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GB／T 39261-2020 纳米技术 纳米材料毒理学评价前理化性质表征指南.pdf

团聚体也被定义为“二次颗粒”，初始的 的聚集状态。与毒理学检测相关的是实验室和生物试验操作对颗粒尺寸的影响。与强键作用形成的聚 集体相比，弱键作用形成的团聚体更易于碎片化，表明 毒理学研究中的颗粒样品可能不同于原始样品， 当团聚体碎片化后，可能形成聚集体、更小的 中（如血清、组织培养液）的颗粒尺寸，以有效对比暴露周 的颗粒和收到的颗粒 毕为生物试验配制的 感浮液中颗粒尺寸会变大，这将在5.9.2分散性 也有推测认为，生物试验后的颗粒尺寸会 变小，这是呼吸研究中讨论的一个影响因素。 一项研究表明101 ，二氧化钛聚集体与细菌发生作用后， 其尺寸和质量均发生变化，并可被细菌摄取和进行环境传递。通常情况下，研究人员检测颗粒尺寸以确 定使用的是否是二次颗粒。如果是二次颗粒，则检验经超声4等剪切力5作用后颗粒尺寸的变化，从而 须测处理后的颗粒与生物分子的作用，以及颗粒的穿透效应和摄取过程

团聚体颗粒个数与初级颗粒总数之比，单位为个/个；团聚体中的初级颗粒个数，单位为个/个；单位 团聚体的初级颗粒的数量分布和尺寸

TB 10402-2019 铁路建设工程监理规范.pdf对纳米物体及其团聚体、聚集体的表面轮廊或外形的描述。参见定义2.26

分子形状和物理形状取决于原子间的结合方式以及呈现出的可降低自由能的结构形状，可以在一 定环境条件下通过动力学变化获得。这可以应用于整个生产过程，与自组装分子（例如：碳纳米管）不 同，纳来物体的形状可能与液相表面张力等因素有关。可以采用扫描电子显微镜（SEM)、透射电子显 微镜（TEM)或扫描探针显微镜（SPM）对材料形状进行表征 同样成分的人造纳米物体可以具有不同的形状（如球形、纤维、圆盘）。此外，每一种形状可具有不 同理化性质和生物特性，原因是即使原子组成相同，分子键的连接方式（如表面暴露的分子键）却可能 不同，

同样成分的人造纳米物体可以具有不同的形状（如球形、纤维、圆盘）。尚未有足够的研究表明形状 寸NOAA毒性的影响，材料的长径比可能对健康具有重要影响，如高长径比的纳米纤维可引起实验动 物类似石棉效应的反应[102]。此外，研究人员推测NOAA的形状可影响体内沉积和吸附动力学。相关 信息可参考文献98

分子间较弱的作用力，弱于氢键和原子间作用力4 4）使用高频率声波破碎细菌[87] 5）材料的横截面沿该外力作用方向发生的相对错动变形现象[96] 6）打开某个结构的表面，如膜表面[85]

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与尺寸无关的形状描述（如长径比等不同方向的延展比，单位为m/m或分形维数）；与尺寸无关 伏参数分布。 注：可以获得很多的形状描述[52]。

样品暴露于气相或液相时，可接触到的面积称为表面积。基于样品的质量或体积的表面积通常表 示为质量比表面积或体积比表面积。参见定义2.28

作为一个外延量，表面积取决于材料的数量，因此表面积与质量比（即比表面积)更具有可比性。比 表面积是一个内含量，不依赖于材料的总量， 对于多孔材料，需区分颗粒的外表面积和内孔面积。外表面通常指环绕离散颗粒或聚集体的包裹 层，很难被精确定义，因为在原子尺度上，固体表面很少是平滑的。通常认为外表面包括所有的突起和 宽度大于深度的裂缝面积，孔表面包括所有裂缝、孔和腔体，这些均能接触到气体。外表面和孔表面的 区别取决于评估方法以及孔尺寸分布特征。由于孔的可接触性依赖于气体或液体分子的尺寸和形状， 因此，测得的孔表面积和孔体积可能与所吸附的分子有关[103J[104[105]

比表面积指物质的表面积除以它的质量，单位为m"/g；或者物质的表面积除以它的体积，单位为 m²/cm。研究结果同时使用这两个单位，m/g和m/cm。

纳米物体的化学信息和晶体结构包括：a)组成，b)晶体结构"包括晶格参数和空间群，c)杂质（如 在的话）。参见定义2.5。

物质在机体或机体中某些部位的蓄积过程 8） 化学计量学是化学的一个分支，参与反应或构成化合物的物质相对量之间的关系，尤其是针对整体比例[5 描述晶体中排列的原子或分子的晶格结构（常用晶格参数和晶格类型表示，如面心立方体，密排六方体，体心 方体等）。

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化学组成表征包括已知组分和未知组分（如杂质）的表征。此外，随着纳米物体的尺寸接近于纳米 尺度的低限，表面化学和组成之间的区别变得模糊。因此，有些情况下，可将表面吸附的分子纳人材料 组成，但是，仍推荐对表面化学进行单独的表征。当表面分子与悬浮介质中的分子存在动态交换，这 表征技术就更具有一定的挑战性。表面分子的排列（如垂直或平行）有可能影响毒性

纳米物体的化学组成和晶体结构可从分子水平决定其毒理学作用。因此，为了更好地理解材料毒 性，需提供样品的化学信息和结构信息，主要包括： a）组成； 晶体结构，包括晶格参数和空间群； 杂质。

有一些材料的表面化学是由原子种类决定，例如，类似富勒烯的无机材料（如MoS2能够形成嵌 本，外原子层是典型的硫），还有一些材料的表面化学是由表面修饰特定化学基团的材料决定（如金 修饰的柠檬酸以增加稳定性）。一些纳米物体经表面修饰可降低团聚，这些修饰将改变材料的表面 多孔纳米物体可与分散介质直接接触，其表面化学性质是由与介质直接接触部分决定。

NOAA吸附蛋白质可改变其表面化学（即NOAA的表面化学很大程度上由吸附的蛋白质决定） 表面吸附分子层决定[116][117}[118]。 NOAA表面吸附的不同官能团将产生许多潜在影响，在如下方面产生重要作用：a)进入生物体及 其分布；b)自然水体中的归宿；c)胶体稳定性；d)靶细胞或组织暴露。特定官能团还将影响纳米材料的 理化性质，如团聚、含尘量、Zeta电位（参见5.8.2）、比表面积和水溶性。因此，研究人员推测表面化学是 影响NOAA的最终风险的关键因素之一 NOAA相对疏水性或亲水性是表面化学指标之一，控制着表面与水的相互作用。通常NOAA的 亲水性更利于生物应用。但是，如果表面带正电荷的富勒烯类材料同时具有亲水和疏水性，则更容易使 红细胞13）膜破裂[121

10）在溶液中使平面偏振光向右旋转L9}，以此描述晶体中排列的原子或分子的晶格结构（常用晶格参数和晶格类 型表示，如面心立方体，密排六方体，体心立方体等）。 11） 在溶液中使平面偏振光向左旋转9]。 12）不对称的分子彼此镜面成像，如同左右手（手性）[96」 13）无核的双凹形的血液红细胞，平均直径7.7um[120]

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包括固定层厚度的元素和分子含量，单位为摩尔/摩尔，对于没有明显反应阶段的化学反应，单位为 分子数/表面积，或，实际结合的分子数/理想反应条件下结合的分子数；反应活性；标准化学反应速率单 位为mol/(dm3·s)。 注：对反应活性强的材料（如遇水发生反应），尤其是需要测定反应产物或副产物的材料，则活性检测一定要足够 详尽。

车续相接触的表面上携带的电荷。参见定义2.29

对于胶体体系（如NOAA均匀的分散于连续的液相中，尺寸在微米尺度），通过测量Zeta电位来计 算表面电荷。Zeta电位是胶体体系中动力学电位的缩写。理论上，Zeta电位是在界面双电层内，滑动 面位置，相对远离界面的体相流体中的某点的电位势，也即是分散介质与附着于被分散颗粒的流体静止 层之间的电位差。 NOAA被雾化后，不同表面之间的摩擦能够产生静电荷，如与墙壁以及大颗粒的摩擦，气体分子能 够将电荷从这些表面携带给NOAA。 纳米颗粒携带的静电荷可影响团聚体的形成，进而影响这些团聚体是否会形成，以及如何形成

Zeta电位能够决定特定生物系统中NOAA的蓄积速度，因此也就能够决定生物体中NOAA潜在 的毒性[98][1001[119][122][123[124[125]。此外，还与胶体分散体系的稳定性有关。Zeta电位表示分散系中邻近 的、类似的带电颗粒之间的排斥程度。对于足够小的分子和颗粒，Zeta电位（正或负）越高，越有利于溶 夜的稳定（即分散将会减少团聚）。当Zeta电位很小，吸引力超过了排斥力，通过范德华力的作用，颗粒 容易发生絮凝14)。在离子强度比较低时（小于～0.1M)[119L1241[126]，高价15)离子能够结合在纳米颗粒表 面，可显著增加Zeta电位。 在毒理学研究中，Zeta电位（表面电荷)在以下方面具有重要影响：a)胶体相互作用的程度，自身是 溶液pH和离子强度的函数，b）通 俞时，化合物的生物利用度

积的正、负电荷的绝对值，单位为C/m"；Zeta电

一种材料（溶质）能够溶于另一 、均相的体系。见定义2.27

14） 形成大的团聚体，发生沉淀的尺寸，促进沉淀4 15）与氢有关的原子价态，在化学中称为“单价"[127]。 14

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溶解度的概念是与作为溶质的固体、液体和气体，以及作为溶剂的固体和液体相关的（注：以超临界 流体16"形式存在的气体，有时也被当作溶剂）。溶解度随温度升高而增加，也与压力和pH有关。如果 材料的所有组分均可溶，则被认为是完全混溶，如酒精和水。如果材料不能形成任何浓度的溶液，则被 人为是完全不互溶或完全不混溶（如苯和水）。材料的溶解性差表现为形成沉淀以及在液体或液体/固 体中分离成单独的相。 纳米物体尺寸小，所以很难区别其分散和溶解状态。这些术语之间的主要区别在于“被溶解”需要 固相分子被这个过程充分的解离，而分散则没有涉及明显的解离

如果NOAA在生物或环境介质中是可溶的，则能够以分子或离子形式出现在体外/体内测试体系 里，并且具有与该NOAA分子或离子相同的毒理反应。然而，纳米尺度的可溶材料比相同的大尺寸块 本材料溶解得更快，这可能会影响溶解瞬时的溶液浓度。如果纳米物体在生物或环境介质中是不可溶 勺，则以初始状态出现在测试体系中，在溶液中的分布不同于相同组成的大尺寸块体材料的分布 毒理学认为NOAA在油和水中的溶

在特定（或标准）温度和压力下，溶于单位质量或体积溶剂的溶质的最大质量或浓度，单位 /kg，或kg/m,或mol/mol.

在毒理学研究中，如果NOAA的免疫或炎性反应与尺寸具有依赖性，则颗粒的分散性将成为重 因素。因此，材料的团聚或再团聚能够阻止颗粒物穿透细胞膜，抑制巨噬细胞17的吞噬能力18) 分散性对毒理学效应的影响尚未进行充分研究[98]

16）高于物质的临界温度时，不管气压多大，气体都不能被液化 17 指一类可活动的、单核的、具有吞噬能力的（可吞噬细菌、细胞和碎片)细胞，以固定细胞或游离细胞的形立 细胞残片及病原体进行噬菌作用，包括Kupffer细胞，淋巴细胞，肺泡巨噬细胞，小胶质细胞和间质细胞[12 18） 噬菌细胞的活动，指具有摄人、破坏颗粒物（如细菌、原生动物、细胞和细胞残片、灰尘以及胶体)的能力[120）

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对于一个定义明确的被测量，将每个影响参数的不确定度进行加和积分，得到测量不确定度19）。不 确定度评定中的第一步是描述如何计算被测量，或输出量，即写出输入量的方程关系式。每个影响参数 为不确定度评定方法包括重复测量（A型评定）的统计学分析、其他已知数值（如测量的校正值等）、科 学判断或计量学家的经验（B型评定）。无论如何评定，标准不确定度均可作为标准偏差。标准不确定 度与下列因素有关，如：分辨率、重复性、漂移和仪器校准。对被测量而言，每个参数对最终测量结果的 影响程度均可影响合成测量不确定度。 如果输出量y与输人量；的方程式为：y=f（），则灵敏度系数为c；=af/ar;。根据测量模型 公式75]，灵敏度系数乘以每一个标准不确定度，再积分求和，可得出如公式（1)所示的用于计算合成测 量不确定度的通用方程：

一一单个标准不确定度； C：一一单个标准不确定度的灵敏度系数； u一一标准不确定度 因此，通过灵敏度系数确定的模型，对评定测量不确定度具有重要影响。合成测量不确定度乘以包 因子得到扩展不确定度。常用的包含因子k三2。 当k三2.并目合成不确定度的自由度足够大时.则

19）每个单独不确定度的平方之和的平方根（如变异系数），即联合不确定度[75]。

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被测量的真实值有95%的可能性落在规定的范围。在实际中也能使用其他置信区间，这取决于不确定 值的使用目的

确定度在纳米物体中的应

一定要对测量结果和不确定度进行验证，如使用合适的参考物质进行实验室内验证，或者通过实验 室比对，即儿个实验室针对同一参考物质或样品按同 步骤进行测量，并对所得结果进行比较。通过对 数据进行简单分析或使用统计学方法以及采用国际草案 [133[134]，验证所有实验室在预期的测量不确 定度范围内得到了相同的结果。对存在差异的数据，使用统计方法和工具进行更深入的分析，确认差异 或异常数据背后的技术原因，

理化性质数据要格式统一，以便于用户正确解读和使用，并可录入材料数据库。许多因素可影响数 居的正确性和可靠性，包括：人为因素、实验室环境、测量方法和方法验证、设备、测量的潮源性、样品的 采集、处理和制备。《检测和校准实验室能力的通用要求》74概述了这些影响因素和指导原则。 为了更好地理解、比较测试数据，测试报告包括表征目的以及如下各项： 材料的详细描述，注明正确的理化特性； 样品制备，包括使用的标准方案； 可影响实验结果的实验室条件； 标准分析方法和提取条件。 使用标准方法可为测得的结果提供科学支持。当开发和验证新方法时，需要对如下信息进行检验 检测实验室和测试方法识别； 适用范围（包括材料，测量范围和浓度）； 检测或校准范畴描述：

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（资料性附录） 测定方法和标准举例 测定方法举例有助于使用者了解目前已有的方法。因为NOAA种类繁多，使用者不确定这些方 法的适用范围，许多已有方法只适用于少数几种NOAA的表征，或只适用于毒理学测试中的某种浓度 的表征。因此，急需发展和确定这些参数的测定方法。 表B.1同时列出了测定方法及相关标准。ISO/TC229和其他的ISO技术委员会如ISO/TC201 （表面化学分析），ISO/TC24（颗粒物标准）等标准化组织制定了新的、相关的、已经确认的方法标准、 些国际组织，如OECD，ASTM,EPA，NCI的纳米技术表征实验室等，推荐了相关的测定方法和步骤。 注：ISO在持续更新文件，所以下面列出的一些信息可能有更新。

表B.1测定方法和相关标准

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[1]GB/T13221一2004纳米粉末粒度分布的测定X射线小角散射法 [2］GB/T15445.1一2008粒度分析结果的表述第1部分：图形表征 [3］GB/T 15445.2—2006 粒度分析结果的表述第2部分：由粒度分布计算平均粒径/直径和 各次矩 [4] GB/T 15445.4—2006 粒度分析结果的表述第4部分：分级过程的表征 [5]GB/T 15445.5—2011 粒度分析结果的表述第5部分：用对数正态概率分布进行粒度分 析的计算方法 [6］GB/T 15445.6—2014 粒度分析结果的表述 第6部分：颗粒形状和形态的定性及定量 表述 [7] GB/T17359—2012 微束分析 能谱法定量分析 [8] GB/T19077—2016 粒度分析 激光衍射法 [9] GB/T 19587—2017 气体吸附 BET法测定固态物质比表面积 [10]GB/T19627—2005 粒度分析光子相关光谱法 [11] GB/T 20099—2006 样品制备粉末在液体中的分散方法 [12] GB/T 21006—2007 表面化学分析X射线光电子能谱仪和俄歇电子能谱仪 强度标的 线性 [13] GB/T 21649.1—2008 粒度分析 图像分析法第1部分：静态图像分析法 [14] ( GB/T 21649.2—2017 粒度分析图像分析法第2部分：动态图像分析法 [15] ( GB/T 21650.1—2008 压汞法和气体吸附法测定固体材料孔径分布和孔隙度第1部分： 压汞法 [16］GB/T21650.2—2008 压汞法和气体吸附法测定固体材料孔径分布和孔隙度第2部分： 气体吸附法分析介孔和大孔 [17]GB/T21650.3—2011 压汞法和气体吸附法测定固体材料孔径分布和孔隙度第3部分： 气体吸附法分析微孔 [18]GB/T 22461—2008 表面化学分析词汇 [19] GB/T 22571—2017 表面化学分析X射线光电子能谱仪能量标尺的校准 [20] ( GB/T 22572—2008 表面化学分析 二次离子质谱用多层参考物质评估深度分辨参 数的方法 [21] GB/T 25185—2010 表面化学分析 X射线光电子能谱荷电控制和荷电校正方法的 报告 [22]( GB/T 25186—2010 表面化学分析 二次离子质谱由离子注人参考物质确定相对灵敏 度因子 [23] GB/T 25187—2010 表面化学分析 俄款电子能谱 选择仪器性能参数的表述 [24]GB/T 27788—2011 微束分析扫描电镜图像放大倍率校准导则 [25] ( GB/T 28634—2012 微束分析电子探针显微分析块状试样波谱法定量点分析 [26]( GB/T 28632—2012 表面化学分析俄歇电子能谱和X射线光电子能谱横向分辨率 测定 [27] ( GB/T 28633—2012 表面化学分析 X射线光电子能谱强度标的重复性和一致性 [28] GB/T 28892—2012 表面化学分析X射线光电子能谱选择仪器性能参数的表述 [29]（ GB/T 28893—2012 表面化学分析 俄歇电子能谱和X射线光电子能谱测定峰强度的

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