安全评估的方法和工具：这是欧盟委员会“安全与可持续设计框架”的一部分，适用于先进材料领域

《Environment International》：Methods and tools for the safety assessment Part of the European Commission’s safe and sustainable by design framework when applied to advanced materials

本文系统分析并整合了适用于欧盟EC-JRC安全与可持续设计（SSbD）框架的先进材料评估工具，涵盖危害、暴露和风险三个步骤及三个层级（Tier 1-3）。研究发现，现有工具多基于纳米材料开发，存在适用范围有限、更新滞后等问题，尤其在 Tier 1的QSAR/QSPR模型和Tier 3的复杂暴露评估方面存在显著挑战。通过评估工具的可用性、数据要求和平台形式，提出需加强跨学科协作、优化工具维护机制、扩展材料适用范围，并推动数字化整合以提升SSbD的实操性。

　　本研究探讨了先进材料在安全和可持续设计（SSbD）框架下的评估方法和工具。SSbD框架由欧洲委员会联合研究中心（EC-JRC）提出，旨在从材料创新的早期阶段开始整合安全性和可持续性考量，从而推动更安全、更环保的材料开发。然而，先进材料由于其复杂的物理化学性质，使得传统评估方法和模型在应用时面临诸多挑战。因此，本文分析了适用于SSbD框架中步骤1、2和3的危险、暴露、归宿和风险评估方法与工具，并根据其在三个层级中的适用性进行了分类，以应对产品开发的不同阶段。

先进材料（AdMa）涵盖了一类具有新型或增强性质的物质，它们在现代科技中扮演着重要角色，但也带来了独特的安全性和可持续性评估问题。这些材料往往不适用于传统的化学测试指南，因为它们的行为和特性不同于常规化学品。因此，需要开发专门针对先进材料的评估方法和工具。本文不仅总结了现有的评估方法，还评估了它们在SSbD框架中的适用性，并提出了改进和扩展当前工具体系的建议。

### 一、SSbD框架与工具的适用性

SSbD框架采用了分层的评估方法，这些方法根据材料的创新阶段和数据的可用性而调整。第一层（Tier 1）主要关注早期的危险评估，通常依赖于文献回顾、计算工具和定性筛选方法，以识别知识空白和潜在问题。第二层（Tier 2）则更进一步，使用更精确的模型和方法，结合逐步获取的数据进行评估。第三层（Tier 3）则涉及复杂的数据和资源，用于高精度的评估和风险分析。

在危险评估（Step 1）中，评估工具主要分为三类：计算方法（in silico）、体外方法（in vitro）和体内方法（in vivo）。这些方法在不同阶段具有不同的适用性和局限性。例如，计算工具适用于早期阶段，但需要更多的数据输入和更高的技术要求。体外和体内方法则能够提供更具体的实验数据，但通常需要更高的成本和资源投入。

### 二、评估工具的分类与适用性

在危险评估（Step 1）中，主要使用以下几类工具：

1. **计算工具（in silico）**：这些工具利用计算机模型和算法来预测材料的危险特性。例如，QSAR（定量结构-活性关系）和QSPR（定量结构-性质关系）模型可以预测材料的生物活性和环境行为。然而，这些模型在先进材料上的应用仍面临挑战，因为它们通常针对传统化学品而设计，未能充分考虑先进材料的特殊性质。

2. **体外方法（in vitro）**：这些方法通过细胞实验来评估材料的毒性。例如，细胞毒性测试、基因毒性测试和氧化应激检测等。体外方法可以提供详细的细胞反应数据，但需要考虑材料的分散性和生物利用度，以避免实验误差。

3. **体内方法（in vivo）**：这些方法涉及完整的生物体实验，能够评估材料的长期和系统性影响。然而，体内实验通常需要较高的成本和资源，并且存在伦理问题。因此，在早期阶段，体内方法的应用较为有限。

在暴露和风险评估（Steps 2和3）中，评估工具主要分为两类：暴露和归宿导向的工具，以及风险导向的工具。暴露和归宿导向的工具主要用于预测材料在环境中的分布和迁移，而风险导向的工具则结合暴露和危险数据，以评估材料的潜在危害。

### 三、工具的可用性与适用性

本文还评估了现有工具的可用性和适用性。在Step 1中，许多工具仍处于开发阶段，尚未完全成熟。例如，AdMaCat和SAbyNA是较新的工具，仍需进一步完善。此外，一些早期开发的工具如ANSES CB和MendNano已不再可用，这限制了其在实际应用中的价值。

在Step 2和Step 3中，工具的可用性有所提高，但仍存在一些问题。例如，部分工具需要较高的技术知识才能使用，这可能限制了其在非专家用户中的普及。然而，随着技术的发展，越来越多的工具开始采用用户友好的界面和云平台，使得其更容易被广泛使用。

### 四、未来发展方向

尽管现有的评估工具在一定程度上支持了SSbD框架的实施，但仍然存在一些挑战。首先，先进材料的广泛性和多样性使得开发适用于所有类型的通用工具变得困难。其次，许多现有工具仍专注于纳米材料，未能充分考虑其他类型的先进材料。因此，未来的研究应致力于扩展这些工具的应用范围，并开发新的方法来适应不同材料的特性。

此外，评估工具的可用性和实用性也是需要关注的问题。随着材料科学的进步，新的工具和方法不断涌现，但它们的更新和维护仍需持续的努力。为了确保工具的有效性和适用性，需要建立长期的维护计划，并加强与监管机构的合作，以确保评估方法符合最新的法规要求。

最后，本文建议开发更用户友好的平台和工具，以提高评估的效率和准确性。通过整合多种工具和方法，可以提供更全面的评估结果，帮助研究人员和工业界更好地实施SSbD原则，推动先进材料的安全和可持续发展。