服务粉丝

我们一直在努力
当前位置:首页 > 财经 >

人民大学穆云松/曾凡刚团队: 量化评价消费品中纳米氧化锌健康风险

日期: 来源:RSC英国皇家化学会收集编辑:穆云松曾凡刚团队

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。

具有高度不确定性的新兴纳米技术对现有的风险识别、评估和管理全过程提出了前所未有的挑战。由于评估过程所需的定量数据仍然有限或者不完整,决策者几乎无法通过传统的确定性评估范式准确获知健康风险阈值。特别是,危害和暴露评估的过程会将不确定性累积传递到最终的风险表征上,例如毒性数据的采集和评价,种内和种间毒性终点外推,暴露人群特征信息(如性别、年龄、体重等)以及不同暴露途径和习惯等。
当确定性评估无法为决策者提供足够的信息时,开发更高级别的概率风险评估 (PRA) 方法至关重要。






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。

由于健康风险评估的基础数据不足,不可避免地引入了多种外推因子和估计值,需要考虑所有不确定因素,以便做出强有力的风险管理决策。因防晒用品经皮暴露的特殊性,对男性和女性完成了独立的评估过程。
本研究旨在提供一种概率风险评估 (PRA) 技术框架,从而量化相关的不确定性并可视化风险的分布。新方法可用于促进监管机构对管理纳米材料在消费品中使用的理解,为降低其健康风险和指导更加安全的纳米功能材料合成提供科学依据。
该成果以“Probabilistic health risk assessment of zinc oxide nanoparticles from consumer products in adult populations”为题,发表在英国皇家学会期刊 Environmental Science: Nano  上,并被选做期刊的封底文章

研究内容

1. 构建概率风险评估技术框架
研究团队在传统确定性健康风险评估基础上,集成蒙特卡洛和非参数 Bootstrap 等概率分析方法,评估了成年人群通过消费品暴露 n-ZnO 的潜在健康风险。评估过程中的外推因子和估算值,借助 Oracle Crystal Ball 软件进行 10 万次抽样的蒙特卡洛模拟,以生成的概率分布替代确定值。在危害评估中,首先通过 Klimisch 实验评估系统和专家组打分,对已有毒性实验数据进行筛选和评估,确定动物实验的关键毒性评价终点(CEDanimal)。本研究以丙氨酸氨基转移酶 (ALT) 活性作为肝脏炎症变化的最敏感指标,并考虑了雌性和雄性大鼠的毒性敏感性差异。进一步引入种内(AFintra)、种间(AFinter1、AFinter2)和亚急性-慢性(AFsubacute-chronic)外推因子,以对数正态分布模拟各外推因子的不确定性,计算个体关键效应剂量(ICED)。在暴露评估中,根据历史资料调研确定 n-ZnO 的主要暴露路径,即食品或食品包装经口摄入和防晒用品经口或经皮暴露。最保守假设下,计算所有产品累积产生的个体暴露水平(IEXP)及不确定性,其中摄入量遵循正态分布,摄入概率遵循三角分布。最后,以 ICED 与 IEXP 的比值,即个体暴露阈值(IMoE)作为是否存在风险的依据。通过 IMoE 的蒙特卡洛模拟可量化评估过程的不确定性并可视化风险的分布。概率风险评估技术框架如图 1 所示。

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

研究人员比较了普通消费人群的性别及由此产生的暴露行为差异对评估结果的影响。IMoE 的概率分布函数应用 Sigmodal-logistic 模型拟合,经统计学检验具有可接受的相关系数(R2≥0.999)。IMoE 的值越高,表示风险水平越低。在此,考虑了所有外推因子的累积不确定性,发现经口暴露的 IMoE 始终高于 1(在5%-95% 的区间内,男性的最小= 786.2,女性的最小= 96.23),表明含有 n-ZnO 的防晒唇膏和食品包装导致的健康风险处于可接受水平,与确定性风险评估结果一致。然而,女性经口暴露的最低 IMoE 值在 0-5% 区间内为 0.04(<1),表明 n-ZnO 对极少数较高使用强度的人群可能构成肝损伤的潜在风险。不仅如此,经皮暴露途径的 IMoE 始终部分低于 1(在 5%-95% 的区间内,男性的最小值=0.3941,女性的最小值= 0.1800),说明女性比男性通过皮肤摄入 n-ZnO 造成健康的概率高 7.33 个百分点(图 2)。因此,特别是对于日照强烈地区和需要长时间在户外活动的人群,仍然有必要减少含有 n-ZnO 防晒霜的产品使用频率,并开发更安全的替代品以避免 n-ZnO 的过量摄入。

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。

本研究进一步比较了概率风险评估方法与确定性和低级别 PRA 方法的评价结果。发现确定性 MoE 方法高估了 n-ZnO 的健康风险。消费品安全科学委员会(SCCS)提出的安全阈值(MoS)方法虽得到一致结论,但无法提供更多不确定因子信息。世界卫生组织(WHO)开发的低级别 PRA 方法(APROBA-plus)仅限于对单一暴露场景进行独立评价,而对于累积概率的评价目前还无法实现。因此,在三种方法中,IMoE 方法具有明显的优势,可以从概率角度获得有关风险的关键信息,提升监管部门和公众对纳米技术相关产品的科学认知。

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

Probabilistic health risk assessment of zinc oxide nanoparticles from consumer products in adult populations 
Yunsong Mu,* (穆云松,中国人民大学), Xiang Li, Peihan Chen, Chengfang Pang, Fengchang Wu, John P. Giesy,Huazhen Chang and Fangang Zeng*(曾凡刚,中国人民大学)

Environ. Sci.: Nano, 2023, 10, 103-114
https://doi.org/10.1039/D2EN00570K

部分作者简介

李想 硕士研究生

中国人民大学

本文共同第一作者,穆云松副教授团队硕士研究生。主要研究方向为新型纳米颗粒的健康风险评估。





穆云松 副教授

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)。






曾凡刚 教授

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)。






吴丰昌 院士

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

相关期刊

Nano aspects of environmental science and sustainability

rsc.li/es-nano

Environ. Sci.: Nano

2-年影响因子*9.473
5-年影响因子*9.35
最高 JCR 分区*Q1 环境科学
CiteScore 分13
中位一审周期48.5 天


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

相关阅读

  • 弱网远控延迟大,向日葵自研算法成功解决!

  • 上期我们向大家介绍了,贝锐向日葵为了实现低延迟、144高帧率以及高流畅度,自研的SADDC算法(点我了解详情),本期将继续为大家介绍自研的Oray-Raptor及其优势。为了进一步提升弱网
  • 一图解读 | 2023年六五环境日宣传工作安排

  • 点击蓝字关注中国环境科学研究院来源:生态环境部编辑:大脸猫、程程近期重点文章中国环境科学研究院党委举行理论学习中心组(扩大)集体学习中国环境科学研究院一行赴黄河流域生态
  • 《中国环境科学》2023年第3期目次

  • 大气污染与控制基于环流指数研究天津长序列细颗粒物大气污染气象条件演变规律蔡子颖, 韩素芹, 邱晓滨, 姚青, 汪靖, 樊文雁, 杨旭, 郝囝, 唐颖潇, 张敏上海海陆风分类特征、
  • 湖北公布2023年第一批生态环境保护执法典型案例

  • 近日,为进一步加强对第三方环保服务机构的监督管理,全面整治环境咨询机构、检验检测机构、技术服务机构等第三方环保服务机构弄虚作假问题,维护市场公平竞争环境,我省各级生态环
  • 【中泰策略】市场如何调整 后市怎么看?

  • 点击蓝字 关注中泰策略投资要点❖一、哪些因素让我们在2月下旬做出市场临近调整的判断?❖二、市场如期调整后,大势怎么看?❖三、风格会如何演变?一、哪些因素让我们在 2 月下旬
  • 区人大代表集中视察生态环境保护工作

  • 3月15日,区人大城建环保委员会组织部分委员,就全区生态环境状况和环境保护目标完成情况进行集中视察。根据年度安排,区人大常委会将听取审议区政府关于全区生态环境状况和环境

热门文章

  • “复活”半年后 京东拍拍二手杀入公益事业

  • 京东拍拍二手“复活”半年后,杀入公益事业,试图让企业捐的赠品、家庭闲置品变成实实在在的“爱心”。 把“闲置品”变爱心 6月12日,“益心一益·守护梦想每一步”2018年四

最新文章

  • 发展绿色化学,助力“双碳”目标 | 会士大讲堂

  • RSC 第八期“会士大讲堂”将于3 月 24 日下午 14:00 开讲,聚焦绿色化学与可持续发展的未来,特邀中科院化学所韩布兴院士、浙江大学王树荣教授作为主讲嘉宾,北京大学刘海超教授
  • 国家级名单公布!甘肃4地入选

  • 为贯彻落实《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》对农业机械化发展有关部署和《国务院关于加快推进农业机械化和农机装备产业转型升级