碳纳米管——以及它们被称为富勒烯的球形“表亲”——正被证明具有多种用途,应用于改进的太阳能电池、电子产品和医疗探针。但是,与其它工业部件的产量相比,这种棘手的纳米材料的产量仍然是纳米级的。尽管如此,环境工程师已经开始调查如果这些材料意外释放,它们会如何与自然环境相互作用,并发现至少一些疏水性(憎水)材料很容易在天然水中持续存在。
佐治亚理工学院的Jae-Hong Kim和他的同事研究了所谓的“多壁碳纳米管”——碳原子层层嵌套的“稻草”——如何与天然水相互作用,在本例中,样本取自附近的苏万尼河。令他们惊讶的是,碳纳米材料并没有像试图避开水分子那样结块,而是与河水中带负电的天然有机物相互作用。这种有机物似乎屏蔽了纳米管,使它们在混合一小时后分散在水中,而不是结块和沉淀。“一开始,溶液非常黑,随着时间的推移,它会变成灰色,”Kim说。“有趣的是,一个月后它仍然是灰色的。”换句话说,即使在这段时间之后,纳米管也不会沉淀。
根据发表在Environmental Science and Technology上的在线论文,这种长达一个月的悬浮意味着苏万尼河水实际上比化学表面活性剂更能促进碳纳米管的分散,而化学表面活性剂只能将纳米管在溶液中保持大约四天。类似的富勒烯(由60个碳原子组成的稳定球体,也称为C60)研究需要大量的有机溶剂才能维持悬浮状态。
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由于存在这些溶剂,关于C60的毒性测试一直存在疑问,即究竟是富勒烯还是溶剂造成了损害影响。密歇根州立大学的环境工程师Volodymyr Tarabara和Syed Hashsham及其同事测试了这种富勒烯在水中(不含溶剂)对淋巴细胞(人类免疫细胞)的毒性影响。研究人员使用乙醇在先前被证明没有毒性影响的水平下,并使用数周的磁力搅拌,制备了C60和水的溶液。
根据Environmental Science and Technology 12月1日刊显微分析显示,在浓度低至每升2.2微克时,C60团块会损害免疫细胞的DNA。C60引起DNA损伤的确切机制尚不清楚,特别是因为成像无法检测到最小的富勒烯团块,但其DNA损伤效应是剂量依赖性的。“我们不确定是否存在非常非常小的颗粒,一到两个纳米大,”Tarabara说。“它们可能对细胞损伤非常重要。”
无论如何,这种纳米污染不太可能很快发生:“事实是,需要数周的混合才能在颗粒足够小以至于不会沉淀的尺寸范围内产生可观的浓度,”Tarabara指出。“这不是我们可以预期会随意出现的东西。”但环境工程师认为,在广泛采用新型碳纳米材料之前,应该进行此类研究,尤其因为它们似乎还有一些意外之处。“有一件事是肯定的,”Kim说,“这些材料传统上不被认为是水基污染物。”他补充说:“我的意思是,‘嗯,这似乎是可能的。’”