大。（The Royal society and the Royal Academy of Engineering, 2004）
3-2 奈米氧化鋅的特性及應用
奈米氧化鋅是一種無機材料。由於顆粒的細微化，其表面電子結構和晶 體結構發生變化，產生了宏觀物體所不具有的表面效應、體積效應、量子尺 寸效應和宏觀隧道效應，以及高透明度和高分散性等特點。近年來發現它在 催化、光學、磁學、力學等方面展現出許多特殊功能，使其在陶瓷、化工、
電子、光學、生物、醫藥等許多領域有重要的應用價值（Gao et al., 2006;
Malandrino et al., 2005）。
奈米氧化鋅活性高，具有屏蔽紅外線、紫外線和殺菌的功能，已被廣泛
Wichmann et al., 2000）與毒理學（Brown et al., 2000; Brown et al., 2001）研 究顯示，小粒徑顆粒可能造成較大的毒性，這些毒性主要發生在呼吸道與心 血管系統。近年也有研究顯示，奈米微粒可能經呼吸道進入中樞神經系統，
造成發炎反應（Oberdorster et al., 2004）。不過，人造奈米微粒與空氣污染微 粒的物理化學特性並不完全一致，其健康危害可能也不一樣，有關人造奈米 微粒的危害需要進一步的研究，提供健康風險評估參考。
有關人造奈米微粒的毒性研究，尚在起步階段，目前並無足夠之病例報 告及流行病學資料，所以奈米毒性研究必須仰賴實驗室的研究。有關奈米研 究之綜論文章為數不多，請參閱參考文獻（Oberdorster et al., 2005; Donaldson et al., 2002; Kreyling et al., 2004; Nel et al., 2006; 鄭尊仁等，2006）。目前奈米 微粒相關毒理研究僅限於幾種材質，包括碳黑、二氧化鈦、聚苯乙烯、氧化 鋅及奈米碳管等。美國的動物實驗研究顯示，在相同重量濃度下，奈米微粒 會比較大粒徑之微粒產生較嚴重的肺部反應，而表面積扮演了很重要的角色
（Oberdorster, 2001）。雖然許多研究指出奈米微粒健康效應與傳統使用的質 量濃度相關較小，而與顆粒濃度或表面積濃度相關較大，但是目前研究發現 奈米微粒有聚集或凝聚的現象，奈米（nm）微粒可能變成微米（μm）粒徑，
所以如何正確評估顆粒數目及粒徑，是目前奈米毒理學亟待解決的問題。
除了表面積與奈米微粒毒性有關，細胞及動物實驗研究發現，經過表面 處理的奈米微粒毒性會改變（Oberdorster, 2001; Rehn et al., 2003; Warheit et al., 2005; Nemmar et al., 2005; Wittmaack, 2007）。最近，有研究顯示表面積可 能不是決定奈米微粒毒性最重要的因子(Warheit et al., 2006），進一步研究顯 示奈米微粒表面結晶結構也與毒性有關（Sayes et al., 2006）。這些研究都說 明了目前奈米微粒之毒性測試結果不是很一致，種種跡象均指出這些不一致
（inhalation exposure）的方式將粒徑為2-5 nm的二氧化鈦奈米微粒進行急性
（4 hr）及亞急性（4 hr/day for 10 days）的暴露，急性暴露組分別在高濃度
（7.22 mg/m3）與低濃度（0.77 mg/m3）下進行，而亞急性組暴露濃度為8.88
mg/m3。研究發現急性暴露的部分僅在高濃度下有顯著的肺部發炎反應，亞 急性的部分則在暴露奈米二氧化鈦微粒後1天及2天，均能引起顯著的肺部發 炎反應（Grassian et al., 2007）。
其他過去的研究發現，在動物實驗中以氣管灌注方式（intratracheal instillation）暴露不同粒徑的聚苯乙烯（polystyrene）微粒後，超細微粒
（ultrafine particles）能產生顯著肺部發炎現象（Brown et al., 2001）；實驗動 物暴露細粒徑及超細粒徑的碳黑微粒（carbon black, CB）或二氧化鈦微粒
（titanium dioxide, TiO2），超細微粒（ultrafine particles）能比細微粒（fine particles）引起較顯著的發炎現象（Brown et al., 2000; Dick et al., 2003）。在 腫瘤相關研究發現，不易溶且毒性低的微粒如CB、TiO2及煤灰，不論是細 粒徑或超細粒徑都能在齧齒動物身上引起肺癌，在大鼠實驗也有被注意到，
但在人類流行病學上仍缺乏足夠證據(Borm et al., 2004)；也有報告指出各種 微粒長期暴露可引起動物肺部腫瘤，而且與其表面積有相關（Driscoll, 1996）。有關奈米微粒之急性毒理研究較多，慢性毒理資料則較少，有一個 研究使用奈米粒徑二氧化鈦長期暴露小動物，發現經過13星期的暴露，高劑 量組在第52星期時可觀察到大鼠肺部有纖維化反應，不過在小鼠及倉鼠的反 應較不明顯（Bermudez et al., 2004），顯然不同的動物對奈米微粒的反應也 不一樣。 碳管（single-walled carbon nanotube, SWCNT, 30nm）注入實驗大鼠的氣管
（1-5mg/kg），觀察其暴露三個月後的變化，結果發現部分動物肺部出現肉 芽腫（granuloma），然而並沒有清楚的劑量反應關係（Warheit et al., 2004）。
同時，另一組以美國太空總署（National Aeronautics and Space Administration, 除細菌能力降低（Shvedova et al., 2005）。奈米碳管事實上多含有不同濃度的 各種金屬，這些金屬也可能與毒性有關，這同時說明了為何眾多類似的研究 結果不很一致。
3-5 奈米微粒其他相關毒理研究
比利時的科學家將惰性聚苯乙烯奈米微粒直接注入實驗動物的氣管 中，發現除了呼吸道發炎反應之外，也發現疾病動物的血管有血栓形成
（Nemmar et al., 2002），顯示奈米微粒可以穿過呼吸道進入血液，並且在身 體其他系統引發健康危害。奈米微粒除了進入呼吸道造成呼吸道疾病，也可 能使用於化妝品，影響皮膚，或是經由皮膚吸收進入人體，不過這方面的健 康效應並不清楚，有待進一步研究（Oberdorster et al., 2005）。
3-6 奈米氧化鋅相關毒理研究
過去的研究指出，有關氧化鋅微粒最常見的職業暴露是焊接工與電鍍 工，因為加熱含鋅的合金後，會產生氧化鋅微粒，經由呼吸吸入而引起金屬 煙燻熱（metal fume fever），會有類似感冒的症狀，像是肌肉酸痛、咳嗽、
疲勞等等(Barceloux, 1999; Fine et al., 1997; Kuschner et al., 1997)。有研究發 現，在人體實驗中以呼吸暴露的方式暴露300 nm，濃度為2.5 mg/m3的氧化鋅 微粒兩小時後，能產生金屬煙燻熱的症狀，且血漿中的IL-6濃度也有增加的 趨勢（Fine et al., 1997）；另外，同樣以人體實驗，將0.17 μm，濃度為33 mg/m3
的氧化鋅微粒以呼吸暴露的方式暴露，暴露3小時後，進行肺泡灌洗，研究 發現肺泡灌洗液中的細胞素濃度（TNF、IL-6、IL-8）皆有顯著增加（Kuschner et al.,1997）；此外，有研究指出，將40 nm，濃度為500 μg/m3的奈米氧化鋅 微粒以呼吸暴露的方式暴露，暴露2小時後，並沒有發現有急性的系統性效 應(Beckett et al., 2005)。有趣的是，有研究顯示連續暴露氧化鋅微粒會有耐 受性的情況發生，一樣是以人體實驗，將300 nm，濃度為5 mg /m3的氧化鋅 微粒以呼吸暴露的方式暴露，連續暴露3天後，所引起的臨床反應症狀以及 肺泡灌洗液中的嗜中性球百分比（Neutrophils）與IL-6濃度皆有逐漸下降的 趨勢(Fine et al., 2000)。Gordon等人以呼吸暴露的方式對天竺鼠、大鼠、兔子 暴露粒徑為60 nm，濃度為2.5及5 mg /m3的氧化鋅微粒，研究發現天竺鼠及 大鼠以鼻部暴露腔（nose-only exposure chamber）暴露5 mg /m3的氧化鋅微粒 3小時，24小時後犧牲，肺泡灌洗液中的總細胞數、乳酸脫氫酵素（LDH）
oxidative burst。發炎反應之主要特徵，包括血管通透力之增加以及白血球浸 潤，在發炎反應初期最早進入組織的血球就是嗜中性球，嗜中性球會大量滲 透進入組織，並在發炎反應的24個小時達到高峰，因此肺泡灌洗液中總細胞 數及白血球分類比例計數，可用來當作暴露微粒後肺部發炎指標；另外血管 通透性增加也會使原本血液中的蛋白質滲透至發炎部位，而乳酸脫氫酵素
（lactate dehydrogenase, LDH）存在身體各臟器及血液中，一旦肺部組織或 細胞受到破壞便會溢出至肺泡，所以肺泡灌洗液中的總蛋白質及LDH也可以
乎比較可行。不過呼吸暴露也有其限制性，除了造價成本高昂以及操作的高 技術性外，也較費時。雖然呼吸性暴露有這些限制性，但基於以上考量，及 嘗試應用結果於風險評估，決定後續研究採用呼吸暴露方式（Li et al., 2007;
Driscoll et al., 2000; Hurt et al., 2006; Muller et al., 2006）。
3-10 奈米微粒產生方法
奈米微粒的產生有許多方法，以下簡單介紹幾種奈米微粒產生方法（簡 弘民等，2004），本實驗採用爐管氣流方式產生奈米微粒。
3-10-1 噴霧法 (Atomization)
噴霧或霧化是指使液體破碎而變成在空氣中懸浮液滴狀態的過程。以液 括雷射反應器（Laser reactors）、固體的雷射蒸發作用（Laser vaporization）、
火焰反應器（Flame reactors）、電漿反應器（Plasma reactors）、放電及金屬 線激發（Spark source and exploding wire）、陰極真空噴射（Sputtering）、惰 性 氣 體 的 冷 凝 作 用 （ Inert gas condensation ）、 膨 脹 - 冷 卻 法
（Expansion-cooling）、靜電噴霧系統（Electrosprray）及固體的雷射燒蝕（Laser ablation）等等。