圍繞電子氟化液的生物毒性安全研究需求，以開(kāi)發(fā)無(wú)毒環(huán)保新一代高端電子氟化液為目標(biāo)，進(jìn)而保障其使用過(guò)程中對(duì)相關(guān)人員和環(huán)境的共同安全，武漢三氟新材料科技有限公司研發(fā)團(tuán)隊(duì)依托華中科技大學(xué)相關(guān)學(xué)院等，從吸入、皮膚接觸、急性眼部、經(jīng)口和慢性毒性等不同角度和接觸方式方法，充分研究了公司所生產(chǎn)的“氟四方”冷卻液在小鼠、家兔等哺乳動(dòng)物中的毒理學(xué)實(shí)驗(yàn)，探索了不同作用下“氟四方”冷卻液對(duì)人體可能造成的損害。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，“氟四方”冷卻液沒(méi)有導(dǎo)致任何實(shí)驗(yàn)動(dòng)物損傷以及死亡。通過(guò)肉眼觀察、血液指數(shù)檢查和實(shí)驗(yàn)動(dòng)物病理切片等的顯微鏡觀察，可以得出“氟四方”冷卻液對(duì)不同的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物實(shí)際無(wú)毒的結(jié)論。本研究為“氟四方”冷卻液的應(yīng)用和推廣以及人體健康提供了參考依據(jù)。

相關(guān)研究成果以 “Biosafety assessments of hexafuoropropylene trimer derivative as a fuorinated cooling fuid for electronics” 為題發(fā)表在國(guó)際權(quán)威期刊毒理學(xué)研究Toxicological Research上，原文鏈接：https://doi.org/10.1007/s43188-024-00234-3（點(diǎn)擊下方閱讀原文即可查看）

【研究背景】

電子氟化液作為一種無(wú)色透明、低粘度、不燃且安全性極高的液體，因其出色的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，以及良好的材料兼容性，被廣泛應(yīng)用于各種溫控冷卻系統(tǒng)。特別是在數(shù)據(jù)中心服務(wù)器的浸沒(méi)式液冷方面，電子氟化液展現(xiàn)出了巨大潛力。通過(guò)采用浸沒(méi)式冷卻方法，數(shù)據(jù)中心能夠?qū)崿F(xiàn)更高效的散熱設(shè)計(jì)，大幅降低功耗成本，同時(shí)提高服務(wù)器密度，減小數(shù)據(jù)中心規(guī)模。作為一家專(zhuān)業(yè)從事含氟新材料開(kāi)發(fā)與應(yīng)用的高科技企業(yè)，武漢三氟在液冷賽道布局已久，公司“氟四方”冷卻液及其相關(guān)系統(tǒng)解決方案已被成功應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心、儲(chǔ)能消防等多個(gè)行業(yè)。

然而，隨著使用量的增加，電子氟化液的毒性安全問(wèn)題逐漸引起了人們的關(guān)注。對(duì)浸沒(méi)式系統(tǒng)電子氟化液的毒性安全進(jìn)行深入研究顯得尤為重要。這不僅可以為相關(guān)行業(yè)的安全生產(chǎn)提供指導(dǎo)，還可為環(huán)境保護(hù)和人體健康提供有力保障。

【內(nèi)容概要】

在研究中，我們以“氟四方”冷卻液3F-125為代表，結(jié)合數(shù)據(jù)中心典型應(yīng)用場(chǎng)景，模擬了“氟四方”冷卻液對(duì)人體健康的可能影響。在實(shí)驗(yàn)方案中，我們分別用小鼠和家兔建立了“氟四方”冷卻液口服、經(jīng)眼、吸入和經(jīng)皮吸收的體內(nèi)模型，并通過(guò)生理監(jiān)測(cè)和組織學(xué)評(píng)估了急性和慢性毒理學(xué)。通過(guò)多次體內(nèi)實(shí)驗(yàn)，“氟四方”冷卻液具有穩(wěn)定的物理和化學(xué)性質(zhì)，無(wú)眼部、皮膚刺激性，經(jīng)口毒性為實(shí)際無(wú)毒級(jí)別。

圖1.本毒理學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程

1.急性經(jīng)口毒性試驗(yàn)

急性經(jīng)口毒性是指一次或在24h內(nèi)多次經(jīng)口給予實(shí)驗(yàn)動(dòng)物受試物后，動(dòng)物在短期內(nèi)出現(xiàn)的健康損害效應(yīng)。在實(shí)驗(yàn)觀察期間，我們重點(diǎn)記錄了實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的體重變化、進(jìn)食和排便情況。如圖2所示，在觀察期間，給予實(shí)驗(yàn)樣本的小鼠行為正常，在外觀、進(jìn)食、排泄、行為等方面均未見(jiàn)明顯毒性反應(yīng)，可以看出“氟四方”冷卻液對(duì)小鼠健康無(wú)影響。

圖2.急性經(jīng)口毒性試驗(yàn)結(jié)果

圖3為實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的血液指標(biāo)測(cè)試結(jié)果，可以看到經(jīng)口試驗(yàn)之后，小鼠的血小板、單核細(xì)胞數(shù)量均在正常水平，說(shuō)明小鼠的肝功能未發(fā)生異常，同時(shí)H&E染色保留了細(xì)胞的原始形態(tài)結(jié)構(gòu)，小鼠心肌細(xì)胞均勻、排列整齊，肝細(xì)胞呈放射狀排列，中央靜脈為軸，細(xì)胞索結(jié)構(gòu)清晰，脾臟白髓分布在紅髓之間，呈藍(lán)點(diǎn)分布，肺組織結(jié)構(gòu)整齊，肺泡上皮細(xì)胞形態(tài)均勻，腎小球和腎小管形態(tài)正常，染色均勻，小腸絨毛排列整齊，排列完整。這些觀察結(jié)果表明，“氟四方”冷卻液經(jīng)口實(shí)驗(yàn)對(duì)小鼠的主要器官?zèng)]有造成形態(tài)學(xué)和功能損傷。

圖3.急性經(jīng)口毒性實(shí)驗(yàn)小鼠血常規(guī)、血液生化指標(biāo)及H&E染色結(jié)果

2.急性吸入毒性試驗(yàn)

急性吸入毒性是指實(shí)驗(yàn)動(dòng)物在短時(shí)間內(nèi)連續(xù)吸入（24小時(shí)內(nèi)）可吸入試驗(yàn)樣本后的短期健康損害，用于評(píng)估呼吸道上的氣體、揮發(fā)性物質(zhì)或氣溶膠、顆粒物和其他化學(xué)物質(zhì)的毒性影響。在實(shí)驗(yàn)期間，我們重點(diǎn)記錄了實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的體重變化和其他可能發(fā)生的毒性反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。在觀察期間，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物在外觀、進(jìn)食、排泄和行為等方面均沒(méi)有出現(xiàn)明顯的毒性反應(yīng)。對(duì)小鼠中樞神經(jīng)系統(tǒng)及機(jī)體、呼吸系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、胃腸道系統(tǒng)、泌尿生殖系統(tǒng)的觀察均未見(jiàn)明顯異常，小鼠對(duì)外界刺激反應(yīng)明顯。由此可以判斷，“氟四方”冷卻液沒(méi)有對(duì)小鼠的健康造成損害，毒性為實(shí)際無(wú)毒。

圖4.急性吸入毒性試驗(yàn)結(jié)果

3.急性眼部刺激/腐蝕試驗(yàn)

眼睛刺激和腐蝕是指眼球表面接觸試驗(yàn)物質(zhì)后可逆性炎癥和不可逆的組織損傷。在大多數(shù)情況下，白兔的眼睛對(duì)刺激或腐蝕性物質(zhì)比人類(lèi)更敏感，所以它們經(jīng)常被用作測(cè)試眼睛刺激的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物。眼部損傷主要從三個(gè)部位觀察到：角膜、虹膜和結(jié)膜。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，我們首先直接觀察被測(cè)動(dòng)物的眼睛，然后對(duì)眼睛組織進(jìn)行切片和H&E染色，以進(jìn)一步在顯微鏡下觀察是否有組織損傷，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。白兔的眼睛對(duì)光線反應(yīng)正常，根據(jù)眼睛刺激反應(yīng)的程度，未清洗后24小時(shí)內(nèi)的測(cè)試物質(zhì)的眼睛刺激強(qiáng)度幾乎是不刺激的。兔眼的H&E染色的組織病理學(xué)切片如圖所示，顯微鏡下，纖毛突色素上皮和色素上皮排列整齊，無(wú)水腫或細(xì)胞丟失，角膜、虹膜和視網(wǎng)膜內(nèi)外層完整可見(jiàn)，細(xì)胞形態(tài)清晰正常，無(wú)炎癥細(xì)胞膨脹，說(shuō)明“氟四方”冷卻液沒(méi)有對(duì)家兔的眼睛造成損傷，無(wú)急性眼部刺激/腐蝕性。

圖5.急性眼部刺激/腐蝕試驗(yàn)結(jié)果

4.急性皮膚刺激/腐蝕試驗(yàn)

皮膚的腐蝕和刺激是指將試樣涂在皮膚上后造成的不可逆損傷和可逆的炎癥變化，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物皮膚損傷的嚴(yán)重程度直觀判斷實(shí)驗(yàn)動(dòng)物皮膚的刺激性。此外，還需觀察所發(fā)生的皮膚損傷是否可逆，觀察期內(nèi)毒性反應(yīng)是否自行恢復(fù)。觀察期間暴露于實(shí)驗(yàn)物質(zhì)的大鼠皮膚的觀察結(jié)果如圖6所示。兩個(gè)劑量組大鼠出現(xiàn)輕微皮膚刺激，但均能在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)和消失，刺激強(qiáng)度可視為輕度刺激。大鼠背部皮膚的H&E染色組織病理切片如圖6c所示。不同劑量組膠原纖維束卷曲、排列疏松、較厚，細(xì)胞總含量不變，實(shí)驗(yàn)組大鼠皮膚組織未見(jiàn)明顯形態(tài)學(xué)異常，顯示“氟四方”冷卻液對(duì)大鼠皮膚無(wú)明顯損傷。

圖6.急性皮膚刺激/腐蝕試驗(yàn)結(jié)果

【結(jié)論展望】

綜上所述，本研究根據(jù)應(yīng)用要求，綜合考慮可靠性、靈敏度、成本效益等因素，采用體內(nèi)生物毒性檢測(cè)方法。主要以哺乳動(dòng)物為研究對(duì)象，探討“氟四方”冷卻液在不同接觸方式下對(duì)人體可能造成的危害，進(jìn)而為該類(lèi)“氟四方”冷卻液在不同場(chǎng)景下的實(shí)際應(yīng)用奠定安全基礎(chǔ)。采用口、呼吸道、眼和皮膚暴露途徑，對(duì)小鼠、大鼠和家兔進(jìn)行了急性毒性試驗(yàn)。試驗(yàn)過(guò)程中未造成實(shí)驗(yàn)動(dòng)物死亡。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的肉眼觀察、血液指標(biāo)檢查和病理切片的顯微觀察，可以認(rèn)為“氟四方”冷卻液對(duì)上述實(shí)驗(yàn)動(dòng)物是實(shí)際無(wú)毒的。本工作為“氟四方”冷卻液的應(yīng)用和推廣過(guò)程安全性奠定了基礎(chǔ)，并為保護(hù)相關(guān)員工的身心健康提供了參考價(jià)值。

作為一家專(zhuān)業(yè)從事含氟新材料開(kāi)發(fā)與應(yīng)用的高科技企業(yè)，武漢三氟躬身入局液冷行業(yè)，至今已先后建立千噸級(jí)電子氟化液產(chǎn)線（已投產(chǎn)）和萬(wàn)噸級(jí)含氟新材料產(chǎn)線（正在建設(shè)）。公司自主研發(fā)的雙相氟化冷卻液3F-50和單相氟化冷卻液3F-125，均具備不燃、絕緣、材料兼容性?xún)?yōu)異、散熱效率高等多種特性，適用于數(shù)據(jù)中心、超算中心、儲(chǔ)能電站、5G基站、電力系統(tǒng)、充電樁、船舶等多個(gè)場(chǎng)景。

公司創(chuàng)始人、董事長(zhǎng)曹元成教授，入選2023年度全球前2％頂尖科學(xué)家榜單（終身科學(xué)影響力）。2007-2014留學(xué)英國(guó)，2014年回國(guó)任教，鋰電儲(chǔ)能領(lǐng)域?qū)＜遥?0余年致力于鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)消防安全與先進(jìn)材料領(lǐng)域的科學(xué)研究與實(shí)踐。他始終聚焦國(guó)家和行業(yè)發(fā)展的重大需求，開(kāi)辟了人工智能輔助材料學(xué)研究的新方向，發(fā)展了高端電子氟化液分子設(shè)計(jì)、制備與純化技術(shù)新體系，一系列創(chuàng)新性成果有力推動(dòng)國(guó)家戰(zhàn)略新興材料領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步，為我國(guó)科技獨(dú)立自強(qiáng)做出的貢獻(xiàn)極為突出。