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重要发现!首次人体受控临床试验证实:石墨烯纳米材料不会对人类健康造成重大风险【附纳米材料技术赛道观察图谱】

研选快讯

瞻观前沿

英国研究人员公布了一项重要的发现:首次人体严格受控暴露临床试验显示,吸入特定类型的石墨烯不会对肺或心血管功能产生短期不良影响。这意味着石墨烯这种纳米材料可以安全地进一步开发,而不会对人类健康造成重大风险。相关论文发表在16日《自然·纳米材料》杂志上。

此次人体试验使用了超纯氧化石墨烯纳米薄片(一种与水相融的材料)。来自爱丁堡大学和曼彻斯特大学的研究人员招募了14名志愿者,这些人在严格控制的暴露和临床监测条件下参与了这项研究。志愿者在专门设计的移动实验室中骑车时,戴着口罩呼吸了超纯氧化石墨烯2个小时,并在暴露前和暴露后每隔两小时测量一次肺功能、血压、凝血和血液中炎症水平。几周后,志愿者返回诊所,反复受控地暴露在不同质量的氧化石墨烯或清洁空气中进行比较。

结果表明,吸入超纯氧化石墨烯对肺功能、血压或大多数其他生物参数没有不良影响。研究人员注意到,有轻微的迹象表明,吸入这种物质可能会影响血液凝块的方式,但这种影响非常小。不过,仍需进一步调查以确定更高剂量和长时间接触石墨烯的潜在影响。

石墨烯

图片来源:摄图网

技术价值观察

纳米材料产业链上游为原料供应和设备。设备主要包括粉碎、混合/分散、测试等涉及到纳米材料制备、加工的设备。中游环节为纳米材料的生产制备,包括纳米粉体、纳米薄膜、纳米纤维、纳米块体,还包括以此加工形成的纳米复合粉体、纳米磁性液体、纳米涂层材料、纳米改性纤维及金属/陶瓷/塑料基等纳米复合材料。下游包括在电子信息、新能源、生物医药、建筑化工、服装纺织、节能环保、结构增强等领域的应用。

石墨烯是一种纳米材料,英国研究人员发现,吸入特定类型的石墨烯不会对肺或心血管功能产生短期不良影响。因此,从纳米材料产业链上看,该发现对产业链下游环节具有重要意义。

图表2:纳米材料产业链

宏观市场观察

——全国纳米材料产业发展规模

纳米材料广义上是指在三维空间中至少有一维属于纳米尺寸范围内(1~100纳米),或由该尺寸范围内的物质为基本构成单元的超精细颗粒材料的总称。纳米材料是处于亚稳态的物质,比表面积大、粒径小,表面原子比例高,具有独特的电子运动状态和表面效应,其结构上的特点使得纳米材料相较于常规尺寸材料具有催化性强、比热大、塑性好、硬度高、导电率高和磁化率高等优良特性,在电子信息、生物医药、新能源、节能环保、建筑化工、服装纺织、结构增强等领域中显示出巨大的应用潜能。

纳米材料细分产品众多,是我国重点发展的前沿新材料之一,现处于从科学研究向商业化应用阶段。目前,我国已实现工业化量产的纳米材料包括碳纳米管、石墨烯、纳米级碳酸钙、纳米级蒙脱土四大类。其中,纳米级碳酸钙、纳米级蒙脱土主要应用于橡胶、塑料、造纸等领域;目前碳纳米管主要作为导电剂材料应用于锂离子电池。石墨烯应用相对较广,可应用于半导体、传感及显示器、可穿戴设备、诊断治疗、制药等领域。

近年来,在政策和市场需求的大力推动下,我国纳米材料市场规模呈现出较快的增长趋势。根据Frost & Sullivan数据,中国纳米材料产业市场规模由2014年的481.3亿元,增长到了2018年的791.0亿元,年复合增长率为13.2%。随着纳米材料生产技术的改良及下游需求增加,2019年起我国纳米材料产业市场规模增速有所提升,前瞻预计至2024年,我国纳米材料产业市场规模将接近2000亿元。

图表1:2014-2024年全国纳米材料产业市场规模及预测(单位:%)

——细分市场:石墨烯

石墨烯(Graphene)是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料。是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜,是只有一个碳原子厚度的二维碳纳米材料。

由于石墨烯具有优异的导热性能和力学性能,故其在传感器、聚合物纳米复合材料、光电功能材料、药物控制释放等领域表现出众多潜在的应用前景。

图表7:石墨烯主要应用领域

在高速发展后,从2019年开始石墨烯产业进入快速平稳发展期,增速有所降低。根据CGIA与赛迪统计数据,2019年中国石墨烯规模达到120亿元,在疫情影响下,2020年石墨烯市场增速有所下降,石墨烯市场规模达到135亿元,同比增速12.5%,增速较往年明显放缓。

2021年,新冠疫情对石墨烯行业的影响仍将延续,再加上下游迟迟无法实现大规模应用,在产的企业也一直未能形成稳定的盈利模式,地方政府和企业等在石墨烯领域的投资也变得更加谨慎,石墨烯产业发展“进入平台期”,产业规模增速持续放缓,初步统计市场在148亿元左右。

图表8:2015-2021年中国石墨烯市场规模分析(单位:亿元)

——纳米材料市场规模预测:千亿元纳米材料产业市场有待挖掘

“十四五”期间,3D打印用材料、超导材料和智能仿生材料等前沿新材料在工业、电力、通信、军事以及医疗等领域具有巨大商业价值及战略意义,投资关注度将进一步提高。因此,为满足市场应用的迫切需求,金属材料、有机高分子材料、生物材料和复合材料等3D打印用材料将成为未来投资关注热点,随着这些具有颠覆性的前沿新材料关注度将进一步提高,作为相关材料领域内应用频率极高的纳米材料,未来纳米材料产业市场潜力将进一步提升。

根据国家开发投资集团有限公司预测,未来几年,中国新材料产业将延续过去高速增长的强劲势头,到2025年产值将突破10万亿元,发展前景十分广阔;前瞻在此基础上进一步预测,到2026年中国新材料产值将达到11.7万亿元左右。伴随新材料产业市场发展,未来纳米材料市场规模也将进一步提升。在生产技术的积累以及下游应用市场进一步推广的环境下,纳米材料未来有望在基础工业材料以及显示器零件的细分市场上有所突破,带动整体市场规模在2025年突破3000亿元,2027年预计接近4000亿元。

图表14:2022-2027年中国纳米材料产业市场规模预测(单位:亿元)

——纳米材料产业发展趋势:下游应用领域需求增长带动市场发展

前瞻基于上述细分市场与竞争格局分析,结合目前中国纳米材料产业技术创新情况,归纳该产业三大发展趋势如下:

图表15:中国纳米材料产业发展趋势

中国纳米材料技术赛道热力图

中国纳米材料技术赛道热力图

根据前瞻产业热力图显示,与纳米材料关键技术强关联的城市集群主要集中在华南地区,并且以东莞、深圳市为重点发展区域,未来纳米材料技术及其他相关技术的发展路径,极大可能性在于华南地区优先导入,其中可重点关注广东省东莞市、广东省深圳市的福田区所处纳米材料的相关企业,以及该地方对于纳米材料的产业发展投资环境、供给市场的潜力空间。

前瞻经济学人APP资讯组

更多本行业研究分析详见前瞻产业研究院《中国纳米材料行业发展前景与投资预测分析报告》。

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