综述：镍基纳米材料：风险评估、毒性机制及健康风险预防未来策略的综合分析

镍基纳米材料（NBNs）应用广泛，但存在健康风险。本文综述其毒性、机制及预防策略。

　　# 镍基纳米材料：毒性、风险与应对策略的全面剖析

镍基纳米材料（NBNs）的崛起与隐忧

随着纳米技术的蓬勃发展，纳米材料（NMs）在众多领域大放异彩，其中镍基纳米材料（NBNs）凭借独特的化学和物理性质，在材料科学、生物医学、能源等多个领域展现出巨大的应用潜力。比如，镍纳米颗粒（Ni NPs）可作为高效催化剂参与化学反应，在电子应用中用于生产导电墨水和电极材料，还能在生物医学领域实现靶向药物递送和磁共振成像。镍化合物纳米材料种类丰富，像氧化镍纳米颗粒（NiO NPs）、硫化镍纳米颗粒（如 NiS）、镍铁氧体（NiFe2?O4?）等，它们在不同领域也发挥着关键作用。

然而，NBNs 的广泛使用引发了一系列问题。职业环境中，工人可能通过皮肤接触或吸入含镍的气溶胶、烟雾、灰尘等暴露于 NBNs，已有工人在接触 Ni NPs 粉末后出现喉咙刺激、鼻塞等症状。而且，NBNs 在环境中的扩散也令人担忧，其潜在的环境和健康风险不容忽视。

NBNs 的理化性质：独特之处与潜在影响

NBNs 的理化性质复杂多样，主要包括 Ni NPs、NiO NPs、镍铁氧体 NPs、硫化镍 NPs 等多种类型。它们可被合成纳米球、纳米棒、纳米片和纳米花等不同形状，每种形状都影响着其催化性能 。

NBNs 的化学组成也十分关键，通过掺杂其他元素或与其他纳米材料形成复合材料，能提升其性能。表面改性同样重要，常见的表面改性技术包括涂覆保护层（如氧化物涂层、聚合物涂层）、构建核壳结构等，这不仅能增强其在催化、传感、储能和生物医学等领域的应用性能，还会影响其环境和健康效应。

影响 NBNs 毒性的多面因素

尺寸效应

尺寸是影响 NBNs 毒性的重要因素之一。一般来说，较小的纳米颗粒（NPs）因具有更大的表面积、更强的细胞摄取能力，更易诱导氧化应激和其他有害生物效应，毒性更高。研究发现，NiO NPs 对肾脏的毒性比微米级的 NiO 更强，且粒径越小，肾毒性越明显。对于纤维状 NBNs，其长度也会影响毒性，较长的镍纳米线可引发强烈的炎症反应，而短纳米线则不会。

组成差异

纳米材料组成的变化会显著影响其毒性。研究表明，通过改变 NBNs 的组成，如合成不同的 NP 混合物或进行掺杂，可以改变其生物活性和毒性。例如，Cu/Ni 混合 NP 对人肝癌细胞系（HepG2）的抑制率高于单一的 CuO NPs 和 NiO NPs 。

表面改性作用

表面化学对 NPs 的团聚状态和生物相互作用有重要影响。表面改性可以改变 NBNs 的生物效应，如碳涂层修饰 Ni NPs 能减轻其对肺部的炎症和损伤 。

溶解特性影响

金属纳米材料释放的有毒金属离子是影响其毒性的关键因素。NiO NPs 由于溶解缓慢，会产生较高浓度的Ni2+离子，从而导致更强的肺毒性 。

其他因素

NBNs 的浓度、剂量和暴露时间也与毒性密切相关，通常毒性随浓度增加和暴露时间延长而增强。此外，环境因素如 pH 值、离子强度、光照等也会影响 NBNs 的毒性，例如，与环境污染物共同暴露时，可能产生协同毒性 。

NBNs 的暴露途径：多渠道的潜在威胁

吸入途径

吸入是 NBNs 进入人体的重要途径。NPs 可避开呼吸道的黏液纤毛防御，沉积在肺泡区域，进而影响心血管系统和大脑等器官。已有工人因接触纳米级镍颗粒而患上职业性哮喘，甚至有人因吸入 Ni NPs 死亡 。

摄入途径

摄入 NBNs 的风险因产品标签不当或包装不完善而增加。在牙科和食品工业中，Ni NPs 的使用可能导致人体经口暴露，对健康造成潜在威胁 。

皮肤接触途径

纳米材料能够穿透皮肤屏障，引发多种生物反应，如镍诱导的接触性皮炎。有工人在处理 Ni NPs 时未采取防护措施，从而患上接触性皮炎 。

静脉注射途径

在医学领域，静脉注射 NBNs 可用于药物递送和成像等，但也存在急性和长期毒性反应、免疫系统过敏或抑制等风险 。

NBNs 的毒代动力学与毒效学：体内的复杂旅程与作用机制

吸收、分布与摄取

不同的暴露途径导致 NBNs 在生物体内的吸收和分布模式各异。通过呼吸暴露，NBNs 可影响大鼠血清中的代谢物和代谢途径；经口摄入后，它们会在肝脏和肾脏等器官积累 。

作用机制

NBNs 的毒性机制复杂多样，主要包括氧化应激、细胞凋亡、炎症、内质网应激、基因毒性等。例如，Ni NPs 可通过氧化应激损伤诱导细胞凋亡，NiO NPs 能引发肺部炎症和纤维化 。

生物转化、清除与排泄

NBNs 在动物体内会发生生物转化，影响其生物利用度、分布和毒性。它们主要通过肾脏和粪便排出体外，但这个过程较为复杂，可能对肾脏功能产生影响 。

NBNs 对各器官系统的毒性影响：全方位的危害

呼吸系统

NBNs 可导致肺部炎症、氧化应激和组织损伤，长期暴露可能增加患慢性呼吸道疾病和肺癌的风险。在人体肺细胞实验中，NBNs 可降低细胞活力，引发细胞凋亡和 DNA 损伤 。

循环系统

NBNs 会影响循环系统，导致氧化应激、炎症、内皮功能障碍和血管损伤。例如，NiTi 合金中的Ni2+离子和 NiTi NPs 可能引发炎症和血管生成，影响支架的安全性 。

消化系统

摄入 NBNs 可导致胃肠道炎症、氧化应激和肠道微生物群紊乱。研究表明，NiO NPs 对肠道上皮细胞具有细胞毒性，会导致细胞活力下降和 DNA 损伤 。

免疫系统

NBNs 能触发免疫反应，导致炎症和免疫细胞激活，长期暴露可能引发慢性炎症和自身免疫疾病 。

神经系统

部分 NBNs 可穿过血脑屏障，引起神经炎症、神经毒性和神经元损伤，影响神经功能 。

肾脏系统

NBNs 易在肾脏积累，导致氧化应激、炎症和细胞损伤，影响肾脏功能 。

皮肤系统

NBNs 可穿透皮肤，造成氧化应激、炎症和细胞损伤，引发皮炎和过敏反应 。

生殖系统

Ni NPs 会影响生殖系统，导致生殖毒性和胚胎毒性，如降低精子数量和质量，影响卵巢功能 。

NBNs 的监管与风险评估：保障健康与环境的防线

易感人群

从事 NBNs 生产、处理和加工的工人，以及儿童、孕妇、过敏人群和免疫力低下者等，都是 NBNs 暴露的易感人群 。

相关法规

全球各国和组织制定了一系列法规来控制镍的环境和健康风险，包括空气质量、水质、废物管理和职业安全等方面的规定 。

减少暴露的措施

为减少 NBNs 的暴露，可采取多种措施，如减少其在工作场所的释放，提供个人防护设备，加强工人培训等 。

降低毒性的策略

通过表面改性、控制释放机制和提高生物降解性等策略，可以降低 NBNs 的毒性。一些天然化合物和纳米材料也能减轻 NBNs 的毒性 。

总结与展望：前行之路与挑战

本综述全面阐述了 NBNs 的毒性、暴露途径、健康和环境影响、毒性机制及监管方面的内容。随着 NBNs 在各个领域的应用不断拓展，其安全性评估变得至关重要。未来，需要进一步研究新型 NBNs 的毒性，开发更有效的生物模型和分析技术，加强跨学科合作和监管，以确保 NBNs 的安全使用。

虽然目前对 NBNs 的研究取得了一定进展，但仍面临诸多挑战。例如，一些 NBNs 的中间产物和降解产物的毒性尚不明确，现有的解毒策略还不够完善。因此，持续的研究对于保障人类健康和环境安全至关重要 。