纳米材料在动物科学的生物学效应浅论

纳米材料在动物科学的生物学效应浅论（通用4篇）

篇1：纳米材料在动物科学的生物学效应浅论

纳米材料在动物科学的生物学效应浅论

在简要介绍纳米材料的`一些基本情况下,主要针对纳米材料正、负面生物学效应研究进展及研究方向进行了阐述.

作 者：喻兵权 张宏福 陆伟 唐湘方 YU Bing-quan ZHANG Hong-fu LU Wei TANG Xiang-fang 作者单位：喻兵权,YU Bing-quan(中国农业科学院畜牧研究所动物营养学国家重点实验室,北京,100094;江西农业大学动物科学技术学院,南昌,330045)

张宏福,唐湘方,ZHANG Hong-fu,TANG Xiang-fang(中国农业科学院畜牧研究所动物营养学国家重点实验室,北京,100094)

陆伟,LU Wei(江西农业大学动物科学技术学院,南昌,330045)

刊 名：中国农业科技导报 ISTIC英文刊名：REVIEW OF CHINA AGRICULTURAL SCIENCE AND TECHNOLOGY年，卷(期)：8(3)分类号：N39关键词：纳米 生物学效应

篇2：纳米材料在动物科学的生物学效应浅论

进入21世纪, 我国开始高度关注纳米生物效应与安全性的研究。2001年11月, 中科院高能物理所完成了“关于纳米尺度物质生物毒性的研究报告”。2005年4月, 首批《纳米材料技术标准》正式实施, 成为促进纳米技术进一步安全发展的关键。2006年6月22日, 中国科学院高能物理所正式建立“纳米生物效应与安全性联合实验室”, 开展纳米材料的生物负效应以及纳米生物负效应的反向应用研究, 标志着我国的纳米生物效应与安全性研究已初步进入系统化规模化的研究阶段。

磁性纳米材料、碳纳米材料、纳米金属粉体等研究取得阶段性进展。

2004年以来, 我国纳米生物效应与安全性研究已取得喜人的成果。其中在一种磁性纳米颗粒的动态生理行为研究时, 中科学院高能物理所发现:生理盐水溶液中尺寸小于100nm的磁性纳米颗粒, 进入动物体内导致血凝现象, 凝聚成小鼠血管大小的颗粒, 阻塞小鼠血管导致其死亡。由此表明:磁性纳米颗粒进入人体可能导致心血管疾病的发生。

在研究纳米碳管在实验小鼠体内的分布、代谢及相关的生理行为时, 高能物理所与北京大学合作, 发现分子量高达60万的纳米碳管可以像小分子一样在不同的生物组织之间和区室之间穿梭。纳米碳管很容易进入巨嗜细胞, 在2.5μg/ml的低浓度下, 对肺部巨嗜细胞的吞噬起促进作用;但在20μg/ml时, 严重损害细胞, 导致肺部巨嗜细胞的吞噬能力下降。在研究碳纳米材料安全性时, 研究结果显示:碳纳米材料在衣服、皮肤的吸附能力很强。

另外, 对于一般微米级Cu粉, 被认为是无毒的;而纳米级Cu粉对小鼠的脾、肾、胃均能造成严重伤害, 相同剂量的微米级Cu却没有损害。但也不是所有的纳米颗粒都如此, 比如:纳米Zn O与通常的微米Zn O的生物毒性几乎没有差别。

整体研究水平与发达国家存在一定的差距。

我国从事纳米生物效应与安全性研究的领域相对有限。截至到目前为止, 主要涉及纳米Ti O2、纳米Si O2、碳纳米材料 (包括碳纳米管) 、纳米金属粉体 (纳米Fe粉、纳米Cu粉等) 等纳米材料的生物效应与安全性研究, 其他大部分纳米材料的生物效应及其相应微米材料的差别等问题还未进行研究。

基础研究平台尚未形成。目前, 中国科学院高能物理所以大科学平台为中心, 结合核分析重点实验室长期开展的稀土和重金属生物效应、有机卤素毒理及环境毒理学研究的丰富经验, 已从生物整体水平、细胞水平、分子水平和环境等几个层面开展纳米生物效应的研究工作。但是立足国家整体研究的视角, 支撑我国纳米生物效应与安全性研究的科研仪器、设备、装备还尚未建立平台体系。

研究机构相对较少。目前, 与广泛参与纳米技术与纳米材料研究的众多研究院所、院校、企业相比较, 我国从事纳米生物效应与安全性研究的仅有中国科学院高能物理所等几个机构, 国内还未形成吸引科学认识积极参与纳米安全性研究研究工作的良好氛围, 加之国家在此领域研究资金的投入相对薄弱, 使得纳米生物效应与安全性的直接的实验数据比较稀少, 因此, 欲科学地预测和评估纳米颗粒对生命体 (主要是人体) 可能产生的潜在影响, 还需要进行更深入、更系统、更长期的研究工作。

需要重点关注5个方面的重大问题

随着纳米生物效应与安全性研究的不断深入, 世界科学界人士普遍认为:由于目前人们对纳米技术与纳米材料的潜在风险性缺乏清晰的认识, 造成了对其有效利用方面存在恐惧, 使得纳米技术与纳米材料在诸多领域广泛应用的潜能尚未获得充分的发挥。

2006年11月16日, 以美国纳米安全首席科学顾问安德鲁·梅纳德为代表的14位世界杰出科学家在《Nature》杂志上发表的“纳米技术的安全处理”论文指出:未来关于纳米技术风险性问题的研究, 世界科学界将共同面临5个方面具有挑战性的重大问题。其5个方面的重大问题如下:

研制评估纳米材料环境暴露所需要的科学仪器。

对在空气、水中暴露的纳米材料而言, 评价其是否对环境中生命体健康造成潜在影响是人们要解决的首要问题, 重点研发“空气通用浮质样品取样器、悬浮水面的纳米材料监测器、表征潜在损伤的痛觉传感器”三方面关键科学仪器。在近4~6年, 研制“空气通用浮质样品取样器”, 解决悬浮于空气中纳米粒子的取样;研制“悬浮水面的纳米材料监测器”, 实现对环境中水体的监测;在未来10年内, 研发“表征潜在损伤的痛觉传感器”, 突破纳米材料对生命体造成潜在影响的表征手段。

建立评价与验证纳米材料毒性的方法。

此问题涉及在诸多研究方面建立评估与验证纳米材料毒性的方法。其中最初2年内, 建立生命体外筛选测试纳米材料对人与环境造成潜在毒性的国际协议, 需要通过高通量毒理标准测试实现。为了在政府、产业以及学术实验室间对纳米材料潜在风险评价方法进行类比与优化, 必须在全球范围内采用通用的标准纳米粒子样品。

关于不同长径比的纤维型纳米颗粒生命体内 (主要指对人体肺部) 是否存在潜在毒性, 主要依据测试其在吸入时是否存在 (如石棉或其他材料导致人体肺部等) 促发恶性病变的毒性, 此项研究将在未来5年内实现。另外, 考虑到经济、道德等因素, 未来15年内, 尽量减轻从动物试验获取关于纳米材料体内毒性实验数据, 利用新型技术 (包含纳米技术) 模拟、预见纳米材料在生命体内的毒性行为。

构建预测纳米材料潜在影响的理论模型。

为系统地评价成分复杂、多功能的纳米材料的安全, 预测纳米材料、设备及产品的潜在影响, 必须建立有效的表征纳米材料在环境中释放、运输、转化、累集、吸收过程的数据模型。此模型能够正确揭示生命体内纳米材料的剂量、运输、清除、累集、转化与反应行为, 并必须充分与标准纳米材料物理、化学特性的粒度、表面区域、表面化学性质、可溶性和可能形状等因素密切相关联。此外, 数据模型能够实现对新型纳米材料的安全设计, 发挥纳米材料的潜能, 提供抑制纳米材料风险的有效途径, 并能促成建立对纳米材料安全处置的机制。

评价超生命周期的纳米材料造成潜在影响的方法。

对于未来纳米材料的发展而言, 要具有在超生命周期内掌控其风险与利益的意识。未来的5年内, 建立一种有效地综合评价纳米物质在整个超生命周期内 (制备———应用———消亡) “优”或“劣”的方法体系, 保持科学与政策的延续性, 进而促进此新方法论的诞生与应用。

制定纳米技术风险集中研究的可行性战略计划。

通过对纳米技术风险研究重点进行系统分析, 作为纳米科技数据用户的决策者、相关行业以及消费者, 将对新型纳米技术的开发与应用、潜在风险的不确定性研究作出最佳的科学决策, 发展安全的、以产业为主导的纳米技术, 加强潜在风险研究的协作、沟通与协调, 制定客观的、可行性的纳米技术潜在风险战略研究计划, 并实施相关的战略研究项目。

建议

实施纳米技术安全标准战略。

随着纳米技术产品应用领域的逐步拓宽, 纳米技术产品标准的研究与制定势在必行。相对统一的纳米技术安全标准的制定与实施, 将为相关纳米材料、纳米技术产品、纳米技术装备的研发、产业化生产及销售提供科学的保障;同时为纳米材料、纳米技术产品、纳米技术装备潜在风险的监测以及制定切实可行的规避风险机制提供科学依据。

建立纳米技术风险评价机制。

随着世界各国对纳米技术与纳米材料潜在风险的日益高度关注, 其相关评价机制的研究已相继逐步展开。美国国家纳米技术协调办公室 (NNCO) 已初步创建知识平台和制度机制来评估纳米技术的短期、中期、长期的潜在影响, 并建立公众能广泛参与的获得纳米知识和纳米对未来影响的机制。我国应加强纳米技术与纳米材料在其科学研究、技术开发、社会影响、生命周期的潜在影响分析, 建立纳米技术风险快速反应、评价机制, 为其潜在风险评价提供保障。

构建纳米安全系统研究平台体系。

纳米生物效应与安全性研究自2003年4月至今仅仅4年多的时间内, 美国、欧盟、日本等发达国家就已经初步建立了关于纳米生物效应与安全研究的计划体系, 并在人体健康、生物医学、细胞生物学、国家安全等方面进行了重点的研究与部署, 其相关的研究正在逐步深入的展开。我国应加强对其有效的宏观指导, 依托有基础、有能力的科研机构, 建立国家层面的研究机构与监测中心, 形成国家级的纳米安全研究平台体系, 为我国的纳米安全研究提供支撑。

增进国际交流与合作。

纳米生物效应与安全性研究隶属于交叉融合的多学科领域, 需要不同领域的科研人员共同参与;同时纳米安全性的研究也是21世纪世界科学界共同面临的重大挑战, 应充分利用国际科研资源, 联合国际先进的国家与科研机构, 积极参与国际关于纳米安全研究的大科学计划, 不断汲取国际的先进成果, 推进并加速我国纳米生物效应与安全性的研究进程。

篇3：不同材料在科学活动中的多元效应

一、“大自然中显身手”——关注幼儿与自然材料的对话效应

大自然是活教材，农村的自然环境是对幼儿进行科学教育活动的天然课堂。观察是幼儿认识周围事物的最佳途径。我不仅组织幼儿到大自然中去观察，还积极引导幼儿在观察中思考，在观察中学习，在观察中对话。通过让幼儿亲自看一看、摸一摸、听一听，使他们对周围事物产生浓厚的兴趣。

二、“农家娃娃玩中乐”——展现乡土材料的易操作效应

在农村，水、石、沙、土随处可见，触手可及。正是因为它们的平凡，所以易被人们忽视，但在幼儿的眼里，却有着无穷的吸引力。在户外活动时，经常有幼儿把小石子或小泥巴悄悄带到活动室玩，甚至午睡时还有幼儿拿着左看右看。由此可见，他们对身边的自然物都很感兴趣，因此，我意识到这是一个很好的教育契机，于是设计了一系列的科学教育活动，如“有用的石头”“沙和泥土”“水的用处”等等。比如，在“沙和泥土”这一主题中，我们进行了一系列的科学活动：量沙、沙漏、认识泥土等，幼儿从中学到了许多关于沙和泥土的知识。在采集泥巴、玩泥巴、腌鸭蛋中，让幼儿亲自动手感知泥土不同颜色的不同作用。在玩沙、运沙、量沙中，幼儿增长了有关沙的知识，拓宽了视野，活动了他们的思维，丰富了他们的想象力。本次系列活动最大的特点是：材料都是唾手可得的乡土材料，且这些材料经济、实惠、可塑性强。幼儿可以不断尝试反复操作，在家还可以和爸爸妈妈一起实验。在收集乡土材料的过程中，我们还加强了与家长、社区的联系，实现了家、园和社区三方积极互动，形成了良好的大教育合力。

三、“小眼睛里大世界”——张扬废旧材料的环保效应

幼儿已有的生活经验是探索未知的基础，因此要在科学活动中提供幼儿日常生活中经常碰到的、感知过的或触摸过的材料，引发和保持幼儿对材料的探索欲望。在幼儿的生活中无时无刻不在接触着各种各样的材料，教师还要引导幼儿做有心人，随时随地地收集易得的、卫生、安全的废旧材料，为幼儿提供足够的探索机会。我们将每周一定为“废旧材料回收日”，建议幼儿将前一周和家人一起收集的废旧材料拿到幼儿园进行归类，分别放到“可回收箱”和“不可回收箱”，以备后用。幼儿通过动手操作活动，了解简单的科学道理，加强环保意识，更懂得废物再利用的科学知识，培养幼儿对科学的兴趣和探索精神。在“向下落的物体”时，我们很快就从“可回收箱”里找到了一些糖纸、羽毛、报纸、瓶盖等等，让幼儿通过操作活动，教师加以适当引导，从中发现重的东西落得快，轻的东西落得慢，但当同样的东西形状不同时，落下的情况也不同。

四、“小舞台上唱大戏”—— 一物多用，关注材料的迁移效应

每种材料都有其自身的特点，而且同一种材料可以体现不同的作用。在科学活动“有趣的塑料瓶”中，我为幼儿提供了大小不同的塑料瓶，紧接着我设问：“塑料瓶能干什么？”幼儿回答得很积极，伍杨天说：“可以当花瓶！”张研说：“可以当喝水的杯子。”我又接着问了几个问题：“除了这些用途它还能干什么？”“你会玩塑料瓶吗？”“我们来比比谁的玩法多？”激励的话语，立刻激起了幼儿探索的欲望，小朋友纷纷进行尝试，没过多久，他们就用行动告诉了我答案：王宇开在塑料瓶下用玩具做了几个轮胎，当汽车玩具玩；旦旦用花花绿绿的纸装扮塑料瓶当花瓶用；吴若涵找了个皮球，把塑料瓶竖在她对面在打“保龄球”；杨沁怡呢，运用以前学过的知识，把两只塑料瓶的口粘在了一起，在做“哑铃”操呢；还有伍杨天，将塑料瓶装满了水，在瓶上戳了个几个小洞放水，他告诉我们：他做的是“洒水壶”，他以前家里种花的时候玩过，这次是灵感迁移；还有小朋友把塑料瓶做成了漏斗！一个极其普通的塑料瓶在幼儿手里变得如此神气，焕发出新的生命和光彩。

只有不断地探索、总结，才能在各种有趣的科学活动中尽现各种材料的功能，体现材料的价值。在活动中，教师不再拘泥于发现材料，而更多的是使每一种材料都能在活动中得到淋漓尽致的发挥！

篇4：纳米材料在动物科学的生物学效应浅论

摘 要：

关键词：

[d1]中图分类号：G 文献标识码：A 文章编号：1673-9795(2011)07(c)-0000-00

《普通高中生物课程标准》明确提出：提高每个高中学生的生物科学素养是新课程标准实施的核心任务。所谓科学素养是指人所具有的与科学活动有关的一种综合素养,包含科学知识与技能, 科学方法与能力, 科学行为与习惯，以及科学态度与精神等。培养学生良好的科学素养，对其将来面对和适应，甚至在推动未来的科技与社会发展方面具有根本性的决定作用。

目前，在新课程实施的背景下，如何培养学生良好的科学素养，成为摆在教师面前一个极其重要的任务。中学生物教师应该针对当前教育形势，结合科学发展与现实生活培养学生的科学素养，笔者认为应从以下几点进行：

1 提高自身科学素质，关注科学前沿

新课程的实施，要求广大教师不仅要提高课堂教学的本领，也要求教师关注教研。但容易忽视的是教师对相关领域内的学术前沿和发展趋势的关注。许多实例都表明，结合新科技新发现对学生进行教育，不仅能激发学生的学习热情和兴趣，还可以促进对教材的灵活运用和深刻理解。更重要的是，如果教师能够适当引导，就将成为培养学生科学的思维习惯重要的途径和方法，对于学生分析问题的能力有着不可忽视的重要作用。为此，生物教师应该更多的关注当前科技的发展，将已知的知识和新发现融入自己的专业知识结构中去，提高自身，影响学生。正如北师大附中生物特级教师朱正威先生，虽然年逾古稀却依然能够条理清晰并细致地讲出当今生物科学的主要分支及其发展趋势，研究程度、重点领域及研究热点。拥有这样的知识储备和视野，生物课堂岂会空洞无物，索然无味呢？因此，中学生物教师关注学科的前沿并不是要求他们去做一个专业的科研者，而是要求其能够熟悉科学发展的进程、明确科学发展的趋势和特点，对专业问题的科学地位和价值有着自己正确和深刻的认识。

2 将科学与现实生活相联系

单纯的说教永远没有现实感受给人的印象深刻。因此，教师应该设法将科学与现实生活中我们可闻可见的事物紧密结合，然后再作适当引申，使学生真切的体验到科技改变生活的例子无处不在，这样才能更好的激发学生对科学探索的兴趣。例如：我们在谈到转基因的时候，就可以以现在超市中极为常见的大豆调和油标签上“原料：非转基因大豆”的标识说起，介绍转基因的原理、发展及其局限；在谈到病毒时，可以以艾滋病为例，由现实生活中爱滋病的威胁开始谈起，再具体讲述其发生、发展、预防、检测和抗体研制进展等等，以生动有趣的语言告诉学生相关领域最新的进展。教师应该明确，科学的发展因其以人为本的理念，都可以很容易的找到它与现实的紧密联系。最前沿的科学常常是解决我们最常见的问题。因此，作为中学生物教师，必须要把关注专业科学领域发展与现实的结合作为自己的任务之一，以之作为培养学生综合科学素养的良好材料。

3 将生物教育与数理化甚至语数外教育有机结合，培养学生整体的科学素养

生命科学发展至今，已经由传统意义上的生物学发展到了多层次、多学科交叉，内涵不断扩展的学科。几乎任何学科都能够在生命科学中找到用武之地。作为一名生物教师，首先要从学科的局限中跳出来，去面对各个学科与本学科的相关性，将其他学科的知识适当的融入生物课堂的教育，打破学科间的界限并给学生以启迪。例如：在讲解肉食动物习性时就可引用语文教材中蒲松龄的《狼》一文，如果教师适当的加以调整，甚至可以扩展到种群和群落等生态学的概念。数学科的内容，能够为生物所用的也非常多，如：一个种群在一个群落里面维持相对稳定的个体数目，就需要用数学知识来计算。至于物理化学上与生物相关的内容，更是不计其数。这些都是需要老师能够敏锐地去发现并捕捉。做到了这些，不但能够使生物课变得活泼有趣，吸引学生的注意力，同时也能够激发学生积极思维的能力，从而培养学生综合的科学素养。

4 在探究性实验的开展中积极引导、培养学生综合科学素养

《基础教育课程改革纲要(试行)》明确指出：要积极转变学生的学习方式，倡导探究性学习。在生物教学方面,探究性实验能够培养学生的创新精神和实践能力，这不仅有助于学生观察能力、动手能力、分析问题和解决问题能力的培养，而且还有助于学生严谨治学、实事求是科学态度的树立。教师应该从传统的教学主导者转变为学生学习的帮助者和启发者，使学生成为教学活动的主体。比如：在“观察质壁分离和复原”的实验中，有的学生很快就观察到质壁分离和复原现象，有的学生老是观察不到这种现象。教师可以通过提问的方式启发学生寻找原因。此外,教师还可以启发学生互相询问，动员实验做得比较成功的学生一起来帮助解决问题。同时,在教学过程中教师又要体现出“教”的主体性，比如，探究性实验“光对鼠妇生活的影响”涉及物理学、生态学、动物学中的一系列知識，这就要求实验者必须具有一定的知识水平和较强的实验技巧，而处于学习阶段的学生显然是无法达到。那么，要较好地完成这个探究性实验,生物教师就起着关键性和决定性的作用。所以，生物教师在中学生物探究性实验过程中既是帮助者，又居于主导地位。教师应结合具体实验，教会学生基本的实验研究方法，培养他们的实验兴趣，使学生就能够提出问题并产生进一步探究下去的主观愿望。从实践中获得实验技能，增强辨别问题的能力，并得出以证据为基础的结论，使科学素养水平得到进一步提高。