生物危险粒子

生物危险粒子（精选三篇）

生物危险粒子 篇1

1 不同类型纳米材料的毒理学研究

1.1 碳纳米材料

现有的碳纳米粒子毒理学研究多集中于单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、富勒烯等,其结构不同,毒性也各不相同。

崔大祥等报道,单壁碳纳米管会使人体HEK293细胞分裂过程停留在G1期,引起细胞凋亡,降低细胞的黏附能力,其伤害程度与材料剂量有关[3]。J.C. Carrero-Sa′nchez 等将多壁碳纳米管注射入小鼠体内,引起小鼠呼吸困难,最终导致死亡[4]。景连东等[5]发现,多壁碳纳米管可造成机体内肝细胞和肺细胞DNA的断裂和交联。Seishiro Hirano等[6]研究了多壁碳纳米管对巨噬细胞质膜的影响,发现其毒理机制是通过碳管在质膜上与巨噬细胞的蛋白质进行化学反应导致质膜破裂;另外,多壁碳纳米管还可能引发吞噬细胞的细胞毒性,通过在质膜上与巨噬细胞的蛋白质进行化学反应导致质膜破裂[6]。

晏晓敏等认为富勒烯nC60在不同生物体中产生的毒性效应与其制备方法有关,不同制备方法得到的nC60,由于其颗粒大小和表面化学特性不同,产生的生物效应也不同。通常情况下,有机溶剂替换法制备的nC60 毒性大于水中长期搅拌法与研磨法制备的nC60[7]。另有研究表明,黑鲈在含0.5×10-6C60富勒烯的水中饲养48h后,鱼脑部发生明显的过氧激化反应,同时鱼腮部谷胱甘肽耗尽[8]。

Jia G等对上述几类碳纳米材料进行了对比研究,发现质量浓度为3.06μg/mL的单壁碳纳米管和多壁碳纳米管都会引起巨噬细胞的染色质浓缩、细胞器缩小、细胞质中小泡缩小变形等现象。当剂量相同时,碳纳米材料细胞毒性有以下顺序:单壁碳纳米管>多壁碳纳米管> C60[9]。

1.2 纳米氧化物

目前已有的纳米氧化物毒理研究集中于SiO2、TiO2、Fe2O3、ZnO、CuO、Al2O3、NiO等几类常见纳米粒子对动物细胞、动植物生长、人类真皮组织等的影响。

SiO2纳米粒子对HeLa细胞[10],人体外脐静脉血管内皮细胞,老鼠的肝、脾、肾、肺等脏器[11]以及水稻种子发芽[12]等均有显著的毒性,且粒径越小,产生的毒性越强。

TiO2纳米粒子会引起大鼠和小鼠的炎症、肺细胞增生等病理改变[13],对水蚤、水藻等均有毒性,其毒性与浓度有直接关系[14]。材料的毒性与其粒径也有一定的相关性。以TiO2纳米粒子(直径约21nm)及其量子点(直径范围3.5～4.5nm)对绿藻的毒性机理研究为例,单细胞绿藻暴露于TiO2与量子点中6h后均出现细胞的过氧激化反应,2～3d后出现生长抑制。相同试验条件下,TiO2量子点比纳米颗粒对绿藻的毒性更大[15]。粒度大小相同时,光催化活性低的金红石型纳米TiO2对人类真皮细胞和上皮细胞的毒性低于光催化活性高的锐钛矿晶型的纳米粒子[16]。另外,也有报道表明,用纳米TiO2处理红细胞可以导致其沉降。

将Fe2O3纳米粒子与多类细胞在37°C及5% CO2气氛中培养24h,当Fe2O3纳米粒子对HeLa细胞和HEK293细胞超过临界浓度时(分别为1.5mg/mL和0.35mg/mL)会导致细胞大量死亡[17]。另有研究发现,Fe2O3纳米粒子能对老鼠的肺部造成损伤[18,19],且Fe2O3的纳米颗粒比微米颗粒能更大程度地引起微脉管的渗透和肺上皮细胞的消散,同时扰乱其血清凝聚物[19]。

气管滴注ZnO纳米粒子于小鼠体内,可以引起小鼠肺部炎症、体重下降和贫血[20],也能对小鼠胚胎成纤维细胞造成毒性损伤,破坏细胞膜的完整性[21]。另外,ZnO纳米粒子对斑马鱼胚胎孵化也有明显的抑制作用,毒性较大,且其毒性与浓度之间存在一定的剂量-效应关系[22]。

CuO纳米粒子对海马的CA1神经元有影响,对诱导分化的PC12细胞也有损伤,并与其浓度成正比[23],而Al2O3纳米粒子能够引起内皮细胞发炎,出现心血管疾病[24]。

1.3 纳米金属单质

金属单质纳米材料的研究集中于Cu、Zn、Au、Ag、Fe等,研究表明,这些纳米材料同样会对生物体造成损伤,甚至导致死亡。

Cu单质纳米粒子能够对小鼠的肾、脾、肝产生明显的损伤,同时引起与肝、肾功能相关的血生化指标异常[25]。该材料也对几种微藻的生长有抑制作用,且粒径越小,抑制作用越强[26]。

经口服至胃部染毒,Zn纳米粒子可以引起小鼠乳酸脱氢酶(LDH)、α-羟丁酸脱氢酶(HBDH)等指标明显升高,Zn微米颗粒则能导致LDH、HBDH、丙氨酸氨基移换酶等多个生化指标提高[27]。

经柠檬酸盐表面修饰的Au纳米粒子会在细胞内引起肌动蛋白应力纤维消失,对细胞的生存发育能力产生抑制,也使细胞的延伸和粘合、细胞增长、细胞外蛋白质合成等发生改变[28]。

老鼠肝细胞体外毒理实验发现,Ag纳米粒子能使谷胱甘肽大量损耗,线粒体膜电位降低,活性组分氧化增强,该现象可能是由于Ag促成氧化造成[29]。

管内注入法研究Fe纳米粒子悬浮液发现,材料对小鼠肺部造成急性损伤作用,对生物体健康构成潜在威胁[30]。

1.4 其他

除上述几类成分以外,其他组成的纳米粒子也会对生物体造成影响。100mg/L羟基磷灰石纳米粒子可以引起DNA 的明显损伤,当羟基磷灰石纳米粒子浓度达到200mg/L时,受损的DNA已不易被修复[31]。低浓度(<0.12μg/μL)的硅壳纳米颗粒(荧光染料联吡啶钌配合物为核)对COS-7细胞的存活率、细胞周期及整个生长过程均无负面影响,但随着与细胞作用的硅壳纳米颗粒浓度的增大,硅壳纳米颗粒对细胞的毒性也逐渐增大,尤其是对细胞周期及细胞生长曲线的影响更为敏感[32]。

由现有研究结果可知,碳纳米材料、纳米氧化物、纳米金属单质等能引起老鼠肺部损伤、细胞发炎、血细胞沉降等一系列不良的生物效应,其毒性与纳米颗粒的大小、浓度及晶型等特征有一定的联系。但是,对这些生物学效应的研究还不全面,机理尚不明确,有待展开更为系统、深入的研究。

2 纳米毒理的产生机理

纳米粒子毒理性的产生机理尚未形成定论。现有的部分研究表明,不同化学组成和尺度的纳米颗粒能导致活性氧(ROS)的产生,因此推测纳米粒子引起的过氧激化可能是导致其毒性的主要诱因。

nC60产生遗传毒性是由于nC60产生活性氧,引起细胞质膜破坏,从而使自由基、分子C60和胶体nC60得以进入细胞内部。水中长期搅拌法制备的nC60 能否产生活性氧尚未得到证实[33],毒性大小也难以简单根据颗粒的大小、形状、表面电荷解释。究其原因,主要是nC60的形成机理及其表面化学特性尚不明确[7]。

Sayes等进一步证明采用溶剂替换法制备的nC60在非细胞体系中能产生O2-,在细胞毒性实验体系中细胞内与过氧化有关的丙二酸二醛含量增多,表明细胞发生脂过氧化损伤,采用分子探针也在线监测到细胞发生脂过氧化。研究还表明,将人类真皮细胞、肝癌细胞等以经由溶剂替换法制备的nC60进行处理,大分子荧光右旋糖苷能进入细胞体内,而正常细胞则无法实现,进而证明细胞膜脂由nC60所导致的过氧化损伤[34,35]。

景连东等从结构及化学性质的角度对碳纳米管类材料的生物毒性给出了解释,其主要观点为:(1)碳纳米管表面积与体积比大,与器官接触的活性点多,容易造成颗粒之间的聚合,从而沉积在组织器官内且不易被巨噬细胞所清除,造成疾病。而碳纳米管表面的活性点能与氧分子发生作用,形成超氧离子,产生过量的活性氧簇(ROS),进而通过氧化损伤途径对生物有机体产生毒性效应;(2)碳纳米管是很好的电子受体,其管壁可形成高度离域化的π电子共轭体系,进而与其它的π电子体系发生π-π作用,亦可通过疏水作用等非共价相互作用与有机物分子形成非共价键结合的复合物,从而产生生物毒性效应[36]。

另有研究表明,用TiO2纳米粒子处理过的红细胞会反常地沉淀,引发该现象的机理可能是:(1) 红细胞表面的附属物改变了表面特有的性质,最终导致红细胞的凝聚;(2) 由于TiO2引起细胞膜破坏和过氧激化,使红细胞内容物外泄[37]。

此外,Laura K. Adams等认为光的存在可能是产生氧化的一个重要因素,光存在时促进活性物种的氧化,而没有光时,细菌的生长得到抑制,所以光催化氧化还原也可能导致毒性的产生[38]。

由上述研究报道可知,纳米粒子毒性的产生大多与过氧激化有关,导致细胞膜破坏,从而进入细胞产生毒性效应。

3 结语

纳米粒子在生产和生活中得到了广泛的应用,同时也对环境和健康产生了负面影响,因此,对其进行安全性评价成为亟待解决的问题。由于相关研究尚未大范围展开,且涉及化学、材料学、生物医学等多学科的交叉,具有相当程度的挑战性,因此,应更多开展纳米粒子对生物体的致病方式、产生影响及作用机理方面的研究。此外,纳米粒子粒径极小,其毒性与常规物质不同,常规物质毒性与安全性评价的研究方法对此类研究的适用性有待进一步探讨,且纳米粒子对生物体的毒性大小不仅与粒子尺寸有关,也与其本身物质种类及所处的环境等有关,所以纳米粒子毒性的研究也需要向更多的角度发展。纳米粒子在生产和生活中也广泛存在,对流行性病学的研究也相当重要。因此,对纳米毒理学需要进行更深入、系统、长期的研究,充满了挑战和机遇。

摘要：纳米材料具有表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子效应等特殊性质,在社会生产和生活中有广阔的应用前景,其对人体健康及环境的潜在影响已引起科学界及政府部门的关注。综述了大量常见的人工纳米粒子,包括碳纳米材料、纳米氧化物、纳米金属单质等的生物和毒理学国内外研究成果,比较了这些材料的毒理行为,分析了其生物毒性的产生机理,并展望了纳米粒子生物安全性研究的可能方向。

实验室生物安全工作及危险防范措施 篇2

生物安全工作的核心是危险度评估。可以借助许多方法来对某一个特定的操作程序或实验进行危险度评估，其中最重要的是专业判断。危险度评估应当由那些对所涉及的微生物特性、设备和规程、动物模型以及防护设备和设施最为熟悉的人员来进行。实验室主任或项目负责人应当负责确保进行充分和及时的危险度评估，同时也有责任与所在机构的安全委员会和生物安全工作人员密切合作，以确保有适当的设备和设施来进行相关的研究工作。危险度评估一旦进行，还应当考虑收集与危险程度相关的新资料以及来自科学文献的其他相关的新信息，以便必要时对危险度评估结果进行定期检查和修订。

进行微生物危险度评估最有用的工具之一就是列出微生物的危险度等级。然而对于一个特定的微生物来讲，在进行危险度评估时仅仅参考其危险度等级是远远不够的，适当时还应考虑其他一些因素，包括：

1、微生物的致病性和感染数量

2、暴露的潜在后果

3、自然感染途径

4、实验室操作所致的其他感染途径（非消化道途径、空气传播、食入）

5、微生物在环境中的稳定性

6、所操作微生物的浓度和浓缩标本的容量

7、适宜宿主（人或动物）的存在

8、从动物研究和实验室感染报告或临床报告中得到的信息

9、计划进行的实验室操作（如超声处理、气溶胶化、离心等）

10、可能会扩大微生物的宿主范围或改变微生物对于已知有效治疗方案敏感性的所有基因技术

11、当地是否能进行有效的预防或治疗干预。根据危险度评估过程中所明确的上述信息，可以确定所计划开展的研究工作的生物安全水平级别，选择合适的个体防护装备，并结合其他安全措施制订标准操作规范（standard operating procedure，SOP），以确保在最安全的水平下来开展工作。

每个实验室都应该采用“安全手册”或“操作手册”，其中定义了已知的和潜在的危害，并规定了特殊的操作程序来避免或尽量减小这种危害。规范的微生物学操作技术是实验室安全的基础，而专门的实验设备仅仅是一种补充，绝不能替代正确的操作规范。下面列出了一些最重要的概念。

一、进入规定

1、在处理危险度2 级或更高危险度级别的微生物时，在实验室门上应标有国际通用的生物危害警告标志。

2、只有经批准的人员方可进入实验室工作区域。

3、实验室的门应保持关闭。

4、儿童不应被批准或允许进入实验室工作区域。

5、进入动物房应当经过特别批准。

6、与实验室工作无关的动物不得带入实验室。

二、人员防护

1、在实验室工作时，任何时候都必须穿着连体衣、隔离服或工作服。

2、在进行可能直接或意外接触到血液、体液以及其他具有潜在感染性的材料或感染性动物的操作时，应戴上合适的手套。手套用完后，应先消毒再摘除，随后必须洗手。

3、在处理完感染性实验材料和动物后，以及在离开实验室工作区域前，都必须洗手。

4、为了防止眼睛或面部受到泼溅物、碰撞物或人工紫外线辐射的伤害，必须戴安全眼镜、面罩（面具）或其他防护设备。

5、严禁穿着实验室防护服离开实验室，（如去餐厅、咖啡厅、办公室、图书馆、员工休息室和卫生间）。

6、不得在实验室内穿露脚趾的鞋子。

7、禁止在实验室工作区域进食、饮水、吸烟、化妆和处理隐形眼镜。

8、禁止在实验室工作区域储存食品和饮料。

9、在实验室内用过的防护服不得和日常服装放在同一柜子内。

三、操作规范

1、严禁用口吸移液管。

2、严禁将实验材料置于口内。严禁舔标签。

3、所有的技术操作要按尽量减少气溶胶和微小液滴形成的方式来进行。

4、应限制使用皮下注射针头和注射器。除了进行肠道外注射或抽取实验动物体液，皮下注射针头和注射器不能用于替代移液管或用作其他用途。

5、出现溢出、事故以及明显或可能暴露于感染性物质时，必须向实验室主管报告。实验室应保存这些事件或事故的书面报告。

6、必须制订关于如何处理溢出物的书面操作程序，并予以遵守执行。

7、污染的液体在排放到生活污水管道以前必须清除污染（采用化学或物理学方法）。根据所处理的微生物因子的危险度评估结果，可能需要准备污水处理系统。

8、需要带出实验室的手写文件必须保证在实验室内没有受到污染。

四、实验室工作区

1、实验室应保持清洁整齐，严禁摆放和实验无关的物品。

2、发生具有潜在危害性的材料溢出以及在每天工作结束之后，都必须清除工作台面的污染。

3、所有受到污染的材料、标本和培养物在废弃或清洁再利用之前，必须清除污染。

4、在进行包装和运输时必须遵循国家和∕或国际的相关规定。

5、如果窗户可以打开，则应安装防止节肢动物进入的纱窗。

五、生物安全管理

1、实验室主任（对实验室直接负责的人员）负责制订和采用生物安全管理计划以及安全或操作手册。

2、实验室主管（向实验室主任汇报）应当保证提供常规的实验室安全培训。

3、要将生物安全实验室的特殊危害告知实验室人员，同时要求他们阅读生物安全或操作手册，并遵循标准的操作和规程。实验室主管应当确保所有实验室人员都了解这些要求。实验室内应备有可供取阅的安全或操作手册。

4、应当制订节肢动物和啮齿动物的控制方案。

5、如有必要，应为所有实验室人员提供适宜的医学评估、监测和治疗，并应妥善保存相应的医学记录。

六、实验室的设计和设施

在设计实验室和安排某些类型的实验工作时，对于那些可能造成安全问题的情况要加以特别关注，这些情况包括：

1、气溶胶的形成

2、处理大容量和∕或高浓度微生物

3、仪器设备过度拥挤和过多

4、啮齿动物和节肢动物的侵扰

5、未经允许人员进入实验室

6、工作流程：一些特殊标本和试剂的使用。

七、设计特征

1、必须为实验室安全运行、清洁和维护提供足够的空间。

2、实验室墙壁、天花板和地板应当光滑、易清洁、防渗漏并耐化学品和消毒剂的腐蚀。地板应当防滑。

3、实验台面应是防水的，并可耐消毒剂、酸、碱、有机溶剂和中等热度的作用。

4、应保证实验室内所有活动的照明，避免不必要的反光和闪光。

5、实验室器具应当坚固耐用，在实验台、生物安全柜和其他设备之间及其下面要保证有足够的空间以便进行清洁。

6、应当有足够的储存空间来摆放随时使用的物品，以免实验台和走廊内混乱。在实验室的工作区外还应当提供另外的可长期使用的储存间。

7、应当为安全操作及储存溶剂、放射性物质、压缩气体和液化气提供足够的空间和设施。

8、在实验室的工作区外应当有存放外衣和私人物品的设施。

9、在实验室的工作区外应当有进食、饮水和休息的场所。

10、每个实验室都应有洗手池，并最好安装在出口处，尽可能用自来水。

11、实验室的门应有可视窗，并达到适当的防火等级，最好能自动关闭。

12、二级生物安全水平时，应在靠近实验室的位置配备高压灭菌器或其他清除污染的工具。

13、安全系统应当包括消防、应急供电、应急淋浴以及洗眼设施。

14、应当配备具有适当装备并易于进入的急救区或急救室。

15、在设计新的设施时，应当考虑设置机械通风系统，以使空气向内单向流动。如果没有机械通风系统，那么实验室窗户应当能够打开，同时应安装防虫纱窗。

16、必须为实验室提供可靠和高质量的水。要保证实验室水源和饮用水源的供应管道之间没有交叉连接。应当安装防止逆流装置来保护公共饮水系统。

17、要有可靠和充足的电力供应和应急照明，以保证人员安全离开实验室。备用发电机对于保证重要设备的正常运转（如培养箱、生物安全柜、冰柜等）以及动物笼具的通风都是必要的。

18、要有可靠和充足的燃气供应。供气设施必须得到良好维护。

19、实验室和动物房偶尔会成为某些人恶意破坏的目标。必须考虑物理和防火安全措施。必须使用坚固的门、纱窗以及门禁系统。适当时还应使用其他措施来加强安全保障。

八、实验室设备

处理生物安全危害时，使用安全设施并结合规范的操作将有助于降低危险。本节阐述了适用于所有生物安全实验室的相关设备的基本原则。实验室主任应咨询生物安全官员和安全委员会（如果有），确保配备足量的设备，并能正确使用。选择设备时应符合一些基本原则，即：

1、在设计上应能阻止或限制操作人员与感染性物质间的接触

2、建筑材料应防水、耐腐蚀并符合结构要求

3、设备装配后应无毛刺、锐角以及易松动的部件

4、设备的设计、建造与安装应便于操作、易于维护、清洁、清除污染和进行质量检验。应尽量避免使用玻璃及其他易碎的物品。需要详细咨询设备的性能和结构规格，以确保设施具备必要的安全特性。

九、基本生物安全设备

1、移液辅助器——避免用口吸的方式移液。有不同设计的多种产品可供使用。

2、生物安全柜，在以下情况使用：

—— 处理感染性物质；如果使用密封的安全离心杯，并在生物安全柜内装样、取样，则这类材料可在开放实验室离心 —— 空气传播感染的危险增大时

—— 进行极有可能产生气溶胶的操作时（包括离心、研磨、混匀、剧烈摇动、超声破碎、打开内部压力和周围环境压力不同的盛放有感染性物质的容器、动物鼻腔接种以及从动物或卵胚采集感染性组织）。

3、一次性塑料接种环，也可在生物安全柜内使用电加热接种环，以减少生成气溶胶。

4、螺口盖试管及瓶子。

5、用于清除感染性材料污染的高压灭菌器或其他适当工具。

6、一次性巴斯德塑料移液管，尽量避免使用玻璃制品。

7、在投入使用前，像高压灭菌器和生物安全柜等设备必须用正确方法进行验收。应参照生产商的说明书定期检测。

十、健康和医学监测

主管机构有责任通过实验室主任来确保实验室全体工作人员接受适当的健康监测。监测的目的是监控职业获得性疾病。为达到这些目的，应进行如下工作：

1、根据需要提供主动或被动免疫

2、促进实验室感染的早期检测

3、应禁止高度易感人群（如孕妇或免疫损伤人员）在高危险实验室中工作

4、提供有效的个体防护装备和方法。

十一、在一级生物安全水平操作微生物的实验室工作人员的监测指南

历史证据表明，在一级生物安全水平操作的微生物不太可能引起人类疾病或兽医学意义的动物疾病。但理想的做法是，所有实验室工作人员应进行上岗前的体检，并记录其病史。疾病和实验室意外事故应迅速报告，所有工作人员都应意识到应用规范的实验室操作技术的重要性。

十二、在二级生物安全水平操作微生物的实验室工作人员的监测指南

1、必须有录用前或上岗前的体检。记录个人病史，并进行一次有目的的职业健康评估。

2、实验室管理人员要保存工作人员的疾病和缺勤记录。

3、育龄期妇女应知道某些微生物（如风疹病毒）的职业暴露对未出生孩子的危害。保护胎儿的正确措施因妇女可能接触的微生物而异。

十三、培训

人为的失误和不规范的操作会极大地影响所采取的安全措施对实验室人员的防护效果。因此，熟悉如何识别与控制实验室危害的、有安全意识的工作人员，是预防实验室感染、差错和事故的关键。基于这一原因，不断地进行安全措施方面的在职培训是非常必要的。一个有效的安全规程首先始于实验室管理者，管理者应确保将安全的实验室操作及程序融合到工作人员的基本培训中。安全措施方面的培训是新工作人员岗前培训的有机组成部分，应向工作人员介绍生物安全操作规范和实验室操作指南，包括安全手册或操作手册。应采用诸如签名传阅的方法，来确保工作人员阅读并理解了这些规程。实验室主管在对属下工作人员进行规范性实验室操作技术培训时起关键作用，生物安全官员可以帮助进行人员培训并研制教具和教案。

人员培训的内容应始终包括如何采用安全的方法来进行下列所有实验室工作人员都会经常遇到的高危操作，包括：

1、吸入危险（气溶胶产物），如使用接种环、划线接种琼脂平板、移液、制作涂片、打开培养物、采集血液／血清标本、离心等

2、食入危险，如处理标本、涂片以及培养物

3、在使用注射器和针头时刺伤皮肤的危险

4、处理动物时被咬伤、抓伤

5、处理血液以及其他有潜在病理学危害的材料

6、感染性材料的清除污染和处理。

十四、废弃物处理

废弃物是指将要丢弃的所有物品。在实验室内，废弃物最终的处理方式与其污染被清除的情况是紧密相关的。对于日常用品而言，很少有污染材料需要真正清除出实验室或销毁。大多数的玻璃器皿、仪器以及实验服都可以重复或再使用。废弃物处理的首要原则是所有感染性材料必须在实验室内清除污染、高压灭菌或焚烧。

用以处理潜在感染性微生物或动物组织的所有的实验室物品，在被丢弃前应考虑的主要问题有：

1、是否已采取规定程序对这些物品进行了有效的清除污染或消毒？

2、如果没有，他们是否以规定的方式包裹，以便就地焚烧或运送到其他有焚烧设施的地方进行处理？

3、丢弃已清除污染的物品时，是否会对直接参与丢弃的人员，或在设施外可能接触到丢弃物的人员造成任何潜在的生物学或其他方面的危害？

十五、清除污染

高压蒸汽灭菌是清除污染时的首选方法。需要清除污染并丢弃的物品应装在容器中（如根据内容物是否需要进行高压灭菌和／或焚烧而采用不同颜色标记的可以高压灭菌的塑料袋）。也可采用其他可以除去和／或杀灭微生物的替代方法。

十六、污染性材料和废弃物的处理和丢弃程序

要对感染性物质及其包装物进行鉴别并分别进行处理，相关工作要遵守国家和国际规定。废弃物可以分成以下几类：

1、可重复或再使用，或按普通“家庭”废弃物丢弃的非污染（非感染性）废弃物

2、污染（感染性）锐器——皮下注射用针头、手术刀、刀子及破碎玻璃；这些废弃物应收集在带盖的不易刺破的容器内，并按感染性物质处理

3、通过高压灭菌和清洗来清除污染后重复或再使用的污染材料

4、高压灭菌后丢弃的污染材料

5、直接焚烧的污染材料。

锐器

皮下注射针头用过后不应再重复使用，包括不能从注射器上取下、回套针头护套、截断等，应将其完整地置于盛放锐器的一次性容器中。单独使用或带针头使用的一次性注射器应放在盛放锐器的一次性容器内焚烧，如需要可先高压灭菌。

盛放锐器的一次性容器必须是不易刺破的，而且不能将容器装得过满。当达到容量的四分之三时，应将其放入“感染性废弃物”的容器中进行焚烧，如果实验室规程需要，可以先进行高压灭菌处理。盛放锐器的一次性容器绝对不能丢弃于垃圾场。

高压灭菌后重复使用的污染（有潜在感染性）材料

任何高压灭菌后重复使用的污染（有潜在感染性）材料不应事先清洗，任何必要的清洗、修复必须在高压灭菌或消毒后进行。

废弃的污染（有潜在感染性）材料

除了锐器按上面的方法进行处理以外，所有其他污染（有潜在感染性）材料在丢弃前应放置在防渗漏的容器（如有颜色标记的可高压灭菌塑料袋）中高压灭菌。高压灭菌后，物品可以放在运输容器中运送至焚烧炉。如果可能，即使在清除污染后，卫生保健单位的废弃物也不应丢弃到垃圾场。如果实验室中配有焚烧炉，则可以免去高压灭菌：污染材料应放在指定的容器（如有颜色标记的袋子）内直接运送到焚烧炉中。可重复使用的运输容器应是防渗漏的，有密闭的盖子。这些容器在送回实验室再次使用前，应进行消毒清洁。

应在每个工作台上放置盛放废弃物的容器、盘子或广口瓶，最好是不易破碎的容器（如塑料制品）。当使用消毒剂时，应使废弃物充分接触消毒剂（即不能有气泡阻隔），并根据所使用消毒剂的不同保持适当接触时间。盛放废弃物的容器在重新使用前应高压灭菌并清 洗。

污染材料的焚烧必须得到公共卫生、环保部门以及实验室生物安全官员的批准。

十七、化学品、火、电、辐射以及仪器设备安全

生物危险粒子 篇3

1 生物分析纳米粒子探针的概念和原理

1.1 生物分析纳米粒子探针的概念

纳米粒子探针是指能与特定的目标分子发生特异性相互作用的探针。探针的探头是尺寸仅为纳米量级的纳米粒子, 尖部带有可特异性识别目标物并与之相结合的功能分子, 二者通过物理吸附、静电作用或共价键作用连接到一起形成探针。用于生物分析的纳米粒子探针, 是将纳米粒子标记在生物分子 (如抗体、DNA序列等) 上, 形成的对特定生物分子具有特异性的探针。比如标记有磁性纳米粒子的万古霉素[1], 就是通过特异性的识别, 选择性地捕获细胞中的革兰氏阳性菌。同样, 标记了纳米金的转录因子NF-kB[2], 借助于特异性的反应, 可实现目标序列DNA的检测。

1.2 生物分析纳米粒子探针的原理

纳米粒子探针通常采用标记法, 将纳米粒子作为标记物标记于生物分子上进行分析研究。标记前, 先将纳米粒子或生物分子的表面经过表面修饰, 引入如羟基、羧基等易于连接分子的官能团, 再通过物理吸附、静电吸附、特异性识别或共价键的作用, 使纳米粒子与生物分子偶联形成特异性的纳米粒子探针。借助于纳米粒子不同于宏观粒子的表面效应、量子尺寸效应等特性, 使生物分子的检测信号明显放大, 最终通过检测纳米粒子产生的信号, 实现生物分子检测的目的。比如在检测目标DNA序列时, 将烷巯基修饰的寡核苷酸与纳米粒子在寡核苷酸的3’或5’端共价结合, 形成由纳米粒子标记的特异性寡核苷酸探针。再结合荧光分析法、电学伏安法等[3], 分析纳米粒子探针与待测DNA片段的杂交结果, 实现DNA的检测目的。而在对分子量大、生物活性高的蛋白质进行检测时, 为避免蛋白质分子在纯化或分析过程中发生变性[4], 通过表面吸附、共价结合或物理包埋使纳米粒子与蛋白质形成特异性探针, 可配合生物条形码、基因芯片等检测技术最终实现定性定量分析的目的。

2 生物分析纳米粒子探针的分类

应用于生物分析的纳米粒子探针, 是一种被功能化了的纳米粒子。依据构成纳米粒子材料的不同, 可表现出不同的性质。用于生物分析的纳米粒子探针可分为半导体纳米粒子探针、金属纳米粒子探针、复合型纳米粒子探针[5]、磁性纳米粒子探针等。

2.1 半导体纳米粒子探针

用于生物分析的半导体纳米粒子是一种内层为半导体核 (如CdS, CdSe等) , 外层包裹上具有更大光谱吸收带的半导体壳 (如ZnS等) 的核-壳型纳米粒子。这种核壳型的结构提升了粒子的光稳定性, 例如, 核壳型CdS/CdSe纳米粒子的结构可避免CdSe核的表面光氧化, 使CdS/CdSe纳米粒子比未包裹壳层的CdSe光稳定性高[6]。张乃青等[7]通过对ZnS包裹CdS后形成的核壳型CdS/ZnS纳米粒子的光学研究, 发现这种核壳型结构可使荧光量子产率增加11倍。

2.2 金属纳米粒子探针

金属纳米粒子是诸如纳米金、纳米银等一类的纳米量级金属粒子。常采用还原法制得, 它电子密度高、光学特性好, 是一种灵敏的生物分析检测手段[8]。比如, 纳米金探针可超灵敏的检测生物单细胞中的拉曼光谱[9], 并且借助于纳米金的高吸光性, 可使细胞表面的激元作用增强, 将检测灵敏度提高了1000倍。

2.3 复合型纳米粒子探针[5]

应用复合型纳米粒子进行生物分析, 常采用荧光标记技术, 由高分子材料 (如二氧化硅) 与荧光纳米粒子通过共价作用, 包覆或掺杂在一起形成光稳定性高、生物相容性好、尺寸均一可调的复合型纳米粒子作为荧光标记材料。刘四运等[10]通过对稀土离子Eu3+, Tb3+双掺杂荧光纳米SiO2球的性质分析, 发现了复合型的荧光纳米SiO2球能很好地保留Eu3+, Tb3+的光学特性, 有效地消除了荧光分析中的背景干扰, 可提高荧光法生物检测的灵敏度。

2.4 磁性纳米粒子探针

磁性纳米粒子通常是由金属合金、铁的氧化物 (如Fe2O3, Fe3O4等) 、C-Fe2O3等磁性材料构成的[11]。与生物分子可通过共混包埋法、界面吸附法、活化溶胀法或单体聚合法结合[12], 形成单分散性强、导向性好和降解性良好的功能化磁性纳米粒子探针。孟繁宗等[13]合成的Fe3O4 @ PHEMA-Tb磁性纳米微球, 对蛋白的包封率可高达74.7%, 显示出了磁性纳米粒子探针快速、高收率、高纯度的特点, 使生物检测的专一性和灵敏性明显提升。

3 纳米粒子探针在生物分析中的应用

3.1 在DNA检测中的应用

DNA关系着生物体的遗传变异、生长发育, 是重要的遗传物质。应用纳米粒子探针对DNA进行检测, 为基因分析和疾病诊断提供了一个新的探索途径。

1996年美国西北大学的Mirkin小组[14], 首先研制出了纳米金-寡核苷酸探针。利用Au—S共价键, 使寡核苷酸与纳米金粒子相结合, 制得了纳米金探针。当探针上的DNA与待测DNA序列发生互补杂交后, 溶液颜色会从红色变为蓝色, 经研究发现是因为纳米金粒子发生了聚集, 这一现象为纳米金探针识别待测DNA提供了准确的信号。为进一步分析纳米粒子检测DNA的特性, 小组又继续研究了影响纳米金与DNA结合的热力学因素以及二者结合后纳米粒子的光学特性[15]。他们将分光光度法应用到纳米金探针对DNA的检测中, 发现当探针上的DNA与待测序列发生杂交后, 会使最大吸收波长从520nm红移到600nm, 这是由于纳米金粒子聚集后会产生一个新的较长的吸收峰, 使得最大吸收波长发生了明显的红移, 这一光学特性为纳米粒子光学法检测DNA奠定了理论基础。但这种方法检测灵敏度只达到10fmol级, 对于高精度的生物分析是不够的。为此, Taylor[16]设计将荧光分子标记于单链DNA, 与纳米金通过共价键结合形成一种荧光纳米金光学探针。当该探针上的DNA与目标测定的DNA序列发生配对杂交后, 荧光从不发光变为发光。这是由于纳米金的高消光性和光谱吸收性, 使荧光分子在与纳米金结合后荧光猝灭, 当探针与被测目标杂交后, 荧光分子又从纳米金上脱离, 使荧光得到恢复。这种方法使DNA检测灵敏度提高到了1fmol级[17], 并且DNA的杂交信号被明显放大, 为生物分析提供了一种超灵敏检测方法。

2002年, 纳米粒子的电学特性被发掘, Cai等[18]应用电学伏安法进行了纳米粒子对DNA的定量分析, 制成纳米银标记寡核苷酸片段的探针。用浓硝酸溶解探针与目标DNA互补杂交结合的纳米银, 通过测定电解阳极溶出的Ag+的含量, 确定DNA的量。该法简单易行, 利于实现, 但灵敏度不高。罗贵华等[19]采用以固定有探针的金电极为工作电极, 饱和甘汞电极为参比电极, 铂电极为对电极的三电极系统。对标记和未标记有纳米金的两种DNA探针, 分别与固定在金电极表面的互补DNA杂交后的灵敏度进行比较, 用于研究纳米粒子探针电学法检测灵敏度的影响因素。结果显示, 标记有纳米金的探针其灵敏度是未标记的3倍。经分析是由于纳米金对电极表面积的增强作用, 使被测DNA的固载量增多, 导致最终的DNA检测信号和检测灵敏度大大提高。

应用纳米粒子探针检测DNA的优点: (1) 纳米粒子的光学特性使DNA检测灵敏度大幅度提升, 检测信号被明显放大; (2) 利用纳米粒子电化学检测DNA时, 可增加电极表面的DNA固载量。其局限性表面在: (1) 纳米粒子探针的光学检测设备精密度要求较高; (2) 电学检测时, 并不能保证电极表面的DNA固载量。

3.2 在蛋白质检测中的应用

蛋白质是一种重要的生物大分子, 为机体提供所需能量, 抵抗细菌病毒的危害。自1971年, 将纳米金粒子与兔抗沙门氏菌血清结合形成探针[20], 应用于检测沙门氏菌表面的抗原后, 纳米粒子探针对蛋白质的免疫检测技术便逐渐发展起来。

Mirkin等[21]考虑将两个或多个纳米粒子协同作用, 设计了生物条形码技术来提高微量蛋白的检测灵敏度。将经过DNA条形码及检测蛋白双重标记的纳米金探针, 与捕获蛋白标记的磁性纳米探针, 通过抗体抗原的特异性作用形成“三明治夹心”结构, 特异性地夹住目标蛋白, 借助于外磁场的作用分离出标记于纳米金探针上的DNA条形码, 通过基因芯片技术将释放出的DNA条形码固定于芯片上, 分析加入银染试剂后平面扫描仪的检测信号, 确定样品中目标蛋白的含量。这种蛋白检测技术不依赖于酶反应, 可以将靶分子的信号放大100～300倍, 结合扫描检测技术, 最低能够检测出低至10-21M的蛋白质分子[22], 但由于基因芯片技术, 操作技术复杂、精密度高, 不适应于现代普遍的免疫检测。

郝兰群等[23]根据纳米粒子探针对蛋白质的检测原理, 开发出了快速、直观和操作简便的免疫纳米试纸。将抗蓖麻毒素单克隆抗体包被纳米金形成的探针, 作为检测带固定在玻璃纤维上, 将蓖麻毒素多克隆抗体和抗小鼠的二抗作为质控带, 固定在硝酸纤维素膜上, 将二者压片组装制成免疫纳米金试纸条。通过检测带和质控带的指示作用, 在3～5min内就可以检测到5μg·mL-1蓖麻毒素。该方法简单、易操作, 不需要专用设备便能检测出结果, 但缺点是免疫纳米试纸有保质期限, 会影响检测效果。钟晓琴等[24]研究了一种纳米金探针对蛋白质的酶标检测法。这种方法类似于生物条形码技术, 先将由标记捕获抗体的磁性纳米探针、抗原及标记检测抗体和辣根过氧化物酶的纳米金探针特异性形成的“三明治”结构, 在磁场下固定分离, 再利用分光光度法分析加入显色液后的结果, 检测出目标蛋白质的含量。通过分析检测结果发现, 这种方法可使蛋白质的检测下限达到25pg·mL-1, 大大提高了灵敏度, 而且这种方法可降低非特异性反应的进行, 保证良好的检测效果。

应用纳米粒子探针检测蛋白质的优点: (1) 避免了蛋白质发生变性; (2) 操作简单, 效果显著。局限性表现在: (1) 灵敏度高的纳米粒子探针制备技术复杂、精密度高, 不能普遍应用; (2) 操作简单的纳米粒子探针稳定性较差, 不能保证结果。

3.3 在药物靶向输送的应用

为了加快生物分析的过程, 必须提高靶向检测效率。2005年, 利用纳米粒子探针的特殊表面效应, 将天冬氨酸修饰到纳米金表面, 使天冬氨酸与胰岛素特异性的结合形成纳米金-胰岛素探针, 并将其作为药物的载体, 实现药物的靶向输送。研究发现[25], 探针表面的胰岛素进入患有糖尿病小鼠的血液后会自动释放, 使血糖浓度降低。相比传统的皮下注射法, 该方法靶向输送的专一性及特异性更强。

为开发纳米粒子的载药性, 张吉林等[26]将单分散的Fe3O4纳米粒子共价修饰上HSCH2CH2COOCH3, 利用酰肼键与阿霉素共价结合, 然后包覆上热敏聚合物合成了载药性纳米探针。通过对其载药性及控制药物释放的研究, 发现酰肼键结合的药物能在pH=7.4的中性血液中稳定地传输, 在pH=3～5的弱酸性菌液中良好的释放。而且具有低临界相转变温度的热敏聚合物, 在交变磁场的加热过程中将由溶胀变为收缩, 这一特性使释药性得到了提升。为此, 应用纳米粒子研究控制药物释放的影响因素成为重点之一。

刘聪颖等[27]将十六烷基三甲基溴化铵 (CTAB) 作为模板剂, 油酸修饰的Fe3O4作为核, 制得的介孔二氧化硅纳米微球, 利用聚 (N-异丙基丙烯酰胺-co-N-羟甲基丙烯酰胺) 共聚物的链转移反应将羧基和巯基修饰到介孔二氧化硅纳米微球的孔道内, 最终合成了具有多重功能的磁性纳米探针。通过分析温度和pH对这种载药纳米探针药物释放的影响, 发现该探针在适宜的温度和pH下载药率可高达48%, 这使纳米粒子探针在生物分析的应用中更加有效。

应用纳米粒子探针实现靶向送药有以下优点: (1) 降低了传输过程中发生负面效应的几率; (2) 能通过对pH或温度的调节, 控制药物的释放。但该方法也存在局限性, 由于材料多样, 大小各异的纳米粒子探针对生物分子的作用效果不同, 所具有的毒性也不同, 怎样增强纳米粒子探针对同一目标的靶向结合并保证输送过程的安全性, 是应用纳米粒子探针进行药物输送需要进一步研究的重点。

4 展望

纳米粒子探针是现在发展较快的一种生物分析技术, 为使其达到超度灵敏、高度专一、有效靶向、控制释药等目的, 还应在以下四个方面进行探索: (1) 保证电化学检测电极上DNA的固载量, 有效提高检测信号倍数, 降低检测成本; (2) 保持蛋白质检测探针的稳定性, 降低非特异性反应, 简化操作步骤, 保证结果的有效性; (3) 控制药物靶向输送及控制药物释放的pH值, 提高纳米粒子探针的靶向结合力, 有效地降低药物在传输过程中的负面效应; (4) 开拓研究多功能的纳米粒子探针。