Geoffrey(W)
Treder,Mike
Tsavalos,Alexander
Tuppen,Chris
Institute of Occupational Medicine, Edinburgh(M)
Action Group on Erosion, Technology and Concentration(W&M)
Technopreneur limited(W)
Center for Responsible Nanotechnology, USA(W)
Health and Safety Executive(W&M)
BT(M)
135

V
Vadgama,pankaj
Vaughan-Lee,David
Vest,Charles
Visser,Germ W
Editor, Asia Pacific Coatings Journal(W)
Massachusetts Institute of Technology(O)
DSM, The Netherlands(W)
W
Wadey, Rita
Wakeford,Tom
Wang,Brian
Ward,professor IM
Warheit,David B.
Weiss,Tilo
Wells FRS FREng,PNT
Whitby,Raymond
White,lan
Whitesides, George
Wiggins,Jason
Wilkinson,Chris
Willett,Steve(W)
Williams,Gary(W)
Williams Martin
Williams FREng, Richard
Williams Simon
Wilsdon,James
Wilson,Neil
Windle,Alan
Winkler,Stefan
Wood,Stephen
OST(M)
PEALS(M)
Owner of a software company, Silicon Valley(W)
University of Leeds(W)
Dupont(W)
Sustech(M)
University of Bristol(W)
University of Sussex(W)
Chairman, Scientific committee on cosmetic and non-food products(O)
Harvard University, Department of Chemistry and chemical biology(O)
University of Oxford Begbrooke Science Park(W)
University of Glasgow(M)
Department for environment food and rural affairs(DEFRA)(M)
Institute of Particle Science & Engineering(W)
The Patients Association(M)
Demos(M)
University of Warwick(M)
University of Cambridge(M)
FCO,USA(W)
University of Sheffield(W&O)
Y
Yeates,Steve(W)
Young,Anthony R
St Johns Institute of Dermatology,Kings College London
136

单 位
A
Action Group on Erosion, Technology and Concentration(W&M)
Advisory Cell for Science and Technology, European Joint Commission Centre
Agriculture and Environment Biotechnology Commission
Amphora Discovery Corporation
Animal Procedures Committee
Asia Pacific Coating Journal
Association of Liberal Democrat Engineers and Scientists
Association of the British Pharmaceutical Industry
David Rickerby(W)
Malcolm Grant(O)
William Janzen(O)
Michael Festing(M)
David Vaughan-Lee(W)
Richard Balmer,Hon Secretary(W)
Mike Murray(M)
B
BASF group-Ruediger Iden(M)
Begbroke Science Park
Better Regulation Taskforce
Biotechnology and Biological Sciences Research Council
Boots
British Nuclear Fuels
British Telecom
Brunel University
BT Exact (W)
University of Oxford-Peter Dobson
(W&M),Jason Wiggins(W)
Rex Symons(M)
Amanda Collis(W)
Mike Brown(M)
Sue Lon(W)
Chris Tuppen(M)
Alan Irwin(O)
C
Center for Biological and Environmental Nanotechnology, USA
Center for Responsible Nanotechnology, USA
Chemical Industries Association
Cientifica Ltd
Computing Research Committee(W)
Cosmetics, Toiletry and Perfumery Association
Kristen M Kulinowski(O)
Mike Treder, Executive Director(W)
Amit Khandelwal (M)
Tim Harper(W&O),Paul Holister(M)
Vic Hyde(M)
D
DAART Centre for Disability and Human Rights
Department for the Environment, Food and Rural Affairs
Martin
Williams(M)
Department for Trade and Industry
Demos
DSM,The Netherlands
Dupont
Richard Light
Colin Church (M),Benjamin Dent(M)
David Southerland(M)
James Wilsdon(M)
Germ Visser(W)
David Warheit(W)
137

E
Eastman Kodak Company, USA
EC Health and Consumer protection
Economic and Social Research Council
Engineering and Physical Sciences Research Council
Environment Agency
Environmental Protection Agency, USA
Eric Potter Clarkson IP Services
ETC(Action Group on Erosion, Technology and Concentration)
Eversheds LLP Solicitors
Vicki Barbur(W)
Phillippe Martin(M)
Adrian Alsop(W)
Dave Holtum(W)
Michael Depledge(M),Emma Hayes(M)
Nora Savage(W)
Nick Fox-Male(W)
Jim Thomas, Programme Manager and Pat
mooney(W,o&M)
Julian Hitchcock(W)
F
Filtronic
Food Standards Agency
Foreign and Commonwealth Office(W)
Foresight Institute
Forum for the Future
Friends of the Earth
Wolfgang Bosch(M)
Glynis Griffiths(M)
Eric Drexler(W&O)
Vidhya Alakeson, Principal Policy Advisor(W),Tim
Aldrich(M)
Tony Juniper(W)
G
GeneWatch UK(W)
George Mason University, Fairfax,USA
GlaxoSmithkline
Greenpeace
Robin Hanson(W)
Beatrice Leigh(M),David Merrifield(M)
Doug Parr(W&O)
H
Harvard University
Health and Safety Executive
George Whitesides(O)
Julian Delic(M),Brian Fullam(M)
Stuart Hawksworth (M),Maureen
Meldrum(M),Christine Northage(M),
BobRajan(M),Christine Northage(M),
Alexander Tsavalos(W&M)
I
IBM
ICI
Ilford
Don Eigler(O)
Steve Downing(M),David Bott(M)
David Sutton(M)
Lan Pikington(M)
138

Imerys
Imperial College London
Imperial college,Business School and Department of Civil and
Environmental Engineering
Imperial college London Center for Energy Policy and Technology
Infinaeum
Institute of Food Research
Institute of Food Science and Technology(W)
Institute of Occupational Medicine, Edinburgh
Institute of Particle Science and engineering(W)
Institute of Physics(W)
Intermediate Technology Development Group
International Nanobiological Testbed Ltd
ION IT Ltd
David Gittins(M)
Brian Briscoe(M),Tony Cass(M),David
Gann(W),Julia Polak(M),Matthew
Schneemilch(M),Richard Syms(M),
Alistair McLeod(M)
David Gann,Director Innovation
studies Centre(W)
Alex Arnall(W)
Peter Dowding(M)
Vic Morris(M)
Fintan Hurley(M),Lang Tran(M)
David Grimshaw(M),Andrew Scott,Policy
and Programmes Director(W)
Salvatore Santoli (W)
Dinesh Kumar
J
Johnson Matthey
Dr Stan Golunski(W),Barry Murrer(M)
K
Kodak
Andrew Clarke(M)
L
L’Oreal
London Centre for Nanotechnology
London School of Pharmacy
Francis Quinn(M)
Gabriel Aeppli, Director (W),Patrick
Mesquida(M)
Sandy Florence(M)
M
Massachusetts Institute of Technology
Media services Sussex Ltd
Medical Research Council(W)
Medicines and Healthcare Products Regulatory Agency
David Hook(M)
Ministry of Defence
MRC,Centre for inflammation Research, University of Edinburgh
Charles Vest(O)
John Dimmock-Technical Director(W)
Andrea Molyneaux(M),Rob Higgins(M),
Doug Burgess (O)
Ken Donaldson(W&M)
139

N
Nanotechnology Victoria
National Consumer Council
National institute for Occupational Safety and Health(W)
National Physical Laboratory(W)
National Physical Laboratory
National Science Foundation US
Natural Environment Research Council
Novartis Foundation
Ntera UK Ltd(W)
Peter Binks(W)
Sue Dibb, Senior Policy Officer(W)
Peter Cumpson(M),John Gallop(M)
Kamal Hossain(W)
Mike Roco,Senior Adviser NSF and Chair
of US Nanoscale Science, Engineering and
Technology(W&O)
Julia Moore(M)
Deborah Cosgrove (W)
Derek Chadwick(W)
O
Office of Science and Technology
Oxonica
P
Patients Association
PEALS
Policy, Ethics And Life Sciences Research Institute
Policy Research in Engineering, Science and Technology
Q
Qinetiq Nanomaterials
R
Rice University
Rolls Royce
Rouse Patents
Royal Institute of Technology, Stockholm, Sweden
Royal Society of Chemistry
Rita Wadey(M)
Kevin Matthews(M)
Simon Williams(M)
Tom Wakeford(M)
Tom Wakeford(M)
Denis Loveridge, Honorary Visiting
Professor(W)
Paul Reip(O)
Richard Smalley(O)
Mike Howse(W)
Robert Harrison(O)
Anders Flodstrom(O)
Rachel Brazil, Manager, Materials
Chemistry(W&M)
S
Saïd Business School, Oxford University
Science Technology and Governance in Europe
Scientific committee on cosmetic and non-food Product Packaging(O)
Scientists for Global Responsibility
St Johns Institute of Dermatology, kings College London
Sun Chemical Co
Sustech
Steve Rayner(O)
Peter Healey, Coordinator(W)
Stuart Parkinson, Director(W)
Anthony R Young(M)
Derek Illsley(M)
Tilo Weiss(M)
140

T
Technopreneur limited
Thomas Swan & Co Ltd
U
UK Computing Research Committee
Unilever
Uniqema
Universitat Dortmund , Experimentelle PhysikIII
University Louis Pasteur
University College Dublin
University College London
University of Aarhus,Denmark
University of Aberdeen
University of Aston
University of Birmingham
University of Bristol
University of California, Los Angeles, Chemistry Dept
University of Cambridge
University of Cardiff
University of East Anglia
University of Edinburgh
University of Essex
University of Glasgow
University of Leeds
University of Liverpool
University of Maryland, Dept of Physics
University of Napier
University of Newcastle
University of Nottingham
University of Oxford
University of Saskatchewan
University of Sheffield(W)
University of Sheffield
University of St Andrews
University of Strathclyde
David Tolfree(W)
Harry Swan(M)
Robin Milner and Susan Stepney(W)
Michael Adams(M)
Graham Dransfield(M)
Juergen Altmann(W)
Dorothy Sutherland Olsen(W)
Donald Fitzmaurice(M)
Jacquie Burgess(O),Andrew Fisher( M)
Flemming Besenbacher
Anne Glover (M),Sean Semple(M)
Peter Brett& xianghong Ma,Peter J
Conley(W)
Richard E Palmer(W&M),Graham J
Davies(W),Lynn Macaskie (M&W)
Professor PNT Wells FRS FREng
(W),Mervyn Miles(M)
James Gimzewski FREng(W)
Chris Calladine FRS FREng(W),John
Carroll(W),Cyril Hilsum(W),Mike Kellly
(M),Alan Windle(M)
Duc Pham FREng(W)
Geoffrey Allen(M)
Ken Donaldson
Lan Colbeck(M)
Chris Wilkinson(M)
Simon Biggs FREng(W),Professor I M
Ward(W)
Vyvyan Howard (M)
Mark Gubrud(W)
Vicki Stone(M)
Ken Snowdon(M)
Martin Garnett(W)
Peter Dobson (M),John Knowland(M),
Jeremy Sloan(M),George Smith(M)
Michael D Mehta(W)
Ray Allen(M),Richard Jones and
Stephen Wood, (W&O)
Thomas Krauss(M)
RA Pethrick(W)
141

University of Surrey
University of Sussex
University of Twente
University of Warwick
US Environmental protection Agency
US Military
Barry Evans(W)
Raymond Whitby(W)
Arie Rip(O)
Derek Chetwynd(M),Mr Neil Wilson(M)
Barbara Karn(W)
Edward R Greisch(W)
W
Warwick Nanosystems Group,UK
Welsh School of Pharmacy
SB Palmer(W)
Ruth Duncan(W)
X
X-FAB UK Ltd
John Ellis(M)
142

头 字 语 和 缩 写
AFM 原 子 力 显 微 镜 (atomic force microscope)
AHRB 艺 术 和 人 文 研 究 会 (Arts and Humanities Research Board)
BRTF 改 进 监 管 特 别 小 组 ( 英 国 )(Better Regulation Task Force (UK))
BSE 疯 牛 病 (bovine spongiform encephalopathy)
CD 高 密 度 磁 盘 (compact disk)
CNT 碳 纳 米 管 (carbon nanotube)
CVD 化 学 气 相 沉 积 (chemical vapour deposition)
DAMs 单 层 有 序 组 装 (directed assembly of monolayers)
DEFRA 环 境 食 品 暨 乡 村 事 务 部 (Department for Environment Food and Rural Affairs)
DfT 交 通 部 (Department for Transport)
DNA 脱 氧 核 糖 核 酸 (deoxyribonucleic acid)
DH 健 康 部 (Department of Health)
DTI 贸 易 和 工 业 部 (Department of Trade and Industry)
DVD 数 字 多 用 盘 (digital versatile disk)
EA 环 境 署 (Environment Agency)
EBL 电 子 束 平 版 印 刷 (electron beam lithography)
EC 欧 洲 委 员 会 (European Commission)
EINECS 欧 洲 目 前 市 场 流 通 的 商 品 目 录 (European Inventory of Existing Commercial
Substances)
ELID 电 解 研 磨 修 整 (electrolytic in-process dressing)
ELV 废 车 回 收 指 令 (End-of-Life Vehicles Directive)
EPSRC 工 程 和 物 理 科 学 研 究 委 员 会 (Engineering and Physical Sciences Research
Council)
EU 欧 盟 (European Union)
FDA 食 品 药 物 管 理 局 ( 美 国 )(Food and Drug Administration (USA))
FIB 聚 焦 离 子 束 (focused ion beam)
GDP 国 民 生 产 总 值 (gross domestic product)
GM 基 因 改 良 的 (genetically modified)
145

HRTEM 高 分 辨 透 射 电 镜 (high-resolution transmission electron microscopy)
HSE 健 康 与 安 全 执 行 局 (Health and Safety Executive (UK))
ICT 信 息 和 通 讯 技 术 (information and communication technology)
IT 信 息 技 术 information technology
ITRS 国 际 半 导 体 技 术 路 线 图 (International Technology Roadmap for
Semiconductors)
LCA 生 命 周 期 评 价 (life cycle assessment)
µm 微 米 (micrometre)
MBE 分 子 束 外 延 生 长 (molecular beam epitaxy)
MEMS 微 机 电 系 统 (micro-electromechanical systems)
mm 毫 米 (millimetre)
MOD 国 防 部 (Ministry of Defence)
MOCVD 金 属 氧 化 物 化 学 气 相 沉 积 (metal oxide chemical vapour deposition)
MRI 磁 共 振 成 像 (magnetic resonance imaging)
MWNT 多 壁 碳 纳 米 管 (multi-walled carbon nanotube)
NEMS 纳 米 机 电 系 统 (nano-electromechanical systems)
NGO 非 政 府 组 织 (non-governmental organization)
NIST 国 家 标 准 与 技 术 局 (National Institute for Standards and Technology (USA))
NPL 国 家 物 理 实 验 室 ( 英 国 )(National Physical Laboratory (UK))
nm 纳 米 (nanometre)
NONS 新 物 质 申 报 (Notification of New Substances)
NSF 国 家 科 学 基 金 会 ( 美 国 )(National Science Foundation (USA))
OEL 职 业 暴 露 限 值 (occupational exposure limit)
OLED 有 机 发 光 二 极 管 (organic light-emitting diode)
OST 科 学 和 技 术 办 公 室 (Office of Science and Technology)
POST 议 会 科 学 与 技 术 办 公 室 (Parliamentary Office of Science and Technology)
PV 光 电 (photovoltaic)
R&D 研 发 research and development
RCUK 英 国 研 究 委 员 会 Research Councils UK
REACH 化 学 品 之 注 册 、 评 估 与 许 可 Registration, Evaluation, Authorisation of
Chemicals
146

RFID 无 线 射 频 识 别 (radio frequency identification)
RIE 反 应 性 离 子 刻 蚀 (reactive ion etching)
SAM 自 组 装 单 层 膜 (self-assembled monolayer)
SCCNFP 面 向 消 费 者 的 化 妆 品 和 非 食 物 产 品 科 学 委 员 会 (Scientific Committee on
Cosmetic Products and Non-food Products intended for Consumers )
SCENIHR 潜 在 消 费 及 健 康 危 险 科 学 委 员 会 (Scientific Committee on Emerging and
Newly Identified Health Risks)
SEM 扫 描 电 子 显 微 镜 (scanning electron microscopy)
SPM 扫 描 探 针 显 微 镜 (scanning probe microscopy)
STM 扫 描 隧 道 显 微 镜 (scanning tunnelling microscope)
SWNT 单 壁 碳 纳 米 管 (single-walled carbon nanotube)
TBT 三 丁 基 锡 (tributyl tin)
TEM 透 射 电 子 显 微 镜 (Transmission electron microscopy)
UV 紫 外 (ultraviolet)
WEEE 报 废 电 子 电 机 设 备 指 令 (Waste Electrical and Electronic Equipment
Directive)
147

术 语 的 中 文 规 范 统 一
Research council: 研 究 理 事 会
Arts and Humanities Research board: 人 文 艺 术 监 理 会
European Commission scientific safety advisory committee: 欧 洲 科 学 安 全 顾 问 委 员 会
Health and Safety Executive: 健 康 和 安 全 执 行 部 门
European Commission: 欧 洲 委 员 会
Advisory board: 顾 问 委 员 会
Better Regulation Task Force: 法 规 完 善 专 案 组
148