圍繞電子氟化液的生物毒性安全研究需求，以開發無毒環保新一代高端電子氟化液為目標，進而保障其使用過程中對相關人員和環境的共同安全，武漢三氟新材料科技有限公司研發團隊依托華中科技大學相關學院等，從吸入、皮膚接觸、急性眼部、經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的“氟四方”冷卻液在小鼠、家兔等哺乳動物中的毒理學實驗，探索了不同作用下“氟四方”冷卻液對人體可能造成的損害。實驗結果顯示，“氟四方”冷卻液沒有導致任何實驗動物損傷以及死亡。通過肉眼觀察、血液指數檢查和實驗動物病理切片等的顯微鏡觀察，可以得出“氟四方”冷卻液對不同的實驗動物實際無毒的結論。本研究為“氟四方”冷卻液的應用和推廣以及人體健康提供了參考依據。
相關研究成果以 “Biosafety assessments of hexafuoropropylene trimer derivative as a fuorinated cooling fuid for electronics” 為題發表在國際權威期刊毒理學研究Toxicological Research上，原文鏈接：https://doi.org/10.1007/s43188-024-00234-3（點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色透明、低粘度、不燃且安全性極高的液體，因其出色的熱穩定性和化學穩定性，以及良好的材料兼容性，被廣泛應用于各種溫控冷卻系統。特別是在數據中心服務器的浸沒式液冷方面，電子氟化液展現出了巨大潛力。通過采用浸沒式冷卻方法，數據中心能夠實現更高效的散熱設計，大幅降低功耗成本，同時提高服務器密度，減小數據中心規模。作為一家專業從事含氟新材料開發與應用的高科技企業，武漢三氟在液冷賽道布局已久，公司“氟四方”冷卻液及其相關系統解決方案已被成功應用于數據中心、儲能消防等多個行業。
然而，隨著使用量的增加，電子氟化液的毒性安全問題逐漸引起了人們的關注。對浸沒式系統電子氟化液的毒性安全進行深入研究顯得尤為重要。這不僅可以為相關行業的安全生產提供指導，還可為環境保護和人體健康提供有力保障。
【內容概要】
在研究中，我們以“氟四方”冷卻液3F-125為代表，結合數據中心典型應用場景，模擬了“氟四方”冷卻液對人體健康的可能影響。在實驗方案中，我們分別用小鼠和家兔建立了“氟四方”冷卻液口服、經眼、吸入和經皮吸收的體內模型，并通過生理監測和組織學評估了急性和慢性毒理學。通過多次體內實驗，“氟四方”冷卻液具有穩定的物理和化學性質，無眼部、皮膚刺激性，經口毒性為實際無毒級別。
圖1.本毒理學實驗過程
1.急性經口毒性試驗
急性經口毒性是指一次或在24h內多次經口給予實驗動物受試物后，動物在短期內出現的健康損害效應。在實驗觀察期間，我們重點記錄了實驗動物的體重變化、進食和排便情況。如圖2所示，在觀察期間，給予實驗樣本的小鼠行為正常，在外觀、進食、排泄、行為等方面均未見明顯毒性反應，可以看出“氟四方”冷卻液對小鼠健康無影響。
圖2.急性經口毒性試驗結果
圖3為實驗動物的血液指標測試結果，可以看到經口試驗之后，小鼠的血小板、單核細胞數量均在正常水平，說明小鼠的肝功能未發生異常，同時H&E染色保留了細胞的原始形態結構，小鼠心肌細胞均勻、排列整齊，肝細胞呈放射狀排列，中央靜脈為軸，細胞索結構清晰，脾臟白髓分布在紅髓之間，呈藍點分布，肺組織結構整齊，肺泡上皮細胞形態均勻，腎小球和腎小管形態正常，染色均勻，小腸絨毛排列整齊，排列完整。這些觀察結果表明，“氟四方”冷卻液經口實驗對小鼠的主要器官沒有造成形態學和功能損傷。
圖3.急性經口毒性實驗小鼠血常規、血液生化指標及H&E染色結果
2.急性吸入毒性試驗
急性吸入毒性是指實驗動物在短時間內連續吸入（24小時內）可吸入試驗樣本后的短期健康損害，用于評估呼吸道上的氣體、揮發性物質或氣溶膠、顆粒物和其他化學物質的毒性影響。在實驗期間，我們重點記錄了實驗動物的體重變化和其他可能發生的毒性反應，實驗結果如圖4所示。在觀察期間，實驗動物在外觀、進食、排泄和行為等方面均沒有出現明顯的毒性反應。對小鼠中樞神經系統及機體、呼吸系統、心血管系統、胃腸道系統、泌尿生殖系統的觀察均未見明顯異常，小鼠對外界刺激反應明顯。由此可以判斷，“氟四方”冷卻液沒有對小鼠的健康造成損害，毒性為實際無毒。
圖4.急性吸入毒性試驗結果
3.急性眼部刺激/腐蝕試驗
眼睛刺激和腐蝕是指眼球表面接觸試驗物質后可逆性炎癥和不可逆的組織損傷。在大多數情況下，白兔的眼睛對刺激或腐蝕性物質比人類更敏感，所以它們經常被用作測試眼睛刺激的實驗動物。眼部損傷主要從三個部位觀察到：角膜、虹膜和結膜。在實驗過程中，我們首先直接觀察被測動物的眼睛，然后對眼睛組織進行切片和H&E染色，以進一步在顯微鏡下觀察是否有組織損傷，實驗結果如圖5所示。白兔的眼睛對光線反應正常，根據眼睛刺激反應的程度，未清洗后24小時內的測試物質的眼睛刺激強度幾乎是不刺激的。兔眼的H&E染色的組織病理學切片如圖所示，顯微鏡下，纖毛突色素上皮和色素上皮排列整齊，無水腫或細胞丟失，角膜、虹膜和視網膜內外層完整可見，細胞形態清晰正常，無炎癥細胞膨脹，說明“氟四方”冷卻液沒有對家兔的眼睛造成損傷，無急性眼部刺激/腐蝕性。
圖5.急性眼部刺激/腐蝕試驗結果
4.急性皮膚刺激/腐蝕試驗
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，可根據實驗動物皮膚損傷的嚴重程度直觀判斷實驗動物皮膚的刺激性。此外，還需觀察所發生的皮膚損傷是否可逆，觀察期內毒性反應是否自行恢復。觀察期間暴露于實驗物質的大鼠皮膚的觀察結果如圖6所示。兩個劑量組大鼠出現輕微皮膚刺激，但均能在短時間內恢復和消失，刺激強度可視為輕度刺激。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，細胞總含量不變，實驗組大鼠皮膚組織未見明顯形態學異常，顯示“氟四方”冷卻液對大鼠皮膚無明顯損傷。
圖6.急性皮膚刺激/腐蝕試驗結果
【結論展望】
綜上所述，本研究根據應用要求，綜合考慮可靠性、靈敏度、成本效益等因素，采用體內生物毒性檢測方法。主要以哺乳動物為研究對象，探討“氟四方”冷卻液在不同接觸方式下對人體可能造成的危害，進而為該類“氟四方”冷卻液在不同場景下的實際應用奠定安全基礎。采用口、呼吸道、眼和皮膚暴露途徑，對小鼠、大鼠和家兔進行了急性毒性試驗。試驗過程中未造成實驗動物死亡。通過對實驗動物的肉眼觀察、血液指標檢查和病理切片的顯微觀察，可以認為“氟四方”冷卻液對上述實驗動物是實際無毒的。本工作為“氟四方”冷卻液的應用和推廣過程安全性奠定了基礎，并為保護相關員工的身心健康提供了參考價值。
作為一家專業從事含氟新材料開發與應用的高科技企業，武漢三氟躬身入局液冷行業，至今已先后建立千噸級電子氟化液產線（已投產）和萬噸級含氟新材料產線（正在建設）。公司自主研發的雙相氟化冷卻液3F-50和單相氟化冷卻液3F-125，均具備不燃、絕緣、材料兼容性優異、散熱效率高等多種特性，適用于數據中心、超算中心、儲能電站、5G基站、電力系統、充電樁、船舶等多個場景。
公司創始人、董事長曹元成教授，入選2023年度全球前2％頂尖科學家榜單（終身科學影響力）。2007-2014留學英國，2014年回國任教，鋰電儲能領域專家，20余年致力于鋰電池儲能系統消防安全與先進材料領域的科學研究與實踐。他始終聚焦國家和行業發展的重大需求，開辟了人工智能輔助材料學研究的新方向，發展了高端電子氟化液分子設計、制備與純化技術新體系，一系列創新性成果有力推動國家戰略新興材料領域的技術進步，為我國科技獨立自強做出的貢獻極為突出。