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标准推动纳米技术的不断提高
分享到 : 文章来源:ANSI 更新时间:2021-10-28 14:44:15

问答系列:美国国家标准协会(ANSI)在国家纳米技术日对话纳米专家


考虑到10月9日的国家纳米技术日,美国国家标准协会(ANSI)采访了两位在纳米技术专用标准领域具有丰富知识的两位专家,而这些专用标准在纳米技术的发展中有很大影响,从支持术语和测量,到评估毒性与风险,再到工作场所的纳米材料安全处理。随着纳米技术从新兴技术过渡到主流技术,标准化工作对于支持众多行业发展至关重要,包括航空航天、国土安全、医疗保健业、纺织业和电子行业等。

ANSI最近听取了美国国家职业安全与卫生研究所(NIOSH)的弗拉基米尔·穆拉绍夫(Vladimir Murashov)博士和国际标准化组织(ISO)ISO/TC 229“纳米技术”技术委员会主席的发言,他对纳米技术标准未来可以解决的领域和需求提出了自己的看法。Vireo公司顾问兼公司总裁、《纳米技术健康和环境风险》第二版作者乔安妮·夏特金(Jo-Anne Shatkin)博士分享了关于标准化如何帮助推动工业发展的见解,并指明了未来合作的重要机会。

为保证清晰易懂和缩短文章长度,访谈内容经过编辑。*

1、ANSI:纳米技术专用标准是如何影响或推动纳米技术应用和纳米材料的进步、商业化和接受程度? 

穆拉绍夫(Murashov)博士:ISO/TC 229“纳米技术”技术委员会是ISO最早的旨在积极主动地为新兴技术制定标准的横向技术委员会之一,因此,’纳米技术”技术委员会专注于制定广泛适用的基础标准,如术语、计量、安全和卫生、材料规范和性能规范等,且已颇见成效。该技术委员会确立了一系列基础定义,包括“纳米级”和“纳米材料”,这些定义在全球范围内得到广泛采用。

专用纳米材料的标准测量技术在扩大制造工艺的规模、生产出具有一致性和良好特性的材料方面起着关键作用。该委员会很早就关注对新材料安全,提出了全球公认的安全处理自愿性标准,有助于避免对工人和普通民众的健康负面影响,此外,还有效缓解了公众对纳米材料产品的担忧。全球在制定纳米技术自愿标准方面取得的这些成功,有助于将纳米技术从新兴技术过渡到主流技术,正如我们今天所看到的这样。

夏特金(Shatkin)博士:毫无疑问,术语标准和计量标准对商业化大有裨益,有了这些标准,可以对材料及其特性进行规范,例如,对纳米材料和纳米驱动技术(nano-enabled technologies)进行特征描述和量化的能力,构成了研发和商业产品开发的基础,使制造和产品性能一致。

2、ANSI:您知道哪些标准对您的专业领域产生了重大影响?

穆拉绍夫(Murashov)博士:在安全和健康领域,我认为最有影响力的两项标准是ISO/TR 12885《纳米技术—职业环境中的卫生和安全规程》,以及ISO/TR 13014《纳米技术—关于毒理学评估的工程纳米材料的物理化学特征描述指南》。

ISO/TR 12885《纳米技术—职业环境中的卫生和安全规程》是ISO/229“纳米技术”技术委员会的第三工作组(ISO TC 229/WG 3)发布的第一个文件,该工作组负责解决纳米材料的环境、安全和健康影响。这个文件也是第一个为工作场所安全处理纳米材料提供全球范围接受的自愿性指南。该文件是基于美国国家职业安全与健康研究所(NIOSH)的指南,并已成为诸如韩国、泰国和加拿大等许多其他国家制定国家安全与卫生指南的基础。该文件目前仍然是ISO平台上需求最多的纳米技术相关文件之一。

ISO/TR 13014解决了确保实验性毒性数据可用于纳米材料风险评估的迫切需求。由于纳米材料不同于传统化学品,其毒性取决于其物理化学特性,只有对纳米材料进行适当特征分析的实验才能为决定纳米材料的危害程度和暴露水平提供科学依据。该文件提供了一个在进行毒理学筛选之前应该测量的纳米材料参数清单,在全球范围内得到认可。它有助于提高世界各地研究实验室产生的毒性数据的质量,提高公众对纳米材料风险评估决策的信心。

夏特金(Shatkin)博士: 在我从事的安全与环境卫生和环境安全(EHS)领域,标准已经大大提高了评估纳米材料和纳米技术的毒性和风险的能力。早期关于纳米毒性的研究有很大一部分是不可靠的或不可重复的,就是因为它们是以不同的方式进行,采用不明确的样品制备方法,基本很少有或没有物理和化学特性的特征描述,用非标准化的测试方法评估,而且报告内容有限。

标准化组织及其他机构制定了样品制备、物理和化学性质的测量和报告、测试方法和风险特征描述的标准,意味着研究结果的可靠性有了极大提高,为纳米领域建立了坚实的基础知识,推动了风险评估、风险管理和监管部门决策框架的发展。

这样的例子有很多,包括修订《经合组织(OECD)的纳米材料测试指南》、《经合组织(OECD)监管机构的物理化学决策框架》;最近定稿的ISO暴露水平评估标准,ISO/TR 22293:2021《评估商用含纳米材料的聚合物复合材料释放纳米材料的方法》以及许多职业暴露水平管理和风险管理标准,这些标准推动研究机构和商业组织在制造纳米材料和纳米驱动产品时打造安全工作环境。我们在碳基纳米材料方面的工作得益于一些ISO技术标准和技术报告,即:

ISO/29701:2010《纳米技术—用于体外系统的纳米材料样品的内毒素测试——淋巴细胞裂解液(LAL)测试》;

ISO/TR 13329:2012《纳米材料—材料安全数据表(MSDS)的编制》;

ISO/TR 19716:2016《纳米技术—纤维素纳米晶体的特征描述》;

ISO/TS 20477:2017《纳米技术—纤维素纳米材料的标准术语及其定义》;

ISO/TS 22082:2020《纳米技术—纳米材料毒性评估中去绒毛斑马鱼胚胎的运用》;以及

ISO/TS 21346:2021《纳米技术—个性化纤维素纳米纤维样品的表征》,以及相关方法,如《NIOSH职业环境中碳纳米管的测量方法》(NIOSH方法5040)。

对于特定的环境健康与环境安全问题,还没有标准方法,我们与研究界合作开发测试方法,由于不是标准方法,这些方法的接受度会很低。

ANSI:目前纳米技术发展在支持消费产品方面有哪些重大机会?

夏特金(Shatkin)博士:纳米技术在消费产品方面有许多潜在的机会,从低能耗的电子设备和可穿戴设备,到用于个人护理、清洁、包装、运输和建筑的更安全和更可持续的材料,以及能源生产和储存。虽然这些看起来并不都是消费产品,但人们每天都在与这些技术打交道。

这里有几个例子:智能手机现在连接到纳米驱动的健康和环境监测设备,以报告穿戴者的实时状态。在头发护理和皮肤护理产品中纳米成分并不少见,例如,脂质体提供高性能的成分。自清洁涂层减少了水和清洁化学品的使用。纳米材料,如纤维素涂料,正在提高阻氧性能,可以实现轻质可回收包装,延长保质期,并取代碳密集型的一次性塑料。人们使用的运输车辆采用坚固的轻质纳米复合材料部件和面板,更安全、更高效。

ANSI:纳米领域如何支持消费市场现有和未来的可持续发展机遇?

夏特金(Shatkin)博士:人们现在寻求将经济转型为更加低碳和更少资源依赖时,更有效的能源生产和消费是一个关键的组成部分,我们的房屋和汽车可能成为发电机以及电力、加热和制冷的消费者。具有纳米功能的太阳能充电站、轻质汽车,以及更智能、更持久、更节能和可重复使用的建筑产品、家具和照明都是纳米领域发展进入消费产品市场的机会。

如何描述复合材料中的纳米功能部件的特征,促进纳米技术的多样化运用,给标准界带来了新的挑战。特别是,目前迫切需要制定二维材料的标准——已被广泛用于热管理和抗菌表面的应用,以及先进的制造方法,如纳米驱动技术的添加剂制造,以确保下一代面向消费者的产品对消费者和环境的安全。

ANSI:纳米技术标准应涉及未来的哪些领域和需求?

穆拉绍夫(Murashov)博士: 在计量学、安全和卫生以及材料规范方面需要新的纳米材料标准。

在计量学方面,用于描述特定商业纳米材料的标准,如脂质纳米颗粒和纤维素纳米材料,以及特定测量技术的标准,如用于描述颗粒大小和形状分布的标准,都有持续不断的需求。

在安全和卫生方面,为了降低纳米材料的风险和开发用于风险评估的预测模型,有必要制定特定纳米材料在不同环境介质和暴露情景下的暴露水平测量和暴露补救措施的标准。

在材料规范方面,市场继续推动制定特定纳米材料的材料规范标准,如石墨烯和碳纳米管。另一个大有可为的领域是继续探索如何将制定纳米材料标准的经验转化为制定其他先进材料的标准,以及如何将纳米材料的标准应用于其他先进材料。

ANSI:标准化制定组织(SDO)现在可以解决这些需求吗?

穆拉绍夫(Murashov)博士:这些领域的工作现在就能做到,而且应该立马开始,以清除纳米技术发展安全商业化的剩余障碍,纳米技术在解决人类面临的最紧迫的挑战方面发挥着关键作用。

积极推动标准制定的唯一方法是通过迭代过程,同时随着新数据的产生不断改进和更新标准。这就是ISO/TC229技术委员会所采用并成功实施的方法。在广泛的商业活动中使用的横向标准以及与其他标准制定组织合作的特定应用标准方面,这种方法应该得到推广。 

您是如何参与纳米技术标准的制定?

由于美国国家纳米技术倡议的纳米技术日是一个一年一度的活动,其特点是在全国范围内由社区主导的事件和活动,以帮助提高纳米技术意识,ANSI鼓励参与支持纳米技术标准的制定。

阅读更多关于ANSI纳米技术标准小组(ANSI-NSP)如何支持标准制定,这些标准的制定可确保全球纳米技术驱动材料、产品和工艺的安全性和效率。所相关方都可以参与到ANSI--NSP的工作。有兴趣的利益相关者可以通过www.ansi.org/nsp了解更多信息。

作为ISO的美国成员组织,ANSI鼓励利益相关方参与ISO TC 229“纳米技术”技术委员会的工作。

在以前的文章中可以获得更多关于其他纳米技术活动(nanotechnology activities)的内容。

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