綦 崢，于 淼，鄒 翔，曲中原，季宇彬

(1. 哈爾濱商業(yè)大學(xué) 生命科學(xué)與環(huán)境科學(xué)研究中心，哈爾濱 150076；2. 哈爾濱商業(yè)大學(xué) 藥學(xué)院，哈爾濱 150076)

全氟辛基磺酸及其鹽類替代物的毒理學(xué)研究

綦 崢1，于 淼1，鄒 翔1，曲中原2，季宇彬1

(1. 哈爾濱商業(yè)大學(xué) 生命科學(xué)與環(huán)境科學(xué)研究中心，哈爾濱 150076；2. 哈爾濱商業(yè)大學(xué) 藥學(xué)院，哈爾濱 150076)

2014年3月26日實(shí)施的《關(guān)于持久性有機(jī)污染物的斯德哥爾摩公約修正案》中對全氟辛基磺酸及其鹽類的特定豁免用途和可接受用途做了詳細(xì)的規(guī)范.中國作為成員國之一在遵守公約的同時也在努力尋找新的替代物，目前我國對公約中規(guī)定的禁用污染物替代產(chǎn)物的合成種類和合成方法十分繁多，將對幾類主要的替代產(chǎn)物的毒理學(xué)研究進(jìn)展進(jìn)行闡述，為該類產(chǎn)品的生產(chǎn)者和使用者的安全提供理論防護(hù)依據(jù)，也為以后斯德哥爾摩公約的修正案提供參考.

持久性有機(jī)污染物；替代物；全氟辛基磺酸鹽

《關(guān)于持久性有機(jī)污染物的斯德哥爾摩公約》于2001年在斯德哥爾摩通過，2004年正式生效，主題是保護(hù)人類健康和環(huán)境免受持久性有機(jī)污染物(POPs)危害的全球行動，包括中國在內(nèi)的124個成員國簽署了該公約.此公約中列了12大類污染物，每隔幾年都會提出一些修正案，納入一些新的污染物，或?qū)σ恍┪廴疚锾岢鎏囟ɑ砻庥猛竞涂山邮苡猛荆?guī)定一些發(fā)展中國家在一定時間后禁止使用.在國際上禁用一些持久性有機(jī)污染物的同時，各個國家都在積極的研制新的替代品，然而它們的替代品如果想要和禁用污染物擁有類似的性質(zhì)和用途，那么替代品可能與原物質(zhì)具有類似的化學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)，因此替代物的毒理學(xué)研究也尤為重要.

全氟辛基磺酸(PFOS)是由8個碳組成的全氟陽離子的一類鹽，是一種持久性有機(jī)污染物，進(jìn)入生物體后會優(yōu)先黏附于蛋白質(zhì)上，然后大部分全氟辛酸進(jìn)入血液中和血漿蛋白結(jié)合，其余部分則累積于肝臟和肌肉組織中[1].根據(jù)2013年8月30日，第十二屆全國人大常委會第四次會議審議批準(zhǔn)，并于2014年3月26日在我國生效的《關(guān)于持久性有機(jī)污染物的斯德哥爾摩公約》修正案中規(guī)定全氟辛基磺酸及其鹽類和全氟辛基磺酰氟的特定豁免用途為：半導(dǎo)體和液晶顯示器(LCD)行業(yè)所用的光掩膜、金屬電鍍(硬金屬電鍍)、金屬電鍍(裝飾電鍍)、某些彩色打印機(jī)和彩色復(fù)印機(jī)的電子和電器元件、用于控制紅火蟻和白蟻的殺蟲劑、化學(xué)才有的生產(chǎn)和使用.其可接受的用途為：照片成像、半導(dǎo)體器件的光阻劑和反射涂層、化合物半導(dǎo)體和陶瓷濾芯的刻腐劑、航空液壓油、只用于閉環(huán)系統(tǒng)的金屬電鍍(硬金屬電鍍)、某些醫(yī)療設(shè)備、滅火泡沫的生產(chǎn)和使用.

根據(jù)PFOS難降解的化學(xué)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，目前其替代產(chǎn)物大致分為三類.第一大類，用4個碳(C4)或者6個碳(C6)的聚合物代替8個碳的，因?yàn)?個碳屬于長鏈，環(huán)境難以降解，而C4或者C6的聚合物則相對長鏈結(jié)構(gòu)變短了，環(huán)境相對容易降解了，此類替代物的代表是全氟丁基磺酸鉀(PFBSK).第二大類是用硅或者溴代替氟，合成者認(rèn)為PFOS的主要毒性來自氟離子，而溴帶一個正電荷，硅帶四個正電荷，用溴來代替氟的產(chǎn)物性質(zhì)雖然沒有PFOS的效果好，但是效果相差不多.用硅代替氟可以更加高效且無毒，不過硅的合成技術(shù)目前國內(nèi)并不成熟，而且硅的成本比氟高很多，根據(jù)中國的國情也不一定能作為短期的實(shí)施目標(biāo)，所以這類研究大多集中在國外文獻(xiàn).第三類替代物為其他陽離子表面活性劑，如季銨鹽系列長鏈，全氟聚醚(PFPE)類化合物等等.

1 C4或者C6的毒理學(xué)研究

PFOS的生產(chǎn)商之一美國3M公司，從2002年起停止生產(chǎn)PFOS，并于2003年開始生產(chǎn)PFBSK，該類產(chǎn)品得到了美國環(huán)境保護(hù)署和其他環(huán)境機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)[2]. 2005年以后，美國和日本的一些生產(chǎn)商也相繼推出了全氟己基磺酸鹽(PFHS)系列產(chǎn)品，并做了對比試驗(yàn)證明其毒性小于PFOS[3-4].

中國科學(xué)研究院生態(tài)研究所楊蓉等人[5]對不同合成方法合成的C4和C6的四種樣品：全氟丁基有機(jī)銨鹽陽離子表面活性劑、調(diào)聚法合成的三防織物整理劑、電解氟化法合成的C4織物三防整理劑及電解氟化法合成的C6織物三防整理劑進(jìn)行離體內(nèi)分泌的影響評估，實(shí)驗(yàn)證明四種樣品對內(nèi)分泌均無影響.

任東凱等[6]對PFOS和四種替代品紡織三防整理劑、50%的全氟丁基有機(jī)銨鹽陽離子表面活性劑、C6織物三防整理劑及C4織物三防整理劑做了兩棲類胚胎的發(fā)育毒性對比試驗(yàn)，證實(shí)了紡織三防整理劑和50%的全氟丁基有機(jī)銨鹽陽離子表面活性劑對非洲爪蟾胚胎毒性強(qiáng)于PFOS，而C6和C4織物三防整理劑對非洲爪蟾胚胎沒有明顯的毒性.另外，PFOS和四種替代品對黑斑蛙的胚胎沒有明顯毒性.2002 年，國際無脊椎動物協(xié)會正式將家蠶確定為鱗翅目模式昆蟲[7]，并于2009年完成了家蠶基因組測序[8]，自此，中國構(gòu)建了家蠶遺傳數(shù)據(jù)庫，成為世界上第一個以家蠶為生物模型的國家.王瀛寰等[9]對上述PFOS的四種替代品對大造蠶種的急性毒性顯示均為低毒，較低濃度的全氟丁基有機(jī)銨鹽陽離子表面活性劑對大造蠶種的結(jié)繭率有嚴(yán)重影響，實(shí)驗(yàn)證明當(dāng)該表面活性劑濃度達(dá)到0.04 g/kg時，繭層率下降極為明顯，孵化率為0.而紡織三防整理劑、C4和C6織物三防整理劑對蠶卵孵化沒有明顯影響.蜜蜂具有分布性廣和移動性大的特點(diǎn)，對環(huán)境污染十分敏感，因此常常用作環(huán)境污染和生物安全的指示性生物[10-12].王會利等[13]用“小燒杯法”法對上述四種PFOS的替代品對中華蜜蜂做了急性毒性試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)得到 C4 織物三防整理劑對中華蜜蜂的24 h-LC50為 1 435 mg/L，48 h-LC50為 284.67 mg/L；其他三種替代品沒有出現(xiàn)蜜蜂死亡.四種替代品用“飼喂管法”對中華蜜蜂的急性毒性實(shí)驗(yàn)均顯示為低毒.禽鳥中的鵪鶉因其對環(huán)境污染的敏感性而被廣泛應(yīng)用于毒性評價實(shí)驗(yàn)[14]，美國國家環(huán)保局及經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織準(zhǔn)則中規(guī)定的受試鳥類均包括鵪鶉[15-16].王瀛寰等人[17]利用中國白羽鵪鶉對上述四類PFOS替代品進(jìn)行毒理學(xué)研究，急性飼喂毒性實(shí)驗(yàn)顯示全氟丁基有機(jī)銨鹽陽離子表面活性劑的 LC50為 970.50 mg/kg(中等毒性)，其他三種替代品均為低毒.慢性毒性試驗(yàn)中顯示除C4 織物三防整理劑未表現(xiàn)出明顯的生殖毒性外，織物三防整理劑和 C6 織物三防整理劑均能夠降低中國白羽鵪鶉的孵化率，并導(dǎo)致胚胎死亡率；織物三防整理劑、C6 織物三防整理劑和全氟丁基有機(jī)銨鹽陽離子表面活性劑均可降低鵪鶉的受精率.

研究表明全氟化高聚物隨著碳原子數(shù)的減少，毒性明顯降低[18-19].劉敏等[20]對全PFBSK對水生毒性進(jìn)行了評價，實(shí)驗(yàn)證明其對羊角月牙藻，大型溞，鮈鯽無水生毒性，實(shí)驗(yàn)還采用鮈鯽，黑頭軟口鰷，虹鱒魚為PFOS和PFBSK作對比實(shí)驗(yàn)，顯示PFBSK的水生毒性明顯偏低.

2 硅或溴化聚合物的毒理學(xué)研究

聚二甲基硅氧烷(PDMS，簡稱二甲基硅油)和聚甲基含氫硅氧烷(PMS，簡稱含氫硅油)廣泛引用于洗發(fā)露，洗碗劑，紡織等領(lǐng)域.PDMS在食品加工過程中，可作為消泡劑或上光劑，其最大允許用量一般為0.01～0.2 g/kg, 大量攝入聚二甲基硅氧烷危害人體健康[21]，目前還沒有對PDMS和PMS具體的毒理學(xué)研究報道.納米硅顆粒因?yàn)槠浔砻娴暮扇~效應(yīng)而具有極好的拒水性，因而廣泛引用于紡織，涂料，制漆，造紙中的添加劑外，還被用作化妝品和藥物制劑中的輔料.因?yàn)榧{米顆粒是空氣中顆粒污染物的主要組成部分，能引起呼吸系統(tǒng)和心血管系統(tǒng)損傷.研究發(fā)現(xiàn)納米硅顆粒引起心肌缺氧，心肌細(xì)胞損傷，房室傳導(dǎo)阻滯等方面的功能障礙[22].

另一大類有機(jī)硅和溴的聚合物應(yīng)用于阻燃劑，例如三-(2,3-二溴丙基)異氰脲酸酯(TBC)，TBC不僅用于阻燃劑，還廣泛應(yīng)用于聚烯烴，不飽和聚酯，合成橡膠和纖維等領(lǐng)域[23].TBC被證實(shí)能抑制斑馬魚肝臟中卵黃蛋白原基因的表達(dá)，并影響性腺發(fā)育，具有潛在的內(nèi)分泌干擾效應(yīng)[24].

3 其他陽離子表面活性劑的毒理學(xué)研究

除上述替代品外國內(nèi)季銨鹽類和全氟聚醚(PFPE)的產(chǎn)品種類很多，合成方法也非常多，不同的合成方法影響了有效成分的濃度.目前PFPE類的產(chǎn)品已經(jīng)通過了美國食品及藥物管理局(FDA)關(guān)于直接食品接觸的認(rèn)證[25].而季銨鹽類的產(chǎn)品多用于復(fù)配和雜化使用，因此在應(yīng)用中多以混合或中間體的形式出現(xiàn)，對這類產(chǎn)品的毒理學(xué)研究暫時不明確.

4 結(jié) 語

國際上對PFOS的生產(chǎn)和進(jìn)出口有嚴(yán)格的規(guī)定，各國研制的替代品層出不窮，替代品的毒理學(xué)研究不僅僅為生產(chǎn)者和使用者提供科學(xué)研究基礎(chǔ)，也為斯德哥爾摩公約的下一階段實(shí)施提出毒理學(xué)佐證.目前除了對新出現(xiàn)的替代品需要加強(qiáng)毒理學(xué)研究外，對于已有毒理學(xué)研究的替代品的深入研究也需要加強(qiáng).

[1] 陸 雯, 張冰冰, 朱 鷹, 等. PFOA替代品研究及其在氟橡膠中的應(yīng)用[J]. 有機(jī)氟工業(yè), 2011, 2: 20-23.

[2] 陳榮圻. PFOS和PROA替代品取向新進(jìn)展(二)[J].印染, 2012, 16: 49-53.

[3] DAMS R. 14th European symposium on fluorine chemistry[R].Poznan Poland, 2004.

[4] GUO J, RESNICK P, EFIMENKO K .Altenative fluoropolymers toavoid the challenges associated with perfluorooctane acid [J]. Industrial and Engineering Chemistry Research, 2008, 47: 502-511.

[5] 楊 蓉, 李 娜, 馬 梅, 等. 全氟辛基磺酸及其替代產(chǎn)物的內(nèi)分泌干擾效應(yīng)評價[J]. 生態(tài)毒理學(xué)報, 2013, 8(5): 702-707.

[6] 任東凱, 蘇紅巧, 劉芃巖, 等. 全氟辛烷磺酸鹽(PFOS)及其替代品對兩棲類胚胎的發(fā)育毒性, 2012, 7(5) :561-564.

[7] 秦 儉, 何寧佳, 向仲懷. 家蠶模式化研究進(jìn)展[J]. 蠶業(yè)科學(xué), 2010, 36(4): 645-649.

[8] XIA Q, GUO Y, ZHANG Z,etal. Complete resequencing of 40 genomes reveals domestication events and genes in silkworm (Bombyx) [J]. Science, 2009, 326 (5951): 433-436.

[9] 王瀛寰, 王會利, 張 旭, 等. 全氟辛烷磺酸鹽( PFOS) 替代品對家蠶大造的生態(tài)毒性[J]. 生態(tài)毒理學(xué)報. 2012, 7(5): 556-560.

[10] CELLI G, MACCAGNANI B. Honey bees as bioindicators of environmental pollution [J]. Bulletin of Insectology, 2003, 56(1): 137-139.

[11] PORRINI C, SABATINI A G, GIROTTI S,etal. Honey bees and bee products as monitors of the environmental contamination [J]. Apiacta, 2003, 38: 63-70.

[12] 吳黎明, 王 勇, 田曉薇. 蜜蜂及其產(chǎn)品作為環(huán)境污染生物指示器的研究進(jìn)展[J]. 中國農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報, 2008, 10(3): 18- 23.

[13] 王會利, 王瀛寰, 張艷峰, 等. 全氟辛烷磺酸鹽( PFOS) 替代品對中華蜜蜂的毒性[J]. 生態(tài)毒理學(xué)報, 2012, 7(5): 517-520.

[14] 陳 昂, 張戰(zhàn)泓, 劉 勇, 等. 3 種植物源農(nóng)藥對鵪鶉和斑馬魚的急性毒性評價[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 2010, 38(12): 6253-6255.

[15] Unite States Environmental Protection Agency (USEPA). Ecological Effects Test Guidelines OPPTS 850. 2100 Avian Acute Oral Toxicity Test [S]. USEPA, 1996

[16] OECD205, OECD Guidelines for the Testing of Chemicals, Avian Dietary Toxicity Test [S].

[17] 王瀛寰, 王會利, 張艷峰, 等. 全氟辛烷磺酸鹽( PFOS) 替代品對中國白羽鵪鶉的毒性[J]. 生態(tài)毒理學(xué)報, 2012, 7(5): 537-541.[18] MULKIEWICZ E, JASTORFF B, SKADANOWSKI A C,etal. Evaluation of the acute toxicity of perfluorinated carboxylic acids using eukaryotic cell lines, bacteria and enzymatic assays [J]. Environmental Toxicology and Pharmacology, 2007, 23(3): 279-285.

[19] LATAA A, NEDZI M, STEPNOWSKI P. Acute toxicity assessment of perfluorinated carboxylic acids towards the Baltic microalgae [J]. Environmental Toxicology and Pharmacology, 2009, 28(2): 167-171.

[20] 劉 敏, 殷浩文, 陳曉倩, 等. PFOS潛在替代品全氟丁基磺酸鉀對不同營養(yǎng)水平水生生物的毒性[J]. 生態(tài)毒理學(xué)報, 2013, 8(5): 714-721.

[21] 吳惠勤, 林曉珊, 朱志鑫, 等. 食品中聚二甲基硅氧烷檢測方法研究[J]. 分析測試學(xué)報, 2010, 29(12): 1143-1146.

[22] 趙宇亮, 柴之芳. 納米毒理學(xué)-納米材料安全應(yīng)用的基礎(chǔ)[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2010.

[23] RUAN T, WANG Y W, WANG C,etal. Identification and evaluation of a novel heterocyclic brominated flame retardant tris (2,3-dibromopropyl) isocyanurate in environmental matrices near a manufacturing plant in southern China [J]. Environ Sci Technol, 2009, 43: 3080-3086

[24] ZHANG X. Toxicity of the brominated flame retardant Tris (2,3-dibromopropyl) Isocyanurate in Zebrafish(Danio rerio) [J]. Chin. Sci.Bull. 2011, 56: 1-8.

[25] 顧文怡, 馮東東, 粟小理. PFOA替代品研究進(jìn)展[J]. 有機(jī)氟工業(yè), 2009, 3: 28-30.

Toxicology study on replaceable products of PFOS

QI Zheng1, YU Miao1, ZOU Xiang1, QU Zhong-yuan2, JI Yu-bin1

(1. Research Center on Lift Sciences and Environmental Sciences, Harbin University of commerce,Harbin 150076, China; 2. School of Pharmacy, Harbin University of commerce, Harbin 150076, China)

The perfluorooctane sulfonate (PFOS) was specified on the Stockholm Convention on persistent organic pollutants on 26th March, 2014. The amendments provided the specific and acceptable implementation of PFOS.China as a member country was compliance with the convention, and also trying to find new replaceable products. There were lots of new replaceable products and synthesis types in China. This paper focused on the toxicology of several main kinds of replaceable products, which to provide a theoretical basis for the protection of producers and the users. Meanwhile, this paper proposed basic research data for the future of Stockholm Convention.

POPs; replacement; PFOS

2015-01-17.

黑龍江省博士后落戶基金(LBH-Q14093)；中國博士后基金項(xiàng)目(2013M531059)；黑龍江省青年基金項(xiàng)目(QC2012C002)；國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(81274067)；國家教育部重點(diǎn)科研課題(210059)；黑龍江省科技重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目(GC08C504)；黑龍江省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(D201028)；黑龍江省腫瘤預(yù)防與抗腫瘤藥物研究高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題(CPAT-2012005).

綦 崢(1981-)，女，博士，副教授，研究方向：環(huán)境毒理學(xué).

X174

A

1672-0946(2015)05-0546-03