研究背景
由于纳米技术的迅猛发展,全球已有超过 5000 种成熟的纳米相关消费产品从实验室转移到商店的货架上。纳米氧化锌 (n-ZnO) 是这些消费品中利用率最高的纳米材料之一。由于其卓越的抗菌特性和紫外线辐射吸收效率,被广泛用作个人护理产品、食品添加剂、药物载体、包装和生物传感器等。
然而,大量研究证实,n-ZnO 可引起细胞毒性、神经毒性、致突变性和对肝脏或胰腺的氧化应激损伤。因此,在生产、使用和最终释放到环境中,评估 n-ZnO 对人类健康的潜在风险是有重要价值的,以确保以安全和可持续方式使用基于纳米技术的消费产品。
为此,中国人民大学穆云松副教授团队以 n-ZnO 为研究对象,综合运用蒙特卡洛和Bootstrap 等概率方法,系统评估了通过消费品暴露 n-ZnO 对成年人群的健康风险。
研究内容
▲ | 图 1:基于概率法的纳米氧化锌健康风险评估技术框架 |
2. 概率风险表征
▲ | 图 2:不同暴露场景下个体暴露阈值(IMoE)的累计概率分布 |
3. 不确定性分析及方法比较
研究发现,评估结果的不确定性主要来源于危害评估过程,其中毒性外推因子AFintra、AFinter1、AFinter2 和 AFsub-chronic 解释了约 97% 的不确定性,按影响程度依次为 AFintra> AFinter2>AFsub-chronic> AFinter1(图 3)。其余的不确定性贡献来自皮肤暴露,其中皮肤吸收因子占总体不确定性的 1% 以上(女性为 1.9%,男性为 1.7%),而暴露途径(Vn 和 Un)引起的不确定性相对很小(0 至 0.5%)。上述结果提示我们,为了降低纳米物质(以 n-ZnO 为例)健康风险评估的不确定性,首当其冲要解决体内和体外毒性测试的数据瓶颈,减少物质间、种内、种间等外推因子的引入,为准确获取纳米物质的剂量-效应关系提供全面、可靠信息。
▲ | 图 3 定量评估各不确定性因子对风险阈值不确定性的相对贡献 |
总结展望
随着纳米消费品数量的不断增加,需要一种有效的风险管理方法定量评估其健康风险,并了解各不确定性因子的综合影响。传统的风险评估方法是确定性和“保守的”,且经常高估风险。本研究开发的高级别概率风险评估框架为评估与产品使用相关的潜在风险提供了方法学基础,并强调以科学严谨的方式处理输入信息,为管理新兴技术提供决策支持。
未来进一步的研究工作包括:
1) 开展多目标决策分析,以表征和平衡风险、收益、成本和社会影响;
2) 完善与毒代动力学相关的内暴露调查研究,以更好地估计人群中不同个体的暴露范围、剂量和风险;
3) 开发一个适用于更多纳米物质的强大决策支持工具,并发挥计算毒理学的定量预测优势。这些方法将推动对新技术应用进行更具成本效益的风险管理。
论文信息
Environ. Sci.: Nano, 2023, 10, 103-114
https://doi.org/10.1039/D2EN00570K
部分作者简介
中国人民大学
中国人民大学
本文第一兼通讯作者,中国人民大学环境学院副教授,博士生导师,环境科学与工程系主任。主要从事水环境中污染物的毒理效应、环境基准、风险评价与管理对策研究。主持和参与国家自然科学基金面上项目、青年项目、创新研究群体项目、重点项目、中-欧第七框架(FP7)国际合作项目等 10 余项。在 Environmental Science & Technology,Environmental Science: Nano, Nanotoxicology,《中国科学:化学》等国内外期刊发表论文 50 余篇,国内首获 ES&T 年度最佳科学论文奖(Top 5‰)。授权美国发明专利 1 项,国际 PCT 专利 2 项,发明专利 20 项。担任全国毒理学会计算毒理学专业委员会委员,Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology 期刊青年编委。获中国环境科学学会青年科学家奖(2022),入选中国人民大学杰出青年学者(2019)和“全国杰出专业技术人才先进集体”成员(2014)。
中国人民大学
本文共同通讯作者,中国人民大学环境学院教授,博士生导师,美国加州大学伯克利分校高级访问学者。主要从事新污染物的环境过程、效应和致癌风险评估研究。主持和参与国家自然科学基金重大项目、面上项目、国家科学与技术部、生态环境部课题等 20 多项。在国内外期刊发表论文 150 余篇,编写专著 6 部。担任国家科学与技术部国际合作组环境科学专家、863 计划环境科学与技术部专家和中国环境科学学会挥发性有机污染物防治专业委员会委员。获北京市科技进步二等奖(第一完成人)。
中国环境科学研究院
本文重要作者,环境基准标准与污染防治专家,中国工程院院士、欧洲科学院外籍院士。兼任“十三五”国家重大科技专项技术总师、国家环境基准专家委员会主任、国家环境管理标准 TC207 专家委员会主任,《环境科学研究》和“Carbon Research”等期刊主编,国家重点研发计划“长江黄河等重点流域水资源与水环境综合治理”专项专家、国家环境保护科技咨询专家。主持国家 973 项目、国家杰青项目、基金委创新群体项目、国家环保业务工作项目、重点研发计划项目及工程院重大咨询项目等 10 余项。获国家科技进步二等奖 2 项(第一完成人);获全国五一劳动奖章、2020 年全国争先创新奖状,何梁何利科学与技术进步奖、国家“万人计划”科技创新领军人才、国际环境毒理与环境化学学会(SETAC)政府服务奖、中国青年科技奖。发表 SCI 论文 300 多篇,连续入选爱思唯尔(Elsevier)中国高被引作者、ES&T 刊物最佳论文奖,出版专著 5 部。
课题组介绍
中国人民大学环境效应与风险评估课题组,由穆云松副教授于 2019 年创立。现有教授 1 人,副教授 1 人,博士/硕士研究生 9 人。近五年获批国家自然科学基金委项目 3 项,发表学术论文 20 余篇。团队面向我国生态环境保护重大科技需求,聚焦水环境基准理论、技术和应用中的瓶颈问题,以“危害识别、效应评估、基准预测和风险表征”为主线开展基础性、前瞻性和系统性的科学研究工作,在毒理机制模拟新方法、毒性/基准预测新模型、风险评估新技术等方面取得系列创新研究成果,力争为传统和新兴环境污染物的风险防控提供理论和技术支撑。
学术网页:https://www.researchgate.net/profile/Yunsong-Mu
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Environmental Science: Nano 全面报道具有环境用途的工程纳米材料的设计和应用研究,以及人工与天然纳米材料在生物和环境体系中的相互作用。发文范围包括但不限于:纳米材料在水、空气、土壤、食物和能源可持续性等领域的新应用;纳米材料在生物系统中的相互作用以及纳米毒理学研究;纳米尺度材料的环境宿命、反应性和转化;环境中的纳米尺度过程;可持续性纳米技术,包括纳米材料的合理设计、生命周期评价、风险/效益分析等。
Editor-in-Chief
Peter Vikesland