众所周知,目前我国已经稳居世界第二大经济体,人民生活水平日益提高,对大气层、水资源、土地资源、渔业资源等的保护意识提升到一个新的高度。对高耗能、高污染的传统纺织印染行业敲响了丧钟,越来越多的企业不堪国内环保治理的重负而关闭,一些企业不得已转移到孟加拉、柬埔寨等国家。但是随着全球一体化进程的加快,相信不久的将来,转移到国外的相关企业也会遭遇今天在国内同样的困境。

但是,每个人从生到死都离不开各种各样、大大小小、形形色色的衣服。北京斐摩科技有限公司、广东欣丰科技有限公司、北京大学化学与分子工程学院等单位联合攻关十年之久,终于完成从实验室的小样品研制、走向工厂中试、设备及工艺多次改进、进行大生产并获得最终成功,实现了完全摒弃传统染化料、拒绝使用大量的水资源对纺织物进行各种前处理、染色、后整理等繁琐而又耗能、耗水、耗气、污染空气等旧的生产方式,采用超临界萃取技术、真空沉积技术、自组装膜技术等对织物表面进行纳米结构处理,在织物表面的网格状、凹凸不平的结构上沉积多层交织、纳米级的钛、二氧化钛、锌、铁、氧化铁、铜、镁、硒、锰、钙、钴、镍、钼等人体含有的金属或非金属元素,采用特殊技术对纳米结构表面进行保护,达到了传统染化料染色得到的五颜六色的颜色效果,但却丝毫没有使用传统染色、后整理中含有的对人体有毒副作用的有机染料、助剂等,从根本上解决了大量污染、浪费水资源,偷排、偷灌而污染土壤、河流和高耗能等一系列老大难问题。由于本技术是世界上首创性地用真空沉积技术成功地实现了从实验室的小样品到工业工厂大生产的飞跃,不仅颠覆地解决了传统染化料对人体的毒副作用、对环境、对水源的污染等,而且还可以根据军工、医疗等特殊需要,达到吸波、抗紫外线、防辐射、抗菌、可控性地补充人体必需的微量元素等功能,也可以用于艺术品保护、非服装类装饰用布,例如窗帘、墙布等用途。

一、     传统染料、助剂对人体的毒副作用

 染料是有颜色的物质,通过它自身或者某些化学反应、物理吸附等方式使棉、毛、麻、丝、锦纶、维纶等各种纺织或着色。染料按照性质及应用方法可分为直接染料活性染料硫化染料分散染料酸性染料碱性染料还原染料酞菁染料等多种类型。从各种染料的有机化学结构特征可以发现:大部分染料结构中都含有大Π键,而这些含有大Π键的有机基团在从纺织品织物上脱落、或被幼儿误吸入人体后会引发癌症、白血病等疾病,尤其是某些织物在染整后期对甲醛等化学品处理不当,使得甲醛超标的情况下,极易对人体各器官造成实质性损害。
二、纳米结构色织物表面的纳米材料生物效应及安全应用问题

纳米结构色织物是在真空条件下,将纳米级的钛、二氧化钛、锌、铁、氧化铁、铜、镁、硒、锰、钙、钴、镍、钼等人体含有的微量元素蒸发、升华或溅射到织物的网格状、凹凸不平的表面结构上,利用这种特殊的纳米材料结构对太阳光的折射、反射、散射、吸收等作用产生赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫等七色光,实现了完全利用真空技术、纳米技术对传统染化料技术的彻底颠覆和突破,是一种创新性的技术革命,完全实现了无水、无污染、机械化、程序化、智能化、物联网、环境友好等一系列国家大力提倡和追求的目标。

1、关于氧化钙、氧化铁、氧化钛、钛、锰、锌、硒、镁、铜、钴、镍、钼、羟基磷灰石等纳米材料的生物效应与安全应用问题

20094月,在时任中国科学院常务副院长(现任科学院院长)白春礼院士、国家纳米科技指导协调小组首席科学家的统一指挥、协调并担任《纳米科学技术大系》的总编,由《纳米安全性丛书》编委会、中国科学院纳米生物效应与安全性重点实验室、高能物理研究所、国家纳米科学中心等近百人参与,由973项目首席科学家赵宇亮等组织编写了一套(10本)纳米安全系列中文书籍。在这套丛书中系统性地阐述了《磷灰石纳米粒子的制备、改性及其生物安全性》、《氧化铁纳米材料生物效应与安全应用》、《二氧化钛纳米材料生物效应及安全应用》、《药用生物纳米材料》、《纳米药物安全性》、《二氧化硅和氧化锌纳米材料生物效应与安全应用》、《金属纳米材料生物效应与安全应用》、《纳米碳管生物效应与安全应用》、《纳米毒理学与安全性研究方法》、《纳米毒理学》、《纳米技术手册-商业、政策和知识产权法》等大量地引用国内外的高水平研究成果、系统性地阐述了纳米材料的生物安全性、毒理学等科学问题,对我们研究团队筛选生物安全性材料、改进工厂设备、工艺条件等方面的工作具有巨大的促进和指导性意见。

唐萌博士、教授,现任东南大学毒理研究所所长,《东南大学学报(医学版)》主编曾任东南大学毒理教研室主任、劳动与环境卫生学系主任、公共卫生学院副院长等职兼任中国毒理学会免疫毒理专业委员会委员他编写的《氧化铁纳米材料生物效应与安全应用》一书以大量的图表、翔实的数据,系统地介绍了氧化铁纳米材料的生物效应、毒理学及安全性解决方案的国内外最新研究成果。主要包括氧化铁纳米材料的应用领域、制造方法、特性与表征、一般毒性、致突变性、代谢动力学、生物相容性、细胞毒理学、安全性解决方案、总结与展望等方面的内容。第1章介绍了氧化铁纳米材料的应用领域,列举了氧化铁在磁共振成像检测和生物医学中的应用、在基因工程中的应用、在肿瘤热疗中的应用等,说明氧化铁在生物医学中已经被广泛应用。第4氧化铁纳米材料的一般毒性从急性毒性、亚急(慢)性毒性,经消化道、经呼吸道、经腹腔、经静脉等的毒性大量研究工作。第5氧化铁纳米材料的致突变性试验和代谢动力学研究介绍了鼠伤寒沙门氏菌肝微粒体酶试验、小鼠骨髓噬多染红细胞微核试验、小鼠精子畸变试验、纳米材料可能的遗传毒理学机理。第6氧化铁纳米材料的生物相容性及细胞毒理学研究介绍了生物相容性的概念,医用材料生物相容性评价程序的发展及相关标准,生物相容性的分类及评价方法,氧化铁纳米材料的生物相容性。

2、从国内外大量医学、生物学数据出发来限定人体穿着用服装纳米材料的选用范围

在由王夔院士任主编,慈云祥、唐任寰、徐辉碧等任副主编的《生命科学中的微量元素分析与数据手册》第九章中描述了正常人组织之中的微量元素含量。其中写道:“世界万物都由元素组成,人体也是由各种化学元素组成的,人体的化学元素组成在质和量上皆与地壳表层的元素组成相似。在研究微量元素与健康疾病关系的过程中积累了大量的正常人组织、体液中微量元素含量数据。在正常情况下,正常人组织、体液中微量元素的含量是在一定范围内的,称为正常值,它反映了人体对微量元素的摄入水平和健康状况,当组织、体液在一定程度上的微量元素含量偏离正常值时,我们应当考虑它和某些病变的关系,也许它是某些病变的结果,或者是某些疾病的启动因子或兼而有之。在这种情况下进行监控、合理调整(增加或减少)某些微量元素的摄入量甚至增加其排泄量对于保障人们健康是有积极意义的。当然,当考虑组织、体液中微量元素的含量时注意到一些微量元素之间的协调或拮抗作用也是十分有意义的,如众多的微量元素数据研究中许多研究者十分关系Cu/Zn关系,铜锌比指出Cu/Zn的变化也是一个十分重要的因素,和许多疾病有关。”

表1、正常人体组织中的微量元素含量

三、纳米结构色织物在医学、军工等方面的潜在应用

经过与中医专家讨论,有妇科专家建议:可以将含有银的纳米结构色织物做成妇科用的内裤定期让患有妇科病的女士穿用一短时间,可以治疗妇科病。另外,含有氧化钛、银或氧化银的纳米结构色织物可以用于治疗皮肤病。对于在特殊密林、潮湿地方工作的军人来讲,可以定期穿一段时间含有银、氧化银、氧化钛的纳米结构色织物也可以起到抗菌、消炎,预防皮肤病的作用。此外,人们可以定期穿用含有钙、氧化钙、氧化铁、硒、锌等的纳米结构色织物来缓慢补充一些人体需要的微量元素。

由于含有微量元素的纳米结构色织物还具有抗紫外线、抗辐射、吸波等功能,也可以被开发、应用到军工上。

纳米结构色织物也可以被应用于艺术品保护、装饰用布、家用墙布等。