研究揭示：3D打印顆粒污染對(duì)人體具有潛在毒性

來源：鈦媒體APP

文丨學(xué)術(shù)頭條,，編審丨王新凱

3D 打印是快速成型技術(shù)的一種,，又被稱為增材制造，是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù),。

自 20 世紀(jì) 90 年代中期出現(xiàn)以來，3D 打印一直是工程領(lǐng)域的熱門研究方向,。因?yàn)橄噍^于傳統(tǒng)加工，3D 打印可以制作復(fù)雜的形狀,，并且使單獨(dú)制造零件的成本更低,，這兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)使 3D 打印在某些情況下是不可替代的。

圖 | 3D 打印制作零件（來源：Scitechdaily）

但是,，在 2020 年 12 月 13-17 日舉行的 2020 年風(fēng)險(xiǎn)分析協(xié)會(huì)（Society for Risk Analysis）虛擬年度會(huì)議上,，幾項(xiàng)新的研究發(fā)現(xiàn)，3D 打印會(huì)釋放出危害人類健康的有毒顆粒,，并且這種顆粒對(duì)兒童的毒性更強(qiáng),。

危及健康的材料顆粒

3D 打印通過熔化塑料細(xì)絲或其它基礎(chǔ)材料來工作，這些材料包括納米粒子,、金屬,、熱塑性塑料等。然而當(dāng)塑料或其它基礎(chǔ)材料被加熱熔化時(shí),，它們會(huì)將揮發(fā)性化合物釋放到打印機(jī)和物體附近的空氣中,。

圖 | 3D 打印過程（來源：Frptitan）

在打印過程中釋放到環(huán)境中的化學(xué)產(chǎn)物和顆粒會(huì)隨著打印時(shí)間的增加而逐漸積累。因?yàn)檫@些存在環(huán)境中的顆粒足夠小,，所以它們可以滲透到肺部,，從而損害人類健康,。

鑒于這些未知的風(fēng)險(xiǎn)，科學(xué)家們已經(jīng)開始進(jìn)行研究,，了解這些釋放物及其在室內(nèi)環(huán)境中的具體成分,、顆粒大小和停留時(shí)間，從而產(chǎn)生可納入可靠的暴露和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的數(shù)據(jù),。

在風(fēng)險(xiǎn)分析協(xié)會(huì)虛擬年度會(huì)議期間舉行的 3D 打印和新興材料風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研討會(huì)上,，幾項(xiàng)研究表明，3D 打印過程中釋放的顆粒會(huì)影響室內(nèi)空氣質(zhì)量和公共健康,。同時(shí)會(huì)議也介紹幾項(xiàng)旨在表征和量化室內(nèi)環(huán)境中的釋放和成分,、粒度和停留時(shí)間的研究。

風(fēng)險(xiǎn)分析協(xié)會(huì)成立于 1980 年,，是一個(gè)跨學(xué)科,、學(xué)術(shù)性的國(guó)際協(xié)會(huì)，它是對(duì)所有風(fēng)險(xiǎn)分析感興趣的人提供的一個(gè)開放論壇,。自 1981 年以來,，一直出版《風(fēng)險(xiǎn)分析：國(guó)際期刊》，它是該領(lǐng)域領(lǐng)先的學(xué)術(shù)期刊,。

（來源：Society for Risk Analysis）

風(fēng)險(xiǎn)研究人員提出了涉及 3D 打印影響健康和安全的新問題,，以及如何減輕 3D 打印用戶和使用這種新興技術(shù)生產(chǎn)的產(chǎn)品消費(fèi)者存在的任何健康風(fēng)險(xiǎn)，尤其是對(duì)兒童健康的影響,。

眾多研究證實(shí) 3D 打印的危害

美國(guó)環(huán)境保護(hù)署（EPA）的兩項(xiàng)研究分析了 3D 打印中細(xì)絲擠出機(jī)的排放,，這些設(shè)備用于創(chuàng)建 3D 打印的細(xì)絲。然后使用模擬模型查看產(chǎn)生的顆粒數(shù)量,，以及在不同年齡段的人使用 3D 打印機(jī)時(shí)這些材料顆粒沉積在人體的哪些部位,。

研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)絲擠出機(jī)釋放出的小顆粒和蒸汽量與 3D 打印的其他研究中發(fā)現(xiàn)的相似,。并且模擬模型預(yù)測(cè),，對(duì)于 9 歲及以下的兒童，肺部單位表面積的顆粒質(zhì)量沉積更高,。但是需要更多的研究來確定吸入劑量為多少,。

EPA 相關(guān)研究的主要作者之一 Peter Byrley 在一份聲明中說：“迄今為止，公眾幾乎沒有意識(shí)到 3D 打印機(jī)可能產(chǎn)生的危害,。這項(xiàng)研究的潛在社會(huì)效益是提高公眾對(duì) 3D 打印機(jī)危害,，以及兒童可能更高危害性的認(rèn)識(shí)�,！�

圖 | 正在工作中的 3D 打�,。▉碓矗�3D Insider）

由美國(guó)國(guó)家職業(yè)安全與健康研究所 Yong Qian 博士進(jìn)行的另一項(xiàng)研究表明，通過檢查吸入暴露在 3D 打印過程產(chǎn)生顆粒的人體肺細(xì)胞和動(dòng)物,，評(píng)估 3D 打印過程中產(chǎn)生的丙烯腈 - 丁二烯 - 苯乙烯（ABS）排放物的潛在毒性,。

這項(xiàng)名為 “ABS 打印機(jī)排放引發(fā)體外和體內(nèi)毒性” 的研究結(jié)果表明,，打印過程中排放的顆粒在人肺細(xì)胞中引起中度毒性，在動(dòng)物中產(chǎn)生的毒性較小,。

值得注意的是,，盡管今天提出的許多研究仍處于早期階段，但它為證實(shí) 3D 打印機(jī)具有潛在毒性增加了越來越多的證據(jù),。

例如,，去年發(fā)表的相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，ABS 和聚乳酸（PLA）顆粒均會(huì)對(duì)細(xì)胞活力產(chǎn)生負(fù)面影響,，后者會(huì)引發(fā)更強(qiáng)的毒性反應(yīng),。

領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的佐治亞理工學(xué)院地球與大氣科學(xué)學(xué)院教授 Rodney Weber 說：“毒性測(cè)試表明，與 ABS 顆粒相比,，PLA 顆粒的毒性更大,，但因?yàn)榇蛴�機(jī)排放的 ABS 材料顆粒占據(jù)主要部分，所以 ABS 排放的細(xì)微顆粒才是更令人擔(dān)憂的,�,！�

總的來說，這些研究表明,，隨著時(shí)間的推移,，暴露在這些 ABS 細(xì)絲顆粒中可能會(huì)像城市環(huán)境中被車輛或其他排放物污染的空氣一樣有毒。

這項(xiàng)研究還發(fā)現(xiàn),，熔化 ABS 細(xì)絲所需的溫度越高,，產(chǎn)生的顆粒排放量就越大，并且從 3D 打印機(jī)排放的 ABS 顆粒的化學(xué)特性與 ABS 細(xì)絲不同,。

Weber 說：“當(dāng) ABS 細(xì)絲公司生產(chǎn)某種類型的細(xì)絲時(shí),，他們可能會(huì)添加少量的其他化合物來實(shí)現(xiàn)某些特性，但他們通常不會(huì)透露這些添加劑是什么,。由于這些添加劑似乎會(huì)影響 ABS 的排放量，并且添加到 ABS 中添加劑的類型和數(shù)量可能會(huì)有很大的差異,，因此消費(fèi)者可能會(huì)購(gòu)買某種 ABS 細(xì)絲,，它產(chǎn)生的排放量可能會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過不同供應(yīng)商的排放量�,！�

所以選擇一種更加環(huán)保的材料,，也尤為重要。

圖 | 工作人員正在查看打印完成的試樣（來源：GETTY）

杜克大學(xué) Joana Marie Sipe 進(jìn)行的另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn),，3D 打印可能不僅對(duì)人體有害,，而且由打印機(jī)制造的塑料制成的副產(chǎn)品也可能對(duì)環(huán)境造成破壞。

在這項(xiàng)研究中,，Sipe 開發(fā)了一種機(jī)器,，可以測(cè)量塑料產(chǎn)品（例如水壺）在使用過程中以及在環(huán)境中通過摩擦和打磨可以分解的程度,。然后將塑料顆粒喂給魚類，觀察塑料中的納米顆粒對(duì)它們器官的影響,。

她發(fā)現(xiàn),，當(dāng)塑料分解時(shí)，摻入的納米材料會(huì)暴露于環(huán)境中,。研究人員能夠預(yù)測(cè)被魚吃掉時(shí)從塑料中逸出的納米顆粒的百分比,，從而提供了一種矩陣釋放因子（MRF），可以用來找出當(dāng)有人咀嚼產(chǎn)品或產(chǎn)品在海洋中分解時(shí)釋放出的塑料和納米粒子的數(shù)量,。

Sipe 說：“這項(xiàng)研究有助于根據(jù)特定消費(fèi)產(chǎn)品的 MRF 值,，設(shè)定納米材料填充劑的添加量，這些數(shù)據(jù)可以幫助確定有多少塑料或納米填充產(chǎn)品向環(huán)境或人體釋放污染物,�,！�

亟待解決的問題

會(huì)議也提出，隨著 3D 打印技術(shù)的日益普及,，監(jiān)管機(jī)構(gòu),、制造商和用戶可能需要將注意力集中在更好地管理潛在風(fēng)險(xiǎn)上。

例如,，3D 打印機(jī)的操作員可以采取一些措施來減輕其對(duì)空氣質(zhì)量的影響,，包括：

●僅在通風(fēng)良好的區(qū)域操作 3D 打印機(jī)；
●將噴嘴溫度設(shè)置為建議的 ABS 細(xì)絲材料溫度范圍的下限,；
●遠(yuǎn)離正在運(yùn)行中的 3D 打印系統(tǒng),；
●使用經(jīng)測(cè)試和驗(yàn)證具有低排放量的機(jī)器和 ABS 細(xì)絲。

（來源：3D Printing PROGRESS）

現(xiàn)如今,，3D 打印技術(shù)越來越多地用于家庭,、學(xué)校、圖書館和其他人們通�,；ㄙM(fèi)大量時(shí)間的場(chǎng)所,。

同時(shí)在疫情期間，3D 打印廣泛用于制造 COVID-19 的口罩,、呼吸器和其他個(gè)人防護(hù)設(shè)備,，因此解決這些顆粒的問題有了新的緊迫性。

但是 3D 打印過程釋放顆粒污染的問題,，并不是一個(gè)容易解決的問題,。或許將來在材料,、工程機(jī)械等多學(xué)科的共同發(fā)展下,，這個(gè)難題最終會(huì)被攻克，屆時(shí)人們才能真正安全地使用 3D 打印技術(shù),。

參考資料：

https://www.sra.org/2020/12/18/3 ... e-toxic-for-humans/