3D 奈米碳管 圖像來源／iStock.com/enot-poloskun
鍾賢從小是一個求知慾很強的資優生，尤其對高科技很感興趣，他生於千禧年 （西元2000年），因為對奈米科技的熱誠，所以選擇了奈米科技相關的研究所，從事奈米微粒（nanoparticle）/奈米碳管（carbon nanotube）的製造與應用。
有一天，鍾賢閒來無事拿起一本勞動部勞動安全衛生的報告書，瞄到其中一頁是講工作中暴露石綿（asbestos）粉塵引起癌症的個案報告，內容大意如下：
方先生從1959年開始在海軍服務，在輪機部門主要負責維修機械設備。據其描述，當年在海軍的軍艦上，所有的蒸氣管路及鍋爐皆使用保溫材質包裹，其保溫材質均含有石綿。方先生從事第一線維修工作，須將保溫隔熱的包覆拆除，過程中為密閉空間且充滿粉塵，當時方先生並無配戴任何呼吸防護具（口罩），在軍艦的局限空間中，暴露於大量石綿中。
方先生在海軍服務了十餘年，於七零年代退伍，退伍後從事商船相關事業，工作內容與當兵時在軍艦上所從事的工作內容相似，亦有大量的石綿暴露。方先生可能的總石綿暴露史可從海軍服務期間算起，以及之後從事商船事業期間，總暴露年數估計達二十餘年。
方先生於2017年中旬出現咳嗽、發燒及走路會喘的症狀，到地方醫院做胸部X光檢查發現胸膜兩側有斑塊（右圖可以看見胸部的狀況），於是到大醫院做更深入的檢查。檢查結果顯示，右側鎖骨淋巴結有腫大的現象，醫生安排切片並從方先生的病理組織染色結果發現是小細胞癌（small cell carcinoma），而免疫染色結果顯示為肺部轉移所致（TTF-1+）。腹部電腦斷層掃描也顯示有腹部轉移現象（第四期肺癌），於是方先生接受化學治療合併放射線治療。經過一連串繁瑣的治療後，他的病情依然持續惡化；一年半後發現右下肺葉有新的腫瘤影像，之後接受電腦斷層引導的切片檢查發現，新腫瘤為鱗狀細胞癌的非典型變化。所以方先生為一位小細胞癌惡化為鱗狀細胞癌的病人，且方先生有明確的石綿暴露證據─在胸部X光發現的胸膜斑（pleural plaque）。
由於鍾賢是研究奈米微粒和奈米碳管，因此擔心這些極微小的顆粒會不會也造成健康的危害，他就去找指導教授李柏世。教授聽到他的問題，就指派他深入瞭解石綿產業，李教授告訴他：「當年石綿也是一個很夯的產業，但是因為危及人體健康，所以遭到禁用；或許，從石綿產業可以看到一點發展奈米科技產業的輪廓。」
鍾賢發揮了新世代研究生的潛能，搜集了很多資料，發現石綿跟奈米碳管有一些相似之處：「石綿」是一種矽酸鹽類的礦物總稱，有六種且常呈纖維狀，分為蛇紋石系列和角閃石系列。因為石綿非常優良又便宜，且有不燃、耐熱、絕緣、耐酸、耐鹼、耐腐蝕、耐久等特性，所以常用來作為建築材料、摩擦材料、石綿水泥管、紡織物質等多達三千種用途。
圖說：掃描式電子顯微鏡下，由角閃石族石綿所組成的石綿瓦影像（右上角為分析的樣本照片）
但「石綿」若不小心吸入體內，因為其特殊的形狀和尺寸，巨噬細胞（macrophages；擔任體內清道夫）無法清除，會導致肺發炎、纖維化，甚而引發間皮細胞瘤（mesothelioma）等癌症，而且這類的癌症潛伏期常為數十年，診斷治療相較不易，所以目前已有很多國家禁止使用石綿。
鍾賢利用學校的研究資源深入瞭解石綿的各個面向，找了國際期刊論文、電子書，也向國內研究石綿的專家學者與職業病專科醫師請教，發現石綿所引發的問題真的超乎想像的巨大。它可以引發許多疾病，例如：惡性間皮細胞瘤（間皮細胞的惡性腫瘤，原發於胸膜、心包膜或腹膜之漿膜裡襯的癌症）、肺癌、喉癌、卵巢癌、石綿肺症（asbestosis）、胸膜斑塊、胸膜增厚等，但只是因為石綿好用又便宜，人們未考慮對人體的危害就大量使用，將導致結果難以收拾。
圖說：肺癌組織旁肺纖維化區域中可發現許多石綿小體（asbestos body）
在1970年代有報告指出，人體內的巨噬細胞在吞噬石綿上不斷挫敗；而且，石綿會異常地吸附血紅素與組織蛋白。目前，科學上已逐漸釐清巨噬細胞與間皮細胞的交互作用，以及造成間皮細胞瘤的可能機轉，例如：日本名古屋大學豐國伸哉教授將石綿投入老鼠的腹腔內，探討石綿暴露罹患間皮細胞瘤的發病機制。動物實驗結果發現，將石綿投於老鼠的腹腔，若定期地放血，可以延長雄性小鼠的生存率以及減少腫瘤的數量，未來值得持續關注石綿所引起的間皮瘤致癌機制。
鍾賢帶著所搜集到的資料去找李教授，回報結果。李教授很滿意，就跟鍾賢說：「現在，第二項任務是去瞭解奈米微粒/奈米纖維/奈米碳管的危害。我想你完成後，會對奈米科技的發展有一番新的體會。」
鍾賢再次利用研究的天賦，找了很多的文獻，發現雖然有一些研究指出奈米微粒危害不大，但也有一些表示會導致間皮細胞瘤。不過，鍾賢愣住了，原來自己所研究的奈米微粒/奈米纖維/奈米碳管也會導致癌症！如果現在全力發展奈米科技，會不會在幾十年後爆發下一波職業病的大流行呢？！想到此，鍾賢已嚇出一身冷汗，趕緊把資料整理整理去找李教授報告他的發現。李教授滿意地說：「很好，鍾賢你終於知道我要告訴你的！當要研發一項技術或產品，我們不只要關注它所帶來的好處，也要瞭解它可能造成的危害，以免對人類未來帶來災難。」李教授秀出一篇報導跟鍾賢解釋暴露在奈米微粒對健康的影響。
我們都知道「奈米」是一個尺寸單位，許多物質在奈米尺寸下常會呈現許多特異的性質，我們也利用這些性質製造許多新的產品，使我們有更高品質的生活；但是無可避免地，製造奈米產品會產生許多奈米微粒，而這些微粒所造成的健康危害更是值得我們好好關注。國衛院環醫所故 劉紹興醫師以及吳威德博士所帶領的研究團隊針對這項議題進行研究。研究團隊在四年間，重複5次檢測14家製造或使用奈米材料機構中的314人（其中分暴露組206人與未暴露組108人），並測量各種生理數據發現一個重要結果：暴露在奈米微粒中會造成體內氧化壓力（oxidative stress）失衡，導致細胞損傷、發炎，也是退化和衰老的主因之一。所以我們要對奈米相關產業的人員進行瞭解，監控健康狀況，防範於未然。
最後，鍾賢若有所思地離開李教授的辦公室。
過了幾天，鍾賢細細思想老師所講的內容，並再搜尋一些資料發現，有許多研究投入在奈米碳管的毒性研究，只是之前自己都忽略了，以為是不重要的資訊，其實換個觀點，如果發展的產品很好用，但是要用命去換，值得嗎？
奈米碳管是在1991年，由日本物理學家飯島澄男從電弧法生產碳纖維的產物中發現的，是一種細長管狀的碳分子，管上每個碳原子採取特定狀態形成六邊形的蜂窩狀結構作為奈米碳管的骨架。奈米碳管非常細長，直徑為奈米等級、長度常為微米等級，就層數可以分為單壁奈米碳管（single-walled carbon nanotube, SWCNT）以及多壁奈米碳管（multi-walled carbon nanotube, MWCNT）。奈米碳管在外觀上呈現纖維狀，類似石綿纖維，且由於其特殊的形狀、尺寸及結構，可以與許多材料複合，展現多元的功能。在囓齒動物毒理學研究顯示，某些類型的奈米碳管會誘發間皮細胞瘤；會致病的纖維不只涵蓋了奈米碳管，更包括其他高細長比的奈米纖維材料，比如金屬奈米線。研究中顯示：高細長比的奈米纖維材料的寬度、長度、生物持久性與機械彎曲剛度，被認為是潛在致癌性的預測指標。
所以，奈米碳管特有的形狀、尺寸提供了新應用的可能，但是也因為它的形狀、尺寸造成罹癌的可能。因此，我們必須要像石綿職業病的防範策略一樣，擬出一個奈米碳管（或奈米微粒）的產業規範，使奈米科技在未來不會成為人類社會的災難。
參考文獻：
- 盧乙嘉、宋聖榮、陳聖杰、李俊賢，2019。飛灰不湮滅─石綿礦物剖析與健康風險。科學教育月刊；420期（July 2019）
- 李俊賢。職業性癌症之認定 以石綿癌症為例。https://www.researchgate.net/publication/344830998_zhiyexingaizhengzhirending_yishimianaizhengweili
- Micaela Orsi, Chafik Al Hatem, Riccardo Leinardi and François Huaux. Carbon Nanotubes Under Scrutiny: Their Toxicity and Utility in Mesothelioma Research. Sci. 2020, 10(13), 4513. https://doi.org/10.3390/app10134513
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- 比5還小！奈米微粒暴露對人體健康的影響與防護。109-09-21。焦點新聞。衛生福利部。https://www.mohw.gov.tw/cp-16-55755-1.html
- 奈米碳管。Wikipedia。
撰文者／李俊賢
資料及圖片來源／李俊賢
文字編輯／劉盈秀、李岳倫