磷化铟研究论文

一个不少于128个可调谐元件的光子芯片，被证明是一个真正的计算机“翘楚”，具有多种应用。在使用这种光子芯片测量波长的研究中，特恩特大学Caterina Taballione偶然发现了另一种应用——通过向系统发送单个光子而不是连续光，光学组件也可以执行量子操作，同样的芯片可以作为光子量子处理器。在芯片上操纵光现在已经可以达到非常高级的水平，特别是使用材料的组合。研究人员可以用氮化硅制造损耗极低的光波导，或者用磷化铟制造窄激光光源。Caterina Taballione在研究论文中展示的芯片包含了许多组件，这些组件可以分割或组合来自不同通道的光，类似于一个铁路堆场。它也有环形谐振器，可以作为滤波器。优势在于它的组件可以从外部控制，使得芯片具有灵活性和可编程性，在量子光子学中也有应用。这些部件是通过温度来控制的，该芯片有许多所谓的马赫-曾德尔干涉仪，可以将光从一个光传导通道分裂成两个光波导。在两个通道重新连接之前，可以通过施加温度变化来控制其中一个通道。结果是来自两个通道的信号并不相同：它们有不同的相位，环形元件也可以进行温度控制。通过这种方法，Taballione能够提供一种非常精确测量光波长的方法。为此，她将温度控制与人工神经网络相结合，该系统具有高度可重构性。这使得它适用于即将到来的5G移动标准。在这个标准中，无线信号必须非常精确地从基站定向到用户。计算天线的最佳组合，称为“波束形成”，通常是一项新芯片可以快速完成的任务，具有很高的能源效率。 这些都是展示光子芯片潜力的强大应用。但是在输入端单独检测单个光子而不是连续光源的情况下呢？在这种情况下，这些成分支持典型的量子效应，如聚结、纠缠和叠加。在输出端检测到的光子是利用组件温度控制进行量子处理的结果。虽然单个光子光源和探测器通常在低温下工作，但量子处理器本身在室温下工作，因此，使用光子进行量子计算比使用量子位元更有优势。量子位元只能在非常低的温度下工作，这使得芯片成为一个强大的量子实验平台，从而组件的数量、特别是当输入和输出的数量进一步扩大。包括单光子光源和探测器也将使系统更强大。因此，参与其中的德克萨斯大学科学家成立了一家新公司，让其他科学家和研发部门可以广泛使用这种芯片。

铟(Indium,In)是一种稀有金属元素，属于第ⅢA族，为银白色稀 散软金属，原子序数为49，原子量为，熔点 ℃，沸点2 000 ℃，密度 g/cm3，与铊同属一族。金属铟有延展性，可塑性大，在潮湿空气中表面易生成氢氧化膜，加热超过熔点时可迅速与氧硫化合。铟易溶于硝酸、盐酸和硫酸，与溴在常温下即能化合，加热时可与碘化合。常见的铟化合物主要有硫酸铟〔In2(SO4)3〕、硝酸铟〔In(NO3)3〕、氯化铟〔InCl3〕、氧化铟〔In2O3〕、氢氧化铟〔In(OH)3〕、磷化铟〔InP〕、砷化铟〔InAs〕等。近年来，随着科技的发展，铟及其化合物已经被广泛地应用于各种合金的制造、半导体材料的合成、红外线检测器和震荡器的制造以及临床医学中的肿瘤放射治疗和放射性核素显影等行业。其中合金的种类最多，用途也最为广泛。常见的合金有用于航空工业发动机轴承的银铅铟合金；有用于原子能工业上中子吸收材料的铟镉铋合金；有用于真空密封材料及玻璃粘合剂的铟锡合金；还有用于制造假牙的金铟、铜铟、银铟和钯铟合金〔1〕。目前，虽然国内对于铟的开发利用还刚刚开始，但是对于铟的冶炼和提纯已有了相当长的历史。因此，在我国职业接触铟及其化合物仍以铟的生产行业为主。随着我国科学技术整体水平的不断提高，铟及其化合物将不断地被开发和利用，人们接触铟的机会必然增多，铟及其化合物的毒性也将日益受到人们的关注。本文介绍了近年来对铟及其化合物毒性方面的一些研究结果。1 铟及其化合物的毒代动力学〔1〕 吸收除三氯化铟和硫酸铟吸收稍多外，大部分铟盐在胃肠道吸收很少，三氧化二铟大鼠及狗经口吸收仅～。大鼠气管内吸入或注入可溶性铟盐，约50%在二周内由肺吸收，其余存留在肺间隔、气管和支气管的淋巴结内长达二个月。 代谢经各种途径吸收入血的铟可与血浆蛋白(转铁蛋白、α-球蛋白和白蛋白)结合，迅速转运到软组织及骨骼。胶体状的铟则不与血浆蛋白结合，但可被白细胞吞噬后送到肝和脾的网状内皮系统。进入体内的铟主要蓄积在骨骼；皮下注射铟时可大部分蓄积在皮肤和肌肉内；腹腔注射铟时可大部分蓄积在肠系膜和肝脏，然后转移到脾、肾和骨骼。 排泄进入体内的铟主要经尿及粪从体内排出，其经尿排泄过程可分两个时期(经各种途径进入体内)开始为快排泄期，大约为20天，然后则为长时间的缓慢排泄期，可达数月或数年。2 铟及其化合物的毒性 急性毒性铟的化合物不同，其表现出的急性毒性也不同，如胶体状铟和羟化铟的急性毒性较离子态铟高40倍。铟的染毒途径不同，其表现出的急性毒性也不同，如小鼠皮下注射枸橼酸铟的致死量为 mg/kg，在几天内先发生后腿麻痹、惊厥，继而窒息死亡。而静脉注射毒性为皮下毒性的4倍〔1〕。Oda K〔2〕把雄性Fischer大鼠344只分成4组，分别按0，，，62 mg/kg 的剂量气管注入磷化铟(InP)粉尘，染毒后第1天和第8天观察大鼠的表现。结果表明从剂 量反应关系上可见第1天大鼠体内支气管肺泡液(BALF)中的过氧化物歧化酶(SOD)和乳酸脱氢酶(LDH)活性都随着染毒剂量的增加而升高，而在支气管肺泡液中的炎性细胞数和总蛋白量(TP)并不增高。预示嗜中性细胞和肺泡巨噬细胞对磷化铟有反应，表明染毒后第1天已经处在炎症的早期。当染毒后的第8天只有62 mg/kg 剂量组支气管肺泡液中的嗜中性细胞、淋巴细胞、总蛋白、乳酸脱氢酶、总磷脂和总胆固醇量增高，同时在病理检查中可观察到在肺泡腔内有脱落的肺泡上皮细胞和无定型渗出物产生。此研究结果表明当大鼠气管注入高剂量(62 mg/kg)磷化铟8天时可出现急性肺炎和上皮细胞损伤，而在低剂量(低于6 mg/kg)时未见肺炎的改变。有报道〔1〕铟盐对动物的肝脏、肾脏和心肌都有毒性作用。急性铟盐中毒动物的肝脏出现明显充血、出血及灶性坏死；肾可出现表面出血及肾小管变性和坏死；心肌可出现肌纤维变性、横纹肌轻度退行性变。为了验证由含有铟的各种合金所制造的假牙是否对牙龈组织存在毒性作用，Lijima S〔3〕把纯铟粉及其他7种纯金属分别直接注入大鼠的牙龈组织(第一上磨牙根部空腔)内，然后观察其组织病理改变，结果表明纯铟粉对大鼠具有弱的细胞毒性。为了研究铟和汞铟合金的细胞毒性，Nakajima等〔4〕采用纯汞和分别含有5%，20%，50%铟的液体汞铟合金在细胞培养基中分别连续培养0～8 h、8～48 h、48～72 h后，再把其培养基提取液与小鼠成纤维细胞接触24 h 后通过测定琥珀酸脱氢酶活性 检验其细胞毒性。对照组采用聚四氟乙烯。其实验结果使用ANOVA和T检验(α=)进行统计学分析比较，结果表明：0～8 h期间和8～48 h期间含铟20%的合金组细胞毒性比其他组低，P＜，具有统计学意义，而与对照组比较无显著性差异。其他合金组与对照组比较有轻微的活性降低。对于培养48～72 h期间所有的合金组基本上与对照组无差别。铟及其化合物对皮肤毒性的研究也有报道〔1〕。采用金属铟、铟粉尘涂抹皮肤，无刺激作用。用5%氯化铟和硫酸铟涂于皮肤不引起局部损害及全身反应，但氰化铟涂于皮肤有高毒。 慢性毒性当经口给予大鼠硫酸铟25～30 mg/日〔1〕，一直到27天也未发生任何毒作用，只有到72天时大鼠的体重才略有降低，出现不活泼和毛发粗糙，尸检未见任何病理改变。大鼠吸入不溶性三氧化二铟(In2O3)粉尘( μm)3个月，肺内产生非典型炎性反应，并伴有广泛肺泡内蛋白沉着，但未见纤维化。Tanaka等〔5〕以气管内注入方式每周给予雄性叙利亚金仓鼠 mg 砷化铟(InAs)和磷化铟(InP)，一共染毒15周，而对照组给予磷酸缓冲液。在仓鼠的整个存活期内，砷化铟组比对照组的仓鼠体重增长明显迟缓，差异具有统计学意义。而磷化铟组与对照组相比，仓鼠体重增长无明显差异。病理检查砷化 铟组和磷化铟组的仓鼠肺部可见蛋白质沉积、肺泡和支气管细胞增生、肺炎肺气肿和肺组织硬化等改变，其发生率都明显高于对照组，这项研究结果说明砷化铟和磷化铟可导致仓鼠的肺组织严重损伤。慢性铟盐中毒可对肾脏有毒性作用，出现肾小管坏死。铟盐对肝、脾、肾上腺及心脏都有慢性危害，出现慢性炎症性改变。Aoki等〔6〕对氯化铟的蛋白合成毒性进行了研究，结果表明当暴露氯化铟浓度只有在300 μmol/L以下时，大鼠肾脏近曲小管细胞蛋白合成才不会有改变。迄今为止尚未见到职业接触铟而发生的慢性中毒报道，这可能与人们对铟的毒性了解不足有关。对一组从事铟作业三年的工人进行全面体检，未发现有任何异常。对一组从事铟研究十年以上的工作人员进行肝功能、尿常规检查也未见异常变化。但在冶炼厂回收铟的工人中有全身乏力与骨关节疼痛，但是否与接触铟有关尚不能确定〔1〕。 生殖毒性目前对于铟及其化合物在生殖毒性方面的研究报道相对较多。这些研究结果表明铟及其化合物具有生殖毒性。Gilani等〔7〕把铟盐的溶解液注射到小鸡鸡胚(孵化第2天， ml/egg)的气囊中，而对照组给予生理盐水( ml/egg)。实验结果表明，铟具有胚胎毒性，可导致胚胎体大小异常、短肢畸形、颈部弯曲、鸡胚出血、内脏外翻和眼小畸形。铟对于小鸡鸡胚的LD50为38 mg/egg，其胚胎毒性大于钼、锰和铁，而小于镉、砷、钴和铜。Rao DV〔8〕就含有放射性铟的药物，如柠檬酸铟(111In)，对小鼠睾丸生物学影响进行了研究。研究结果表明这些含有铟的标记药物可大量减少精子数量。在体内铟的放射毒性要比其他毒性大很多。Nakajima等〔9〕根据铟的毒代动力学研究铟对大鼠胚胎的毒性作用，将怀孕天的大鼠暴露于氯化铟(InCl3)，其暴露浓度根据胚胎发育时间长短限制在25～50 μmol/L的浓度范围内。实验结果表明暴露浓度比暴露时间更重要。铟的生殖毒性是直接影响到胚胎或卵黄囊，而且研究者认为经口给予铟进行染毒时，生殖毒性较弱是由于铟到达胚胎的浓度降低所致。Chapin等〔10〕经口给予瑞士小鼠氯化铟(InCl3)250 mg/kg，结果表明雄性小鼠的生殖系统和肝脏没有改变，通过检测N-己酰氨基葡萄糖苷浓度的降低可说明小鼠肾 脏受到影响。虽然雌性小鼠怀孕能力不受影响，但是雌性小鼠胚胎发育却受到负面影响，在母体体重增加的情况下，小鼠子宫内的胚胎死亡率增加，也就是说胚胎畸形率不增加，而胚胎死亡率增加，此结果并不影响母体体重的增加。在体外毒性实验也说明低剂量铟的生殖毒性直接导致胚胎死亡率增加，在胚胎体内也可检测出低含量的铟，并且其含量要比母体肝脏中的高。综上所述，目前国内外对铟及其化合物毒性研究开展的还很少。国内在此方面研究尚属空白，既无监测方法，也无国家卫生标准。国外只有美国和英国已公布了铟的职业接触限值均为 mg/m3〔11〕。而这两个国家铅的标准为 mg/m3。说明铟的毒性不可轻视，应不断加强研究，为保护铟作业人员身体健康提供科学依据