中國粉體網訊 納米材料的興起和大量使用促進了科技的發展。但近年來，其負面效應如是否會對人體健康和生態環境造成風險也引起了廣泛關注，一些交叉學科如環境納米科學、納米毒理學等應運而生。
總體來說，環境納米科學的研究還處在起步的階段，一方面是此領域的研究力量還比較有限，另一方面是還有很多關鍵瓶頸問題沒有解決，如缺乏針對性的研究方法。常規的污染物無論其分子大小，都有相對固定的分子結構，可以通過色譜、質譜等分析手段對其成分和結構進行研究，但納米材料的化學組成往往是不確定的，而且其形狀多變，這給研究帶來很大的不確定性，導致納米材料難以直接用傳統的方法進行研究。此外，對納米材料的濃度定義的不同也會影響其分析方法的選擇，分析其所含元素總濃度或者其顆粒個數需要依賴于不同的分析技術。對于環境樣品分析而言，樣品前處理與凈化是非常關鍵的一個步驟，納米材料分析的富集、凈化方法等都與傳統的污染物有一定差別。除此之外，在納米毒理學研究中，目前還沒有很好的方法來區分其毒性效應到底是來自納米材料本身還是其釋放的離子。這些問題都為環境納米科學研究帶來了新的方法學挑戰。
有新的挑戰就會有新的突破。近日，中科院生態環境研究中心環境化學與生態毒理學國家重點實驗室劉倩、江桂斌研究組在納米材料轉化過程同位素分餾方面取得重大突破，研究成果已在線發表于Nature Nanotechnology，doi: 10.1038/nnano.2016.93; Impact Factor 35.267(詳情請見：江桂斌團隊在納米材料轉化過程穩定同位素分餾方面取得重大突破)。此研究成果也引起了同行的極大關注，為此記者專門請劉倩老師為大家對此成果進行一個詳細的解讀。
研究人員正在操作MC-ICP-MS進行穩定同位素分析
劉倩老師的工作主要圍繞環境分析化學開展，早期主要是利用納米材料來建立污染物分析新方法，特別是樣品前處理方面。近年也開始研究針對納米材料自身的分析方法。在這些研究工作中，他愈發感受到環境納米材料現有研究技術的不足，需要有新的技術來推動這一領域的研究。劉老師關注到地質研究中的天然同位素分析方法，在地球科學、考古學等領域，使用天然同位素來進行年代判定或來源追溯已是一個相對比較成熟的方法，但在其他領域的應用還相對較少。“這可能一是因為其他領域的研究人員對穩定同位素技術還不夠了解，二是穩定同位素分析還是具有一定的門檻的”。劉老師開始思考是否可以將地學上的穩定同位素技術用來解決一些環境領域的問題，如研究環境中的納米材料等。結合課題組之前在納米銀方面的工作基礎，他開始研究環境水體中納米銀的轉化過程中的穩定同位素分餾。幸運的是，銀只有兩個同位素且具有相近的豐度，因此他很快就建立起了銀同位素的分析方法，為后續研究的開展打下了良好的基礎。
銀穩定同位素的分析方法是否具有決定性的作用?對此劉老師進行了專門的解釋：“從最終的分析結果來看，納米材料進入環境水體之后的轉化過程中，同位素比值會有一個變化，但是這個變化是非常細微的，一般只有千分之零點幾。因此準確、可靠的分析方法對此研究的開展至關重要。”除了環境水體，后續還將會對土壤、大氣等其他環境介質進行研究，要想保證結果的準確性，就需要對樣品基質進行徹底的凈化，可能還需要依賴于更可靠、更嚴格的樣品前處理方法的開發。
談到這一成果的意義，劉老師也與我們進行了分享。一是可以利用這一新技術來研究納米材料的環境行為。納米材料進入環境之后會經歷不同的環境過程，不同的過程會造成不同的同位素比值變化，因此可以利用初始和最終的同位素變化來研究納米材料的環境過程。二是可以基于此技術對納米材料在環境中的歸趨或者來源進行一個判斷。如天然生成的納米銀和人工生產的納米銀，在環境轉化過程中的同位素變化是有差異的，因此可以通過這個差異來判斷納米銀的來源是天然的還是人工的。當然這一方法還需要進一步的驗證。
雖然這一技術在真正廣泛應用于環境納米科學研究之前還有很多工作要做，但是其為環境納米研究提供了一個全新的思路。劉老師表示他們會繼續深入相關領域的研究，儀器信息網也會持續關注。
