纳米技术在畜牧兽医领域的应用及展望

李炜月，禹爱兵，邹雪，乔鑫，荆学毅，程雨菲，洪亮*

(1.天津市绿色生态饲料重点实验室，天津 301800；2.天津农学院动物科学与动物医学学院/天津市农业动物繁育与健康养殖重点实验室，天津 300392)

1959年，诺贝尔奖获得者Richard P. Feynman首次提出了“纳米技术”(Nanotechnology)的概念[1]，也称毫微技术，是研究结构尺寸在1～100 nm范围内材料的性质和应用的一种技术。我们正处于科学和工业迅速发展的时期，纳米技术、生物技术、信息技术和认知科学的融合将引领畜牧兽医科学跨入新的时代。纳米技术在物理、化学、生物特性等方面独具特点，由此制备的纳米制剂已广泛应用于生物医学，并且逐渐成为生物技术等领域发展的重要推动力，在畜牧兽医领域也具有较高的研究价值[2]。近年来，纳米技术在畜牧兽医领域的研究不断深入，相关专利、产品接连不断地出现，由此可见，纳米技术在畜牧兽医领域中的应用前景十分广阔。本文将从动物疾病防治、动物营养与健康、动物繁殖及环境保护等方面进行综述，旨在为纳米技术应用于畜牧兽医行业提供参考。

1 纳米技术在动物疾病防治中的应用

1.1 纳米技术在疾病诊断方面的应用

1.1.1 提高诊断灵敏度

病原体检测是诊断、治疗动物传染病以及农场和牧场条件控制和管理的重要步骤[3]。按照传统的检测方法，如果动物感染传染性疾病，可能直到患病动物表现出全身症状时才能被察觉，这会导致致病细菌、病毒等病原微生物的传播范围更广，严重时甚至要扑杀整个畜群，导致畜牧业遭受重大经济损失。聚合酶链式反应(PCR)和实时荧光定量PCR(qRT-PCR)等分子技术，已用于动物传染病的诊断，但由于这些技术对试剂和仪器、样品保存和处理以及操作人员的技术水平均有一定的要求，所以应用于牧场诊断时会受到限制。因此，开发用于早期诊断的检测技术是防止疾病传播的有效措施[3]。

随着纳米材料合成技术的发展，基于纳米粒子的免疫分析方法可显著提高传统免疫分析方法的灵敏度，同时使操作更简便。金纳米粒子(goldnanoparticles，AuNPs)具有易于合成、无细胞毒性、高生物相容性、良好光学性质等特性[4]，纳米PCR技术正是依赖于其基本效应，可以非常有效、灵敏地诊断包括病毒性疾病在内的多种疾病。对于口蹄疫病毒(foot-and-mouth disease virus，FMDV)的诊断，AuNPs-FMDV生物传感器具有特异性且灵敏度高，表现出卓越的分析性能和临床性能，并且工作流程简单，检测速度快，适用于检疫站和农场对FMDV的诊断[5]。

生物芯片能够对生物样本(包括血液、组织、分泌物和排泄物)进行即时分析，以识别疾病的标志性分子。纳米技术有助于研发和优化用于诊断疾病和遗传易感性的生物芯片，使得生物芯片的反应灵敏度和精确度明显提高，这些诊断芯片可同时分析数千个基因，诊断速度大幅度提升[6]。

临床相关的生物标志物经常被高丰度、高分子量蛋白质掩盖，以极低的浓度存在于血液和体液中，通常低于普通免疫测定的灵敏度，再加上内源性和外源性蛋白酶的作用，血液中的生物标志物在收集和运输过程中经常发生降解。由N-异丙基丙烯酰胺水凝胶核壳组成的纳米颗粒可以解决发现和测量疾病生物标志物这一关键问题[7]。量子点(quantum dot)可以同时筛查血液样本中是否存在多种蛋白质生物标志物和不同的病毒，并且操作简单、成本低廉[6]，已初步应用于医学检验[8]。

1.1.2 精准定位病灶

近些年来，研究者们进行了广泛的研究，开发了纳米粒子成像系统，可用于实验室诊断和体内诊断成像，其目的是通过在敏感的高分辨率成像模式中使用精细的纳米粒子系统来识别亚临床疾病，这些模式可以检测整个生物体内的非典型细胞的小聚集体，还可以用于生物标志物和病原体的早期检测，且具有直接、快速、灵敏的优势。在兽医临床治疗过程中，病灶定位是比较具有挑战性的一个步骤，可供选择的成像方式有限，目前，已有研究证实纳米粒子成像可用于病灶定位。在牛、马等大型动物的诊疗过程中，由于尺寸限制无法使用常规成像方法，此时可以选用放射性标记的脂质体来定位肿瘤或脓毒症病灶[9]。另外，纳米粒子(NPs)与抗体或核酸相结合，提高了特异性和便携式诊断分析的速度和灵敏性[10]。

由于磁性纳米颗粒独特的物理特性，众多研究者在过去的几十年里探索了它应用于医疗的潜力[11]。在各种功能性磁性纳米粒子中，氧化铁和铁氧体因具有体积小、细胞毒性低的特点被广泛使用。氧化铁磁性纳米颗粒已应用于灌注成像，从而实现了在体内表征肿瘤的目的。超顺磁性纳米颗粒在生物传感、靶向给药、核磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)造影剂等方面都发挥着重要作用。尽管传统的超顺磁性纳米粒子已广泛应用于疾病的早期诊断，但磁矩低、MRI诊断灵敏度低、负载能力低等问题仍然未能完全解决。为了突破这些局限性，研发高磁矩、多功能和高载药效率的新型超顺磁性氧化铁纳米颗粒(superparamagnetic iron oxide nanoparticles，SPIONs)是非常有必要的[12]。与周围组织相比，SPIONs在组织中积累时增强了特定组织的质子弛豫，作为MRI造影剂的效果良好。此外，超顺磁性纳米颗粒分子靶向的效率高，可作为检测细菌、病毒、细胞、蛋白质等的传感器[13]。酶联免疫吸附试验(ELISA)主要用于蛋白质检测，带有抗体的超顺磁性纳米颗粒也可发挥相同的作用[12]。

尽管以人类和鼠模型为试验对象的研究为采用纳米技术来解决与兽医临床相关的问题提供了参考，但应用于诊断经济动物的疾病仍然存在一些困难亟待克服，比如设备耗材成本较高、纳米剂型的制备流程复杂等。纳米技术还有无限潜力值得开发，在动物疾病诊断方面，要充分考虑到其经济价值和实用性。

1.2 纳米技术在药物递送方面的应用

1.2.1 提高药物溶解度和生物利用度

药物溶解于体液是其产生疗效的基础。溶解性在药物研发过程中产生着重要的影响，包括候选化合物的体外活性，体内活性以及药代动力学行为等。《美国药典》记录的品种中，超过三分之一的药品不溶或难溶于水；在新化学实体(new chemical entities，NCE)中，这一比例甚至达到了50%。由此可见，提高难溶性药物在水中的溶解度，从而达到理想的生物利用度是一个需要攻克的难题，这正是许多药物未能进一步推广使用的主要原因之一。因此，从事于药物研发的科研人员多年来尝试了许多方法将药物的溶解度和生物利用度提高到治疗疾病所要求的水平[18]。

表1 用于疾病诊断的纳米制剂的优势及应用

将纳米技术应用于药物制剂研究，可大幅度增加疏水性药物的比表面积，有效解决部分疏水性药物生物利用度低的问题。非诺贝特是一种亲脂性化合物，几乎不溶于水，临床上主要用作降血脂剂，以降低动脉粥样硬化所造成的风险。将非诺贝特制成纳米混悬剂(nanosuspensions)胶囊，处于空腹或饱腹状态的大鼠对药物的吸收速度和程度均明显提高，相比于市面上销售的微粉化胶囊，其生物利用度分别提高了36.45%和48.48%，证实了纳米技术可为难溶性药物的吸收提供有利条件[19]，但应用于猪等经济动物中的效果还需进一步验证。

利用纳米系统包封或结合药物也是一种提高药物溶解度的方法，树枝状大分子是常用材料之一[20]。目前树枝状大分子的理化性质已经可以精准控制，此外，这种分子内部具有广阔的空腔，为装载药物提供了便利条件；表面具有密集的活性官能团，修饰后更加适用于药物递送。姜黄素(curcumin，CUR)是从姜黄提取的天然多酚活性成分，具有抗炎、抗肿瘤等作用[21]，但在水中溶解度仅为0.3 μg/mL，并且稳定性差[22]，因此应用受限。选用一种新型的树枝状大分子(PAMAM-co-0.25 OEG，PGD)作为载体制备姜黄素纳米粒(CUR-PGD)，此纳米粒呈球形，分布均匀，在生理盐水等几种介质中稳定存在，有助于扩大CUR的应用范围[23]。

1.2.2 实现药物的靶向释放

采用纳米技术从动物、植物或矿物资源中提取具有药用价值的物质或人工合成的药物、药物载体称为纳米药物(nanodrug)[18]。固体脂质纳米粒是利用纳米技术制备出的药物新剂型之一，与传统剂型相比，当前研发出的新剂型不仅可以提高药物的生物利用度，还可以实现药物的靶向释放[24]。

由于聚合物纳米颗粒可以根据外部或生物刺激将生物材料(如蛋白质、基因和化疗药物等)递送到所需的作用位点，近年来这项技术在生物医学中得到广泛应用。聚合物纳米颗粒根据内部结构可分为纳米球和纳米胶囊。纳米球可以选择性地将活性药物输送到巨噬细胞[25]。聚合物纳米胶囊作为药物输送系统可以实现持续和靶向输送，减少药物对健康组织的副作用，同时也能显著降低组织环境对有效载荷的不利影响[26]。山药多糖纳米粒是一种效果良好的中药微生态调节剂，可以对大鼠结肠进行靶向治疗[27]，未来的研究方向可以聚焦在经济动物体内的应用。

1.2.3 控制药物缓释

在过去的30余年里，已有研究者尝试将治疗效果好但毒性较显著的难溶性小分子包封在聚合物胶束中[28]，证实了聚合物胶束可以保护药物免受外部环境影响，并改善药代动力学，是一种应用前景广阔的药物递送平台。胶束的多种特征均有利于实现药物缓释，其一，胶束粒径通常小于100 nm，有助于躲避网状内皮系统的吞噬，延长体循环的时间；其二，聚合物胶束的亲水外壳等结构特点，不仅有助于避免药物在血清中的损失，还能抵抗补体系统的杀伤力，防止药物在发挥作用前被迅速清除[29]。在全身循环过程中，聚合物胶束调控药物从其内核中释放出来，从而提高治疗效果[28]。

1.2.4 提高核酸疫苗稳定性

脂质体药物递送系统花费了近50年的时间才应用于临床，使得抗肿瘤、抗细菌(绿脓杆菌、非结核分枝杆菌等)感染和疼痛治疗的效果实现了质的飞跃[30]。以纳米科学与技术为基础，发展出了形式多样的新型疫苗佐剂及疫苗递送系统，因此，疫苗的免疫激活能力、稳定性和生物安全性实现了新的突破，也使传统疫苗具备了更多附加功能，为疫苗的创新研发设计与发展开辟了全新的思路。脂质纳米颗粒(lipidnanoparticles，LNPs)是常用的纳米递送系统之一，可以有效提高核酸疫苗稳定性，目前与之相关的研究主要集中于如何优化阳离子脂质结构[31]。具有环状氨基头部基团的脂类可以激活髓样分化因子88(myeloid differentiation protein 88，MyD88)/ RIG-I样受体(RIG-I-like receptors，RLR)非依赖性干扰素基因刺激因子(stimulatorof interferon genes，STING)通路，从而激活干扰素分泌[32]。STING激活的环状脂质与mRNA凝聚形成LNPs。因此，通过纳米颗粒介导的内吞机制来调节细胞内吞功能，进一步改善细胞内STING通路的激活是一种可行的方法[33]。

1.2.5 提高抗菌药物的疗效

脂质体也是良好的抗结核药物递送系统。结核病是最致命的人畜共患病之一，也是全世界的公共卫生安全问题[2]。根据世界卫生组织2018年的统计结果，当年全世界新增的结核病患者约有1 000万，中国出现了86万左右的新发结核病病例，防治结核病任重而道远[34]。左氧氟沙星(levofloxacin，LEV)是一种相对较新的喹诺酮类抗生素，对结核分枝杆菌有较好的抑菌活性。在此基础上，干粉气雾剂形式的LEV前体脂质体对牛分枝杆菌的抑制作用显著高于游离LEV，证实了脂质体胶囊可以提高抗菌药物的治疗效果[35]。

一般情况下，将异烟肼(isonicotinicacid hydrazide，INH)，利福平(rifampicin，RIF)，乙胺丁醇(ethambutol，EMB)和吡嗪酰胺(pyrazinamide，PZA)联用来治疗敏感结核分枝杆菌[36]。其中，RIF是治疗结核分枝杆菌感染的首选药物。用脂质体将地衣酸(usnicacid，UA)封装成胶囊，形成地衣酸脂质体(UA-Lipo)，并与RIF和INH等抗结核药物联合使用，治疗耐多药结核病(multidrug -resistant tuberculosis，MDR-TB)，结果表明UA-Lipo可作为一种新剂型来提高RIF的抗细菌活性[37]。

表2 用于药物递送的纳米系统的优势及应用

2 纳米技术在动物营养与健康中的应用

2.1 动物营养与健康中的纳米多糖

多糖化合物具备相对稳定的结构，在机体内可以发挥调节免疫、抗肿瘤、抗氧化等作用。当前多糖运用的一种新趋势是利用纳米技术将中药多糖的作用发挥得更充分，主要通过两种途径：一种是将中药多糖制成纳米颗粒，另外一种是将中药多糖与其他纳米颗粒结合[41]。

黄芪有“补气圣药”之美誉，具有补气健脾、益卫固表、利水消肿等功效[42]。黄芪多糖是黄芪的主要活性成分，发挥着多种生理功能，诸如增强机体免疫力、强心保肝、抗衰老和抗自由基损伤等[43]。将黄芪多糖改造成黄芪多糖纳米乳(astragalus polysaccharide nanoemulsion，APS-NE)给药系统，试验证明这种系统毒性极低，安全性高，通过APS-NE给药的雏鸡最早产生针对新城疫(Newcastle disease，ND)的特异性抗体，而且能维持较长时间，还能上调机体的免疫调节水平[44]。

山药富含的山药多糖可以抗氧化、预防癌症、抵抗病毒感染等，人们对抗氧化、防衰老的关注度持续升高，山药多糖的抗氧化功能也成为研究热点。已有多项研究证明，在饲粮中添加山药多糖有助于促进断奶仔猪生长发育，提高机体免疫水平[45-46]。将山药多糖添加到鸡的饲料中，也可发挥促生长、抗氧化作用[47-48]。因此，山药多糖具有替代抗生素应用于动物生产的潜力。山药多糖及其纳米颗粒在体外均有抗氧化活性，相对而言，纳米颗粒的体外抗氧化活性更优[49]，但纳米山药多糖在经济动物体内的作用效果和机制有待深入探究。

目前临床常用的免疫增强剂有香菇多糖、胸腺五肽等，但它们对机体的肝、肾有副作用，也不利于胃肠的消化吸收[50]。因此，研发不良反应较小、成本较低的新型免疫增强剂是有必要的。刺五加多糖(Acanthopanaxsenticosuspolysaccharide，ASPS)是刺五加提取物的主要活性成分之一，具有增强免疫力、抗炎的功能以及广泛的药理作用，另外，ASPS的毒性低，作用机制复杂，有较高的研究价值[51]。浓度低于31.25 μg/mL的刺五加多糖纳米乳对L929细胞刺激性小，这为研发应用于兽医临床的免疫增强剂提供了新思路[52]。

摄入纤维有助于改善动物的血脂状况、肠道健康，促进膳食吸收，从而提高动物的生产性能和生产率，这一点已逐渐成为共识[53]。添加壳聚糖纳米颗粒(chitosan nanoparticles，CNP)的饲粮提高了用脂多糖攻毒的断奶仔猪的平均日增重(averagedaily gain，ADG)，降低了料重比(feed and gain，F/G)和腹泻率，还可以减轻免疫应激，改变肠道菌群组成，增加一些有益的肠道细菌数量，抑制潜在致病菌的生长。因此，CNP可作为仔猪饲粮的功能性添加剂[54]。

平菇中分离出的葡聚糖等多糖不仅可以用作免疫刺激剂，还具有抑制肿瘤细胞增殖或组织生长等生理活性[55]。将平菇多糖与生物相容性铁纳米颗粒混合可以使植入恶性肉瘤细胞的小鼠肿瘤体积减小，脾细胞增殖能力提高。因此，可考虑将纳米颗粒与多糖结合用于制备增强免疫和治疗肿瘤的疫苗[56]。

在近些年的研究中，益生菌展现出替代抗生素和抗炎药的潜力，但由于益生菌产生的抗菌物质有限，想要用益生菌替代抗生素，必须设法提高细菌素的产量，促进抑菌活性[57]。鉴于益生元能够刺激益生菌的生长或活性，用菊粉和邻苯二甲酸进行自组装，合成邻苯二甲酸菊粉纳米颗粒，试验证实了纳米颗粒形式的益生元可以被乳酸片球菌内化并提高其抑菌活性[57]。植物乳杆菌经邻苯二甲酸普鲁兰纳米颗粒处理后，也观察到同样的现象[58]，此后又验证了二者与普鲁兰多糖组成的新型合生元可以巩固小鼠模型的肠道屏障，这为纳米颗粒能够提高动物抵御病原菌的能力、治疗炎症性肠病等与生态失调相关的疾病提供了证据[59]。类似地，用邻苯二甲酸葡聚糖纳米颗粒与益生菌组合制成的合生元，可以抑制肠道致病性感染，并调节体内肠道微生物群[60]，这有利于应对出现耐药细菌的挑战。

将益生菌高效地输送到肠道是实现其治疗效果的必要条件[61]。乳酸片球菌内化邻苯二甲酸菊粉纳米颗粒然后用海藻酸盐/壳聚糖/海藻酸盐封装，可以提高益生菌在模拟胃液中的存活率和抑菌性能，是一种适用于畜牧业的开发抗菌多肽的方法，为今后在动物体内的应用奠定了理论基础[62]。

2.2 动物营养与健康中的纳米矿物质

与传统的有机或无机饲料添加剂相比，低剂量的纳米矿物补充到动物饲料中即可发挥显著的作用[17]。常添加在饲料中的金属纳米复合材料有银[63-64]、铜[64]、锌[65]等。

银可作用于细菌的酶和蛋白质，从而实现抑制细菌产生毒素的目的，即使在低浓度下仍能表现出广谱抗菌性能，因此被用作抗菌剂[66]。利用纳米技术制备的纳米银(silvernanoparticles，AgNPs)，同时具有纳米材料的特性和银的抗菌作用，抑菌性能更强[67]。在肉鸡饮用水中添加AgNPs作为消毒剂，可以提高肉鸡的生长性能，且对肉鸡血清生化特性和组织病理学参数无负面影响[68]。

锌在维持动物的基因组稳定、代谢以及免疫反应等方面发挥着至关重要的作用[69]。用纳米氧化锌(nano Zn oxide，nZnO)替代ZnO可有效提高母羊瘤胃液和乳中的干物质摄入(dry matter intake，DMI)、干物质消化率(DM digestibility，DMD)、总抗氧化能力(totalantioxidant capacity，TAC)以及白细胞和乳液中的锌浓度[70]。这可能是因为nZnO的表面积较大，比表面活性较高，有助于提高其黏膜通透性和吸收效率[71]。

硒是可以防止氧化应激的元素。纳米硒颗粒对新生羔羊的体重增加和保护细胞抗氧化活性具有积极作用，可能会促进羔羊的生长速度[72]。

牲畜粪便是多种抗生素耐药基因(antibioticresistance genes，ARG)的储存库。牲畜粪便堆积在土地上可能导致抗生素耐药菌的产生和ARG的传播。因此，采取处理牲畜粪便的有效措施，对降低粪便中ARG的传播风险是至关重要的。纳米级零价铁(nanoscale zero-valent iron，nZVI)，具有较大的表面积和特殊的物理化学特性，是一种用于固体废物处理的材料。堆肥基质中添加nZVI降低了强力霉素等抗生素的浓度，可以减少堆肥过程中ARG传播的风险[73]。

表3 纳米制剂在动物营养与健康方面的应用

3 纳米技术在动物繁殖中的应用

动物繁殖是动物生产中的关键环节[74]，纳米技术可以作为辅助繁殖技术在激素检测、精子选择、精液储存等方面提高动物的繁殖性能。

3.1 快速检测激素

纳米技术可用于检测激素水平，管理动物发情。利用纳米金集成电化学免疫传感器测定牛血清样品中的孕酮，无需对样品进行预处理，可以快速得到准确的结果。此方法具有出色的检测限，浓度达到0.08 ng/mL即可检出，还表现出高灵敏度和高特异性[75]。相比于液相色谱质谱检测(LC-MS)，节省了样品制备时间[76]；与基质分散固相萃取然后通过气相色谱质谱检测(GC-MS)进行测定激素水平的方法相比，不需昂贵的仪器且采样后很快可获得结果[77]。

3.2 辅助精子筛选

利用纳米颗粒瞄准精子的物理以及生理特征(运动性、定向性、凋亡、完整的顶体等)，有助于预测精液样本与辅助生殖技术的适合度，从而成功受精。磁性细胞分选(magneticactivated cell sorting，MACS)可用于检测和清除精液中受损的精子，其生殖效果优于密度梯度离心(density gradient centrifugation，DGC)等其他纯化精子的常规技术。MACS具有简单、快速、成本可控等优点，但其性能局限于处理109个以下的精子活力参数，这极大地限制了其在养猪行业的适用性。利用磁性纳米颗粒(magneticnanoparticles，MNP)在磁场中进行高通量检索(即纳米筛选，nanoselection)，在靶向定位、去除损伤精子方面展现出优势，可以快速、轻松地富集活动性强、有活力和可育精子的精液[78]。

3.3 提高精液质量

氧化应激是活性氧(ROS)产生过多或抗氧化防御能力下降的结果。ROS在精子成功受精过程(包括获能、过度活化和顶体反应等)中发挥着不可或缺的作用[79]。动物繁殖专家多年来一直在寻找不同的抗氧化系统来提高精子样本质量和精子存活率，纳米技术可作为精子学的一种创新工具。胶囊化维生素E(12 mmol/L)能够保护顶体的完整性，维持和保护线粒体活性，防止精子脂质过氧化，减少ROS的产生。将能吸收维生素E的纳米乳液与维生素E一同使用，可能是一种抗精子氧化损伤的新策略，可以考虑维生素E作为抗氧化剂应用于辅助生殖技术中，以提高精子样本的质量[80]。

氧化应激会降低精子活力和线粒体活性，还会诱导膜脂过氧化、DNA氧化和碎片化[81]。另外，哺乳动物的精子对氧化应激特别敏感，缺陷精子无论是在体内还是体外条件下都会导致受精失败。因此，在精液储存过程中提供最佳条件、防止氧化应激是保持精子活力的先决条件。牛精液经过纳米锌颗粒处理之后，质膜完整性、精液中含有活性线粒体的活精子比例显著提高，并且精子的体外受精成功率显著提高。用锌纳米颗粒处理精液对精子活力、DNA碎片和受孕率无影响，证实了纳米锌作为抗氧化剂，不影响体外胚胎发育率，还可提高精液质量[82]。

添加抗氧化剂虽然可以清除自由基，但它们在恶劣条件下耐久性差，在水介质中溶解性和稳定性较低，因此应用存在一些局限性[83]。包封纳米技术的应用使这些问题得到了妥善解决[84]。鞣花酸是一种水溶性较差的多酚抗氧化剂[85]，添加2 mmol/L鞣花酸可以让绵羊精液保持更高的活力和存活率[86]。而对于肉种鸡精液的冷冻保存只需补充1 mmol/L鞣花酸即可改善解冻后的精子质量，脂质体制剂可进一步增强其效果[87]。

4 纳米技术在环境保护中的应用

4.1 改善养殖环境

畜禽养殖业长期排放大量氨、氮等气体，不可避免地对环境造成污染。第一次全国污染源普查资料显示，农业源的总氮(TN)排放量达271万t，占中国主要污染物总排放量的57%，畜禽养殖源排放总氮占农业源总比例约为37.6%[88]。在畜禽密集养殖区内常存在有害物质排放成倍增加，甚至超出环境自净能力的问题[89]。因此国家出台多项政策鼓励将畜禽粪污作为资源加以利用，改善生态环境，提升动物福利。纳米膜堆肥处理技术是目前应用较为普遍的技术之一。利用纳米技术生产的纳米膜具有选择透过的功能，从而实现除臭等功能。该技术将开放式堆肥的简便性和封闭式堆肥的环保性集于一身，具有安全环保、适用性广、除臭迅速、简单便利、生产成本低、处理效果好等诸多优势[90]。

清洁的养殖场所是畜禽健康成长的前提，对工作人员的安全健康和改善周围的空气和水环境也产生着重要影响。在大型养猪场中，空气中的氨气和二氧化碳对幼龄动物的危害更大，在夏天甚至会达到最大允许浓度(0.02 mg/L)，这种情况下，可选用带有消石灰的纳米分散水溶液进行电化学净化，此方法的优势在于避免向环境中释放污染气体。载铜硅酸盐纳米微粒不仅能提高生长猪的生长性能，还能显著降低畜舍内氨气浓度，这可能有两方面原因：一方面与硅酸盐的结构有关；另一方面是由于这种纳米微粒能使肠道中的某些细菌数量下降，从而降低了氨气的产量[91]。

4.2 去除有害物质

纳米活性炭纤维比表面积大，形成的生物膜具有强大的净化功能，因此可用于去除养猪场废水中的化学需氧量(chemical oxygen demand chromium，CODcr)、氨氮、悬浮物。此工艺设备简单、投资运行费用低，成膜后对TN的去除率为55.69%～75.42%；对水中CODcr的去除率可达58.7%～71.65%，充分说明其去除有机物能力强[92]。

氯代苯酚类化合物作为有机工业中一类重要的物质，常用于制造农用化学品、生物杀伤剂、杀真菌剂和一般杀虫剂，广泛存在于环境中，对环境造成了不可忽视的污染[93]。用槐叶提取物制备的铁基纳米颗粒(Fe NPs)主要由Fe3+、Fe2+、Fe2O3和OH-组成。在H2O2存在时，Fe NPs作为类Fenton催化剂，催化效率达到吸附法的2.5倍之高。采用预吸附与类Fenton试剂氧化相结合时，2，4-二氯苯酚(2，4-dichlorophenol，2，4-DCP)的去除率高达64.0%。因此，功能性铁纳米粒子可作为去除氯代苯酚的新方法[94]。

根据联合国粮食与农业组织报告，畜牧业所需用水超过全人类用水的8%，主要用于牲畜饲料、牧草生产与灌溉以及环境清洁。畜牧业不仅耗水量大，同时还是造成水污染的主要因素，未经处理的动物排泄物、被滥用的抗生素、杀虫剂等均可能导致水污染。因此，研发用于清洁或修复水环境的材料是有必要的。砷和铬具有毒性和致癌性，去除存在于水生生态系统中砷和铬是一个棘手的问题，吸附是最常用的方法之一[95]。近年来，零价铁纳米颗粒(nanoscale zero-valent iron，nZVI)作为还原剂在环境修复中的应用已被广泛报道[95]。使用橡树、桑葚和樱桃叶提取物(OL-nZVI、ML-nZVI和CH-nZVI)合成的绿色nZVI，pH在4.0～8.0的范围内，该吸附剂对水溶液中的As3+和Cr6+均有较高的亲和力，可用于制备环境友好、无毒、低成本的吸附剂，有望成为一种用于修复As3+和Cr6+污染的水体基质的新型绿色材料[96]。

5 展望

随着纳米技术的不断发展与创新，它逐渐渗透到更多领域的研究中。本文归纳了纳米技术在动物疾病防治、动物营养与健康、动物繁殖、环境保护等方面的研究，充分体现了纳米技术具有诸多优势，可以应用于经济动物生产中，从而实现降低成本、提高质量的目的。尽管如此，目前仍存在一些问题阻碍纳米技术的推广，广泛使用纳米产品是否会对环境、消费者和动物产生不利影响仍是未知数，如何规避纳米技术带来的弊端也是需要考虑的问题。因此，今后的研究需要着眼于消除人们对纳米产品安全性的担忧，进一步在多种多样的动物模型中验证其长期的安全性和有效性，提高纳米技术在畜牧兽医领域应用的普适性。