碳基纤维形态对其致癌潜力的影响

《Particle and Fibre Toxicology》：Impact of carbon-based fibers morphologies on their carcinogenic potential

碳纳米管直径与致癌性关系研究通过腹腔注射不同尺寸（10-30nm）的多壁碳纳米管（MWCNTs）、单壁碳纳米管（SWCNTs）及碳纤维碎片，评估其致癌风险。结果显示碳纤维碎片和成束薄MWCNTs显示弱致癌性，非成束MWCNTs在直径<30nm时无显著致癌性。

　　

摘要

背景

当碳基纤维被吸入肺部深处时，被认为具有致癌性。腹腔内注射直径超过约37纳米的多壁碳纳米管（MWCNTs）后，会引发间皮瘤；而直径低于此阈值的碳纳米管的致癌性则会降低。尽管较大的MWCNT直径与纤维的刚性结构相关，但本研究探讨了直径在10至30纳米范围内的MWCNTs的影响。此外，研究还纳入了单壁碳纳米管（SWCNTs）样本，其单根纤维的直径显著低于10纳米，并且具有柔韧性，因为单个SWCNT纤维可以聚集形成纤维束，从而增加纤维的刚性。同时，也研究了基于沥青的碳纤维碎片的致癌效应。工业生产的碳纤维直径通常大于4微米，因此本身不可吸入。然而，基于沥青的纤维容易沿其纵向轴断裂，产生可吸入的碎片，其中部分碎片符合世界卫生组织（WHO）规定的致癌临界尺寸。研究人员将四种碳纳米管样品（几何平均直径分别为30纳米、20纳米、10纳米以及小于10纳米）以及一种碳纤维碎片样品（几何平均直径为1.3微米）以两种剂量（0.1×10^9和1×10^9个WHO单位纤维或WHO类似纳米纤维）腹腔注射到大鼠体内，并观察了长达24个月的情况。已知具有特定纤维致癌效应的长纤蛇纹石（几何平均直径为0.37微米）被用作阳性对照（0.1×10^9个WHO单位纤维）。

结果

所有类型的纤维中都出现了少量间皮瘤，但并未在所有剂量下都观察到间皮瘤。对于碳纤维材料，在较高剂量下可能表现出较弱的致癌性。对于SWCNT纤维，间皮瘤数量较少也表明其致癌性较弱。对于直径为30纳米的MWCNT纤维，间皮瘤数量极少，表明其致癌性可能非常弱。对于直径为20纳米和10纳米的MWCNT，未观察到明显的致癌性。

结论

碳纤维碎片和细长但成束的MWCNT表现出较弱的致癌性。直径小于30纳米且未成束的MWCNT在剂量达到1×10^9个WHO类似纳米纤维时，也未表现出明显的致癌性。