電磁輻射損傷個(gè)體防護(hù)的研究進(jìn)展＊

朱小閃，劉寧寧，翟艷霞，張金朋，高春芳，李俊堂

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步與高速發(fā)展，電磁輻射對(duì)機(jī)體所造成的危害不容忽視。 電磁輻射污染是繼水污染、 空氣污染和固體垃圾污染之后，世界公認(rèn)的第四大污染，對(duì)相關(guān)工作人員的健康產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響。 因此，亟須對(duì)電磁輻射進(jìn)行有效的人體防護(hù)。 筆者圍繞電磁輻射損傷的醫(yī)學(xué)防護(hù)和物理防護(hù)的研究進(jìn)展做一綜述。

1 電磁輻射的醫(yī)學(xué)防護(hù)

醫(yī)學(xué)防護(hù)主要是應(yīng)用抗輻射藥物防止電磁輻射致機(jī)體損傷。 輻射損傷主要表現(xiàn)為氧化應(yīng)激造成的染色體畸變和DNA 的斷裂，細(xì)胞膜通透性改變［1］。因此，目前防輻射損傷藥物研究主要集中在抗氧化和抗炎癥方面。

電磁輻射防護(hù)藥物的主要來(lái)源有化學(xué)合成、生物提取和天然產(chǎn)物制備。 已用于治療電磁輻射損傷的化學(xué)藥物主要有谷氨酰胺［2］、氨磷?。╓R-2721）［3］和金屬元素螯合物［4］（Cu，F(xiàn)e，Zn）等，但其成分相對(duì)單一、研究困難，且其中多數(shù)藥物對(duì)健康細(xì)胞的不良反應(yīng)較大。生物藥物諸如超氧化物歧化酶［5］、激素類(lèi)藥物［6］和細(xì)胞因子類(lèi)藥物（集落刺激因子、白介素-6、促紅細(xì)胞生成素、角質(zhì)細(xì)胞生長(zhǎng)因子等）［7］，大多成本較高，價(jià)格昂貴；天然產(chǎn)物以其豐富的來(lái)源、不良反應(yīng)小和顯著的療效等優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為電磁輻射防護(hù)藥物研究的焦點(diǎn)［8］。 從天然中草藥中尋找能夠有效抗輻射和提高免疫力的藥物，特別是利用中醫(yī)藥學(xué)基礎(chǔ)理論結(jié)合現(xiàn)代藥物研究的新技術(shù)和新方法，提純中藥活性成分，可使其療效更為明顯、可靠［9］。 目前研究較多的抗電磁輻射天然產(chǎn)物有當(dāng)歸注射液、復(fù)方魚(yú)腥草注射液、苦豆子總堿注射液、蘆薈提取物和銀杏葉提取物等［8］，這些中藥主要含有黃酮類(lèi)、多糖類(lèi)、皂苷類(lèi)和多酚類(lèi)和生物堿等多種生物活性成分［10］。

1.1 黃酮類(lèi) 黃酮類(lèi)在抗電磁輻射方面的顯著功效主要為保護(hù)機(jī)體氧化應(yīng)激損傷方面［11］。 黃酮類(lèi)化合物結(jié)構(gòu)中含有的酚羥基能夠還原自由基，并且可以通過(guò)提高超氧化物歧化酶活性，發(fā)揮其抗氧化作用， 緩解對(duì)電磁輻射敏感細(xì)胞的DNA 損傷程度并降低其凋亡率［11］。 研究表明沙苑子、蜂膠、花青素以及槲皮素中的黃酮類(lèi)成分可以提高電磁輻射小鼠21 d 的存活率，促進(jìn)電磁輻射小鼠多種免疫細(xì)胞的增殖，降低其炎癥因子水平和凋亡率。 黃芪總黃酮可以保護(hù)輻照小鼠的骨髓細(xì)胞［12］，大豆異黃酮對(duì)大鼠腎臟局部輻照具有一定的保護(hù)作用［13］，銀杏葉黃酮通過(guò)減少小鼠脾臟細(xì)胞的氧化應(yīng)激保護(hù)小鼠脾臟。

1.2 多糖類(lèi) 多糖類(lèi)已被證實(shí)可通過(guò)免疫調(diào)節(jié)、抗病毒、抗氧化和抗炎等作用來(lái)保護(hù)電磁輻射損傷［14］。目前抗電磁輻射的研究主要集中在中藥多糖、海洋生物多糖［15］和真菌多糖［16］。 當(dāng)歸多糖 APS3 可以使亞慢性輻射小鼠的外周血白細(xì)胞數(shù)量增多，使小鼠精子畸形率和睪丸組織中過(guò)氧化物質(zhì)水平明顯降低；刺五加中的多糖成分可以降低血清中丙二醛的含量，提高抗氧化酶（如超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過(guò)氧化物酶）的活性［17］；枳殼多糖［18］可以激活免疫細(xì)胞，促進(jìn)多種抗炎細(xì)胞因子的表達(dá)，并通過(guò)抑制細(xì)胞凋亡緩解電磁輻射小鼠免疫系統(tǒng)的損傷。 海洋生物多糖中的螺旋藻多糖、海帶多糖和半葉馬尾藻多糖可減輕電磁輻射對(duì)小鼠骨髓細(xì)胞的損傷［18］。真菌多糖中的灰樹(shù)花多糖和靈芝多糖均可通過(guò)調(diào)節(jié)輻照小鼠的免疫系統(tǒng)功能，減輕電磁輻射造成的損傷［16］。 大量的研究表明，非均一性多糖對(duì)電磁輻照小鼠有較好的保護(hù)作用，但關(guān)于均一性多糖的抗輻射機(jī)制尚不明了。

1.3 皂苷類(lèi) 皂苷類(lèi)主要存在于豆科植物中，已有研究表明，人參皂苷對(duì)輻照大鼠的小腸上皮細(xì)胞具有保護(hù)作用［19］；刺五加皂苷可以提高輻照小鼠血清中超氧化物歧化酶的活性［20］。 雖然皂苷類(lèi)化合物在增強(qiáng)免疫力和抗氧化方面有一定的生物學(xué)功效，但皂苷元形成口服藥物后往往吸收較差，體內(nèi)生物利用度低。 因此，通過(guò)生物轉(zhuǎn)化等技術(shù)手段高效和特異的生成皂苷類(lèi)成分，仍有待進(jìn)一步研究。

1.4 多酚類(lèi) 多酚類(lèi)活性成分中的酚羥基是一類(lèi)還原性物質(zhì)，可通過(guò)發(fā)揮其抗氧化作用減輕電磁輻射損傷［21］。 研究發(fā)現(xiàn)葡多酚具有清除自由基、保護(hù)心血管系統(tǒng)等功能和增強(qiáng)電磁輻射小鼠的免疫力緩解小鼠的輻射損傷［21］。 葡多酚可有效抑制電磁輻射引發(fā)的染色體畸變、DNA 損傷和免疫機(jī)能下降均有不同程度的抑制效果［21］。 計(jì)融等［22］的研究顯示大劑量電磁輻射小鼠經(jīng)口給予不同劑量茶多酚，其血中白細(xì)胞數(shù)量雖然沒(méi)有改變，但其30 d 存活率得到顯著提高。 從海藻中提取的間苯三酚對(duì)電磁輻照后小鼠體內(nèi)的氧化應(yīng)激造成的細(xì)胞凋亡、造血功能受損與核酸損傷都有一定的保護(hù)作用。 中藥復(fù)方對(duì)電磁輻射損傷的防護(hù)作用在細(xì)胞水平上已得到初步驗(yàn)證。 隨著中藥單體活性成分分離技術(shù)的革新，科研工作者將會(huì)開(kāi)發(fā)更多有防電磁輻射療效的藥物。

2 電磁輻射的物理防護(hù)

電磁輻射人體損傷的物理防護(hù)主要通過(guò)采用電磁屏蔽材料制成的裝備［23］。 早在 20 世紀(jì)三四十年代，一些國(guó)家就開(kāi)始了特種防護(hù)服裝的研制。 隨著各國(guó)電磁輻射防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的相繼出臺(tái)，防電磁輻射的功能性材料和紡織品在軍工、科研、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域的應(yīng)用引起了人們的極大關(guān)注［24］。 近年來(lái)，許多研究人員專(zhuān)注于開(kāi)發(fā)柔性電磁屏蔽材料，如電磁屏蔽織物、復(fù)合材料等。 目前研究較多的電磁輻射屏蔽織物主要包括金屬混紡織物、 鍍金屬織物、導(dǎo)電非金屬織物和納米復(fù)合纖維織物。

2.1 金屬混紡織物 由于金屬具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、耐高溫和強(qiáng)度，傳統(tǒng)的電磁屏蔽材料主要由金屬組成。 最早出現(xiàn)的防輻射面料是由金屬絲和服用紗線(xiàn)混編制成織物，但金屬絲與其他纖維編制成織物比較硬，厚重，服用性能差，使之不能很好地推廣應(yīng)用。 隨后出現(xiàn)的銅、鎳和不銹鋼等金屬纖維織物手感有所改善，不銹鋼作為導(dǎo)電材料用于電磁屏蔽織物是研究的熱點(diǎn)之一，譚松庭等人發(fā)現(xiàn)不銹鋼纖維通過(guò)不同表面處理劑整理后，可以更大程度地聚集金屬纖維，從而增強(qiáng)復(fù)合材料的防電磁輻射性能。 金屬材料仍是用于電磁屏蔽織物的主要材料，其次是銅、銀、鎳［25］。 但受到組織結(jié)構(gòu)、織物密度和金屬纖維含量等因素的影響，增加了織造難度與成本，從而限制了織物的應(yīng)用。

2.2 鍍金屬織物 鍍金屬織物是采用不同方式的鍍層方法，直接將金屬鍍到纖維或織物等基底材料上。 常見(jiàn)的鍍金屬織物主要以銅、銀、鎳和鈷等金屬材料作為鍍層，棉織物、滌綸和錦綸作為基底材料。采用磁控濺射技術(shù)研制的鍍銀織物在30～1000 MHz的波段內(nèi)，屏蔽性能可達(dá)到45 dB［26］。芳綸纖維表面鍍鎳其導(dǎo)電率可達(dá) 51.2～61.9 Ω·cm［27］。 北京潔爾爽高科技有限公司第六代納米銀纖維面料屏蔽效能可高達(dá)60 dB。由于單一的金屬鍍層不耐水洗，且易氧化和脫落，采用多金屬?gòu)?fù)合鍍的方法可明顯改善纖維或織物的屏蔽效能和其他性能。 日本住友公司在聚酯纖維上鍍以銅、 鎳和鋁三種金屬合金纖維，與單一金屬層相比，其服用性和屏蔽效能均有明顯改善［24］。 楚克靜等采用復(fù)合鍍的方法在鍍銅的滌綸織物上又電鍍錫鎳合金，得到的織物表面均勻致密且具有電磁屏蔽性能［28］。 相比單一的化學(xué)鍍，復(fù)合鍍既克服了金屬對(duì)人體皮膚的刺激性，又兼具多種金屬的不同功能， 終使電磁屏蔽性能得到明顯提高， 可用于軍事作戰(zhàn)等對(duì)材料性能要求較高的領(lǐng)域。

2.3 導(dǎo)電非金屬織物 導(dǎo)電非金屬織物是表面具有導(dǎo)電非金屬材料涂層的一種電磁屏蔽織物。研究中常用的導(dǎo)電非金屬材料主要有碳納米管、 聚苯胺、聚吡咯、石墨烯和碳纖維等。 Eva Hakansson 等將聚吡咯等導(dǎo)電聚合物在織物上進(jìn)行涂層來(lái)屏蔽電磁波［29］。 Shen 等利用 50 μm 涂層厚度的石墨烯制成3D 鋸齒狀折疊三維復(fù)合材料在頻率5.4～59.6 GHz 的寬頻電磁輻射范圍內(nèi)屏蔽效能可達(dá)20 dB 以上［30］。由于屏蔽效能有限，服用性及耐洗性較差，導(dǎo)電非金屬織物的應(yīng)用較為局限。 但值得一提的是， 將導(dǎo)電非金屬材料與金屬導(dǎo)電材料摻雜后，電導(dǎo)率會(huì)發(fā)生較大的變化，材料的屏蔽效能有很大提高。 國(guó)外學(xué)者用化學(xué)鍍的方法制備的銅/鎳/玄武巖織物在30 MHz～1 GHz 的頻率內(nèi)屏蔽效能均在 60 dB 以上［31］。 國(guó)內(nèi)學(xué)者通過(guò)化學(xué)原位聚合的方法，將金屬銅、鎳和導(dǎo)電非金屬材料聚吡咯相結(jié)合，成功制造了屏蔽效能為20.22～43.51 dB 的亞麻/聚吡咯/鎳復(fù)合材料［32］和屏蔽效能為 30.3～50.4 dB 的銅氨/聚吡咯/銅復(fù)合材料［33］。 將多重復(fù)合材料應(yīng)用于電磁屏蔽織物是目前防護(hù)領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。

2.4 納米復(fù)合纖維織物 納米復(fù)合纖維是一種新興的電磁屏蔽材料， 納米材料本身所具有的尺寸小，表面積大和表面原子含量多等特點(diǎn)，賦予其獨(dú)特的吸波性能。 對(duì)納米級(jí)的導(dǎo)電或?qū)Т判阅艿牟牧吓c熱塑性的高聚物復(fù)合后形成納米復(fù)合樹(shù)脂進(jìn)行紡絲成型，制成電磁屏蔽性能優(yōu)良的織物將是這一領(lǐng)域以后的重點(diǎn)發(fā)展方向。 由于此類(lèi)織物生產(chǎn)工藝相對(duì)復(fù)雜，成本較高，尚未實(shí)現(xiàn)連續(xù)化的大生產(chǎn)。 除此之外，納米復(fù)合材料的生物學(xué)效應(yīng)和衛(wèi)生安全性能還未見(jiàn)報(bào)道，尤其是衛(wèi)生毒理性方面的研究還未有定論［34］。 我國(guó)關(guān)于此領(lǐng)域的電磁屏蔽產(chǎn)品還沒(méi)有統(tǒng)一的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，納米復(fù)合纖維織物具有巨大的開(kāi)發(fā)潛力。

綜上所述，目前用于電磁防護(hù)的原材料與加工方法繁多且各有優(yōu)缺點(diǎn)，基于金屬纖維的紡織材料仍是目前電磁防護(hù)材料領(lǐng)域研究的主流。 在綜合應(yīng)用多種技術(shù)的基礎(chǔ)上，加大對(duì)多維和全方位立體結(jié)構(gòu)材料（紡織骨架材料）的研究，開(kāi)發(fā)新型功能性電磁防護(hù)紡織材料意義重大。 從“醫(yī)學(xué)防護(hù)”和“物理防護(hù)”兩方面著手，采用多重技術(shù)防護(hù)是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。