楊禮豪

中國醫藥大學職業安全與衛生學系

助理教授

一、簡介

奈米(nanometer, nm)是一個非常微小的長度單位；一個奈米相當於十億分之一公尺，好比一個鈕釦相對於地球的大小。奈米尺度大於原子與分子，約略與某些病毒相當，但遠小於細菌、紅血球等(表1)。肉眼與一般光學顯微鏡都看不到的小東西，有何大不了？事實上關係可深遠了。當進入到奈米尺度(<100 nm)時，物質會呈現與巨觀尺度物質截然不同的光學、磁性、電性、熱導性與反應性等物理與化學特性；例如，金黃色的黃金塊變為紅色的奈米金，不可燃的鋁塊變為易燃的奈米鋁粉。近幾年非常熱門的奈米科技(nanotechnology)就是倚賴大小介於1至100 nm的微小物質或材料，製造特性與功能嶄新的結構、材料與元件，繼機械、電子、資訊之後，帶動起另一波的工業與科技革命。其應用領域包括材料、光電、醫藥、能源、食品、民生及環保等，足見其影響層面是前所未有的廣闊，並可能在各領域造就創新的突破。而目前常見的奈米物料主要類別包括金屬及其氧化物、量子點、碳、巨分子與自組裝等，其種類與應用如表2所示。

二、國際與台灣現況

新興奈米科技計畫(The Project on Emerging Nanotechnologies; PEN)從2005年起對在全球資訊網上有產品資訊之奈米消費產品進行統計調查，結果顯示奈米產品總件數從2006年的212增加至2009年的1,015，約每週增加6至7件新產品[1]。這當中健康與健身用品之相關奈米產品數最多(605)，其次為家庭與園藝產品(152)及食品與飲料(98)等，三者共佔了總產品數的84%。而在健康與健身用品奈米產品中，以個人保養產品最多(193)，其次為服飾(155)、化妝品(137)、運動器材(93)、過濾用濾材(43)與防曬用品(33)等。就奈米產品的主要成分而言，大多數為銀(259)，其次為碳(82)、鈦(50)、矽(35)、鋅(30)與金(27)等。而生產的地區以美國(540)為主，其次為東亞(包括台灣、大陸、日本與韓國；240)及歐洲(154)。

台灣奈米科技發展與產業也在近幾年有大幅的增長。例如，我國在美國擁有的奈米科技相關專利數目是全球排名第7位，在著名科學期刊發表之奈米相關論文篇數是全球排名第13位[2,3]。依據經濟部與勞研所的調查顯示，目前國內奈米科技產業的主力是民生化工，特別是金屬及其氧化物之原材料開發與生產，其他產業還包括消費產品、紡織、電子、半導體、光電、電機、金屬、生技與製藥等[4,5]。經濟部投資業務處預估2012年台灣奈米科技將創造達470億美元的收益，其中主要收益來源為半導體、光電、能源與傳統產業等。

三、健康風險

在公共衛生領域，風險指的是發生不良效應(傷害或疾病)的嚴重度與機率。因此，風險的高低取決於「危害」與「暴露」兩個因素；危害決定不良效應的嚴重程度，暴露決定發生的機率。例如，若一位勞工經常需要接觸高毒性的物質，亦即高危害加上高暴露，其風險相對就高；反之，一瓶高毒性之有機溶劑，若未開封或勞工不會接觸到，亦即高危害但無暴露，其風險就接近於零。換句話說，危害與暴露兩者必須同時存在，才足以構成風險。

3.1 潛在危害

奈米科技之潛在風險主要源自於奈米物質所具有的獨特與嶄新特性。它如同一把雙刃劍，一面提供了改善人類生活與環境的無限潛力，特別是在能源供給、氣候變遷、永續發展與生技醫藥等議題上，另一面卻可能對人類健康與環境衛生具有新的、未預期的潛在危害。此憂慮並非憑空想像的；物質奈米化後之物化特性改變，同時意味著其毒理特性與生物作用之可能改變[6]。許多細胞與動物毒理實驗結果顯示，在相同質量與化學組成的前提下，奈米級的微粒比微米級(>1,000 nm)的微粒更容易產生毒性作用；低溶解度、纖維狀的物質，經奈米化後，可由原本的低毒性物質轉變為毒性物質，進而引起發炎反應、組織傷害及細胞病變[7]。例如，低溶解度、纖維狀單壁與多壁奈米碳管被大量吸入老鼠肺部後，可引發間質性肉芽腫、纖維化與肺部發炎反應，甚至有類似石綿之致癌潛力；相反的，吸入同樣是由碳組成的奈米碳黑與富勒烯，則無如此的不良生理反應。此外，沉積於呼吸道的奈米微粒有能力穿透細胞屏障或進入至血液循環，進而轉移至其他器官，或從乾裂、受傷的皮膚進入到體內。至今，奈米科技的健康風險研究仍侷限於細胞與動物毒理實驗，尚無流行病學研究成果報導，故對人體健康影響所知有限。

事實上，大氣環境中原本就存在為數相當多的奈米微粒，每立方公分的空氣中約有數萬顆；其與前述人為刻意製造的奈米材料不同之處在於，環境奈米微粒是人為活動不經意的副產物，主要源自於機動車輛、工廠燃燒或工業程序(如電銲)之廢氣。相對而言，科學界對這些環境奈米微粒已有數十年以上之長時間研究，故對其危害較有掌握[8]。許多流行病學研究指出，環境微粒濃度的增高會導致肺功能的降低及心血管疾病的增加等，且此危害潛力隨粒徑的減小而增大。此外，呼吸道劑量學的研究顯示，奈米微粒較之粗粒徑微粒更能深入與沉積於呼吸道的深處(如肺泡)，因此對健康的危害潛力較顯著。

3.2 潛在暴露

綜合以上，若奈米物質的潛在危害是確實存在的，則民眾與勞工的暴露量、頻率與時間，將會決定其風險的大小。由於容易懸浮於空氣中，奈米物質最受關切的暴露途徑是吸入呼吸道，其次為皮膚接觸與食入腸胃道。而藉由奈米產品的生命週期(life cycle)評估，可協助鑑別可能發生暴露的情境，包括原料取得與處理、產品製造、運輸與貯放、消費者使用、產品廢棄物處置等過程(圖1)[9]。如圖所示，大眾可能因為使用奈米產品而發生直接暴露，或藉由環境空氣、水、食物而間接暴露；勞工則可能於奈米產品製程中發生直接暴露。目前的奈米消費產品多半是將奈米物質添加、嵌入(embed)於該產品中，如網球拍中的奈米鈦與碳等，其發生游離進而導致使用者直接暴露的機率相對低很多，除非是不當的使用或產品劣化。若奈米消費產品是以噴霧的形式或直接施用於身上，其潛在暴露則相對提高甚多。此外，工廠的意外釋放或產品廢棄物的不當處置，皆可能導致環境污染，增高大眾與生態的暴露。

反觀，身處第一線從事奈米產品製造的勞工暴露問題遠甚於一般大眾，主要原因是勞工可能需要經常近距離的接觸呈現「分散」或「游離」(disperse or free)狀態之奈米物質。乾式粉體的加工、處理、包裝、製程設備的維護等人工作業，因為外力的擾動或攪拌關係，特別容易發生勞工吸入性的暴露；濕式製程雖較無此問題，但勞工皮膚接觸性或食入性暴露的重要性就相對提高。由此可知，奈米科技產業的勞工之潛在暴露量大、頻率高、且時間長。依照產業成長速率，在未來的15年內全球將有200萬勞工受雇於奈米科技的相關產業，他們的安全衛生保障特別需要業者與政府主管機關的立即作為[10]。

四、風險控制與管理

世界主要先進國家皆已陸續提出奈米科技潛在風險之控制與管理策略，包括美國、歐盟、日本、澳洲等，且主要著重在勞工安全與衛生，因為勞工為目前風險最高的族群。原理上，風險的控制與管理可從降低危害與減少暴露兩方面著手。前者是治本之道，可就奈米材料的本質特性進行改善，譬如降低毒性、提升可溶性與生物可分解性；後者可藉由工程控制技術與行政管理等，進而減少暴露量、頻率與時間。現階段而言，奈米物質之危害仍未有定論，但其相關的物品種類與產量已快速增長，並出現於日常生活用品中；基於預警原則，唯有減少暴露方能立即有效降低奈米科技可能衍生的不良健康效應。

有鑑於此，我國勞委會勞工安全衛生研究所於2010年4月初，提出「台灣奈米物質作業環境控制管理策略指引」及「台灣奈米技術實驗室的奈米物質暴露控制手冊」等草案，徵詢各界的意見，其內容廣泛的涵蓋暴露評估與管理、作業人員、奈米廢棄物與溢出之管理、火災爆炸預防、及奈米微粒的標竿暴露值等[11]。行政院環保署也建置了「環境奈米科技知識」之網際網路平台，提供各界進行奈米科技環境健康安全之資訊與知識交流[12]。研究指出，現有的危害控制技術多能有效的降低風險，例如密閉與自動化製程的使用可以有效防止奈米物質的逸散，但投料、加工、包裝與設備維護等人工操作仍可能導致高暴露情形。適當的局部排氣設備、具高效能濾材的呼吸防護具、非梭織布的防護衣、及良好的工作習慣均能大幅降低奈米物質的暴露。值得注意的是，除了健康風險，奈米粉塵爆炸與火災等職場安全風險亦不能忽略。

由於奈米物質種類繁多，且特性廻異，實為風險管理上的一大挑戰。風險管理主要是建立在風險評估之基礎上，如暴露評估與劑量反應評估等。然而，風險評估所需的數據不易獲得，若預期對所有新的奈米物質進行完整的評估後，再進而擬訂管理策略，則是緩不濟急的。在目前過渡階段，控制群組(control banding)方法是一個頗具潛力的風險管理工具。相對於風險評估，控制群組方法較為質性(qualitative)，其乃依據物質危害與暴露潛力的高低，將風險分成不同等級，藉以提供對應的控制策略；故此法比較簡易，並可快速普及化。就奈米物質而言，可考量使用其原料成分、溶解度與纖維特性等做為危害分級的依據，另使用物質型態(固態、液態)與產量做為暴露分級的依據[13]。

五、結語

奈米科技的應用正快速地開展於各種領域中，其可能產生的正負面衝擊可比擬18世紀的工業革命；回顧百年來不少新產品的應用，譬如石綿、DDT殺蟲劑、氟氯碳化物、含鉛汽油等，對生態、人類與環境的負面衝擊及其衍生的社會成本[14]，不得不令我們省思奈米科技的潛在利益與風險兩方面是否受到同等的重視，特別是身處第一線從事奈米產品製造的勞工。面對具有高度不確定性潛在風險、但尚無法規標準可循、而又快速地出現於商品的奈米物質，製造者應保守的視其為有害物質加以管理，且政府主管機關不應抱持“等等看”的心態。首要工作應該是排定優先順序，依據最新的資訊鑑別高風險的奈米物質、作業型態與勞工族群，投入較多的資源，分別對其進行深入的風險評估、立即的危害控制、以及一般或特殊健康調查[15]。而落實危害防制工作則必須透過資訊公開與風險溝通之途徑，尤其是面對多數雇主、勞工與民眾感到陌生與無所適從的新興奈米科技。若能善用現有的風險評估、管理與溝通工具來克服上述挑戰，我們對奈米科技的潛在風險將更能掌握，並協助建立負責任的、永續的奈米科技產業。

六、參考文獻

1. Woodrow Wilson International Center for Scholars and the Pew Charitable Trusts, The project on emerging nanotechnologies (PEN). http://www.nanotechproject.org/inventories/, assessed on 7/12/2010.

2. Holdren, J.P., Lander, E., Varmus, H., Report to the President and Congress on the third assessment of the National Nanotechnology Initiative, President’s Council of Advisors on Science and Technology (PCAST), 2010.

3. Leydesdorff, L., The delineation of nanoscience and nanotechnology in terms of journals and patents: A most recent update, Scientometrics, 2008; 76(1):159–167.

4. 張振平、陳春萬，奈米科技應用的可能潛在危害之探討，行政院勞工委員會勞工安全衛生研究所；2006。

5. 經濟部投資業務處，奈米科技及應用之產業分析與投資機會；2008。

6. Nel, A., Xia, T., Mädler, L., Li, N., Toxic potential of materials at the nanolevel, Science 2006; 311: 622-627.

7. National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH), Approaches to safe nanotechnology: Managing the health and safety concerns associated with engineered nanomaterials, Centers for Disease Control and Prevention, 2009.

8. Oberdörster, G., Oberdörster, E., Oberdörster, J., Nanotoxicology: an emerging discipline evolving from studies of ultrafine particles, Environ Health Perspect 2005; 113: 823-839.

9. Woodrow Wilson International Center for Scholars and the Pew Charitable Trusts, Nanotechnology and life cycle assessment: Synthesis of results obtained at a workshop, Washington, DC, October 2006.

10.National Nanotechnology Initiative, Frequently asked questions, http://www.nano.gov/html/facts/faqs.html, assessed on 7/12/2010.

11.勞委會勞工安全衛生研究所，「台灣奈米物質作業環境控制管理策略指引」及「台灣奈米技術實驗室的奈米物質暴露控制手冊」草案，http://www.iosh.gov.tw/Publish.aspx?cnid=12&p=1813, assessed on 7/12/2010.

12.行政院環保署，環境奈米科技知識平台，http://sta.epa.gov.tw/portal_sgs/index.aspx?type=0, assessed on 7/12/2010.

13.Paik, S.Y., Zalk, D.M., Swuste, P., Application of a pilot control banding tool for risk level assessment and control of nanoparticle exposures, Ann Occup Hyg 2008; 52(6): 419-428.

14.European Environmental Agency, Late lessons from early warnings: the precautionary principle 1896–2000, Copenhagen, 2001.

15.National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH), Current Intelligence Bulletin 60: Interim guidance for medical screening and hazard surveillance for workers potentially exposed to engineered nanoparticles, Centers for Disease Control and Prevention, 2009.

　

表1奈米物質與許多常見物體之尺寸
物體	尺寸(nm)
氫原子	0.1
水分子	0.3
富勒烯(巴基球)	1.0
DNA	2.5
量子點	8.0
細胞膜	8.0
樹枝狀高分子	10.0
病毒	100.0
球形細菌	500.0
紅血球	8,000.0
桿狀或螺旋狀細菌	20,000.0

圖 1奈米材料與產品之生命週期與潛在暴露情境