基于FPTI模型评估管状埃洛石纳米颗粒的呼吸毒性：对陶瓷工业职业暴露风险的新见解

本研究针对陶瓷工业中广泛使用的埃洛石纳米管(Hal)的潜在呼吸毒性问题，采用纤维潜在毒性指数(FPTI)模型进行系统评估。通过XRPD、TEM、M?ssbauer光谱等多技术联用表征新西兰Matauri Bay产区的商业埃洛石样品，发现其FPTI值为1.92(0.10)，与无致癌性矿物纤维相当，但样品中含有的可吸入结晶二氧化硅(RCS)需引起职业防护重视。

　　

在纳米材料广泛应用于工业生产的今天，管状埃洛石纳米颗粒(Halloysite nanotubes, Hal)因其独特的空心管状结构和表面特性，在陶瓷制造、药物递送等领域展现出巨大应用潜力。然而，这种形貌特征也引发了对其潜在呼吸毒性的担忧——特别是当这些长度在微米级、直径在纳米级的"细长矿物颗粒(EMPs)"通过职业暴露进入呼吸系统时，是否会像石棉纤维那样引发肺部疾病？更关键的是，国际癌症研究机构(IARC)迄今未对埃洛石的致癌性进行评估，现有毒理学研究多集中于口服给药途径，对呼吸暴露场景的关注严重不足。

针对这一科学空白，意大利摩德纳雷焦艾米利亚大学(Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia)的研究团队联合国际合作伙伴，选取新西兰Matauri Bay矿床的商业埃洛石样品（含90 wt% Hal及8.4 wt%石英和方石英），采用创新的纤维潜在毒性指数(Fibre Potential Toxicity Index, FPTI)评估模型展开研究。这项发表在《Applied Clay Science》的重要工作，首次系统评估了Hal作为呼吸性EMPs的潜在健康风险，为陶瓷等行业制定职业防护标准提供了科学依据。

研究人员采用多尺度表征技术体系：X射线粉末衍射(XRPD)定量相分析确定矿物组成；透射电镜(TEM)统计300余根纳米管的形态参数（平均长度1.5±0.9 μm，直径0.13±0.07 μm）；穆斯堡尔谱和UV-Vis光谱解析铁物种的配位环境；激光衍射分析粒径分布；BET法测定比表面积(26.5 m²/g)。这些数据为FPTI模型的18项参数赋值提供实验基础，该模型综合考虑了纤维的形态特征（长度、直径、曲率）、化学组成（铁含量、金属杂质）、生物持久性（溶解速率）和表面性质（zeta电位）等关键因素。

"材料表征"部分揭示：TEM-EDS显示Hal中铁主要以Fe^III形式孤立存在于扭曲八面体位点（含量约0.2 wt%），少量以氧化物杂质形式存在。UV-Vis光谱在257 nm的特征峰证实了铁的单核分布，这种结构理论上可能催化Fenton反应产生活性氧。粒径分析显示Hal主要呈多模态分布，主峰对应纳米管直径（140 nm）和长度（580 nm-2 μm），符合WHO定义的EMPs标准（长径比≥3），但因长度<5 μm不被列为"受管制纤维"。

"FPTI模型计算"部分显示：该Hal样品总评分为1.92±0.10，显著低于致癌性石棉纤维（如闪石类石棉FPTI=2.73-3.17），与非致癌性的硅灰石（1.92）和坡缕石（1.68）相当。关键减分项是短纤维长度（1.5 μm）促进肺泡巨噬细胞清除，而加分项包括纳米级直径（0.13 μm）带来的深层沉积风险、孤立铁位点的潜在氧化应激活性，以及管状形态对蛋白质吸附的抑制作用。

讨论部分着重强调三个科学价值：首先，FPTI模型首次量化证明Hal的呼吸毒性风险较低，这与多数体外毒理研究结论一致，如Vergaro等报道Hal在HeLa细胞中即使高浓度（1000 μg/mL）仍保持80%存活率。其次，研究揭示了原料中8.4 wt%的可吸入结晶硅(RCS)才是真正的职业健康威胁，这些1 μm左右的石英和方石英颗粒属于IARC 1类致癌物。最后，作者建议参考澳大利亚对含硅材料的监管经验，在Hal加工场所执行ACGIH的0.1 mg/m³呼吸性粉尘限值标准。

这项研究的创新性在于将矿物学表征与毒理学预测模型有机结合，为纳米黏土材料的风险评估提供了新范式。特别值得注意的是，虽然Hal本身显示低毒性，但其与RCS的共生特性提示：天然矿物原料的工业应用必须考虑伴生成分的健康影响。未来研究可拓展到不同地质来源的Hal样品，并开展直接的呼吸暴露动物实验，以验证FPTI模型的预测效力。