围绕电子氟化液的生物毒性安全研究需求，以开发无毒环保新一代高端电子氟化液为目标，进而保障其使用过程中对相关人员和环境的共同安全，武汉三氟新材料科技有限公司研发团队依托华中科技大学相关学院等，从吸入、皮肤接触、急性眼部、经口和慢性毒性等不同角度和接触方式方法，充分研究了公司所生产的“氟四方”冷却液在小鼠、家兔等哺乳动物中的毒理学实验，探索了不同作用下“氟四方”冷却液对人体可能造成的损害。实验结果显示，“氟四方”冷却液没有导致任何实验动物损伤以及死亡。通过肉眼观察、血液指数检查和实验动物病理切片等的显微镜观察，可以得出“氟四方”冷却液对不同的实验动物实际无毒的结论。本研究为“氟四方”冷却液的应用和推广以及人体健康提供了参考依据。
相关研究成果以 “Biosafety assessments of hexafuoropropylene trimer derivative as a fuorinated cooling fuid for electronics” 为题发表在国际权威期刊毒理学研究Toxicological Research上，原文链接：https://doi.org/10.1007/s43188-024-00234-3（点击下方阅读原文即可查看）
【研究背景】
电子氟化液作为一种无色透明、低粘度、不燃且安全性极高的液体，因其出色的热稳定性和化学稳定性，以及良好的材料兼容性，被广泛应用于各种温控冷却系统。特别是在数据中心服务器的浸没式液冷方面，电子氟化液展现出了巨大潜力。通过采用浸没式冷却方法，数据中心能够实现更高效的散热设计，大幅降低功耗成本，同时提高服务器密度，减小数据中心规模。作为一家专业从事含氟新材料开发与应用的高科技企业，武汉三氟在液冷赛道布局已久，公司“氟四方”冷却液及其相关系统解决方案已被成功应用于数据中心、储能消防等多个行业。
然而，随着使用量的增加，电子氟化液的毒性安全问题逐渐引起了人们的关注。对浸没式系统电子氟化液的毒性安全进行深入研究显得尤为重要。这不仅可以为相关行业的安全生产提供指导，还可为环境保护和人体健康提供有力保障。
【内容概要】
在研究中，我们以“氟四方”冷却液3F-125为代表，结合数据中心典型应用场景，模拟了“氟四方”冷却液对人体健康的可能影响。在实验方案中，我们分别用小鼠和家兔建立了“氟四方”冷却液口服、经眼、吸入和经皮吸收的体内模型，并通过生理监测和组织学评估了急性和慢性毒理学。通过多次体内实验，“氟四方”冷却液具有稳定的物理和化学性质，无眼部、皮肤刺激性，经口毒性为实际无毒级别。
图1.本毒理学实验过程
1.急性经口毒性试验
急性经口毒性是指一次或在24h内多次经口给予实验动物受试物后，动物在短期内出现的健康损害效应。在实验观察期间，我们重点记录了实验动物的体重变化、进食和排便情况。如图2所示，在观察期间，给予实验样本的小鼠行为正常，在外观、进食、排泄、行为等方面均未见明显毒性反应，可以看出“氟四方”冷却液对小鼠健康无影响。
图2.急性经口毒性试验结果
图3为实验动物的血液指标测试结果，可以看到经口试验之后，小鼠的血小板、单核细胞数量均在正常水平，说明小鼠的肝功能未发生异常，同时H&E染色保留了细胞的原始形态结构，小鼠心肌细胞均匀、排列整齐，肝细胞呈放射状排列，中央静脉为轴，细胞索结构清晰，脾脏白髓分布在红髓之间，呈蓝点分布，肺组织结构整齐，肺泡上皮细胞形态均匀，肾小球和肾小管形态正常，染色均匀，小肠绒毛排列整齐，排列完整。这些观察结果表明，“氟四方”冷却液经口实验对小鼠的主要器官没有造成形态学和功能损伤。
图3.急性经口毒性实验小鼠血常规、血液生化指标及H&E染色结果
2.急性吸入毒性试验
急性吸入毒性是指实验动物在短时间内连续吸入（24小时内）可吸入试验样本后的短期健康损害，用于评估呼吸道上的气体、挥发性物质或气溶胶、颗粒物和其他化学物质的毒性影响。在实验期间，我们重点记录了实验动物的体重变化和其他可能发生的毒性反应，实验结果如图4所示。在观察期间，实验动物在外观、进食、排泄和行为等方面均没有出现明显的毒性反应。对小鼠中枢神经系统及机体、呼吸系统、心血管系统、胃肠道系统、泌尿生殖系统的观察均未见明显异常，小鼠对外界刺激反应明显。由此可以判断，“氟四方”冷却液没有对小鼠的健康造成损害，毒性为实际无毒。
图4.急性吸入毒性试验结果
3.急性眼部刺激/腐蚀试验
眼睛刺激和腐蚀是指眼球表面接触试验物质后可逆性炎症和不可逆的组织损伤。在大多数情况下，白兔的眼睛对刺激或腐蚀性物质比人类更敏感，所以它们经常被用作测试眼睛刺激的实验动物。眼部损伤主要从三个部位观察到：角膜、虹膜和结膜。在实验过程中，我们首先直接观察被测动物的眼睛，然后对眼睛组织进行切片和H&E染色，以进一步在显微镜下观察是否有组织损伤，实验结果如图5所示。白兔的眼睛对光线反应正常，根据眼睛刺激反应的程度，未清洗后24小时内的测试物质的眼睛刺激强度几乎是不刺激的。兔眼的H&E染色的组织病理学切片如图所示，显微镜下，纤毛突色素上皮和色素上皮排列整齐，无水肿或细胞丢失，角膜、虹膜和视网膜内外层完整可见，细胞形态清晰正常，无炎症细胞膨胀，说明“氟四方”冷却液没有对家兔的眼睛造成损伤，无急性眼部刺激/腐蚀性。
图5.急性眼部刺激/腐蚀试验结果
4.急性皮肤刺激/腐蚀试验
皮肤的腐蚀和刺激是指将试样涂在皮肤上后造成的不可逆损伤和可逆的炎症变化，可根据实验动物皮肤损伤的严重程度直观判断实验动物皮肤的刺激性。此外，还需观察所发生的皮肤损伤是否可逆，观察期内毒性反应是否自行恢复。观察期间暴露于实验物质的大鼠皮肤的观察结果如图6所示。两个剂量组大鼠出现轻微皮肤刺激，但均能在短时间内恢复和消失，刺激强度可视为轻度刺激。大鼠背部皮肤的H&E染色组织病理切片如图6c所示。不同剂量组胶原纤维束卷曲、排列疏松、较厚，细胞总含量不变，实验组大鼠皮肤组织未见明显形态学异常，显示“氟四方”冷却液对大鼠皮肤无明显损伤。
图6.急性皮肤刺激/腐蚀试验结果
【结论展望】
综上所述，本研究根据应用要求，综合考虑可靠性、灵敏度、成本效益等因素，采用体内生物毒性检测方法。主要以哺乳动物为研究对象，探讨“氟四方”冷却液在不同接触方式下对人体可能造成的危害，进而为该类“氟四方”冷却液在不同场景下的实际应用奠定安全基础。采用口、呼吸道、眼和皮肤暴露途径，对小鼠、大鼠和家兔进行了急性毒性试验。试验过程中未造成实验动物死亡。通过对实验动物的肉眼观察、血液指标检查和病理切片的显微观察，可以认为“氟四方”冷却液对上述实验动物是实际无毒的。本工作为“氟四方”冷却液的应用和推广过程安全性奠定了基础，并为保护相关员工的身心健康提供了参考价值。
作为一家专业从事含氟新材料开发与应用的高科技企业，武汉三氟躬身入局液冷行业，至今已先后建立千吨级电子氟化液产线（已投产）和万吨级含氟新材料产线（正在建设）。公司自主研发的双相氟化冷却液3F-50和单相氟化冷却液3F-125，均具备不燃、绝缘、材料兼容性优异、散热效率高等多种特性，适用于数据中心、超算中心、储能电站、5G基站、电力系统、充电桩、船舶等多个场景。
公司创始人、董事长曹元成教授，入选2023年度全球前2％顶尖科学家榜单（终身科学影响力）。2007-2014留学英国，2014年回国任教，锂电储能领域专家，20余年致力于锂电池储能系统消防安全与先进材料领域的科学研究与实践。他始终聚焦国家和行业发展的重大需求，开辟了人工智能辅助材料学研究的新方向，发展了高端电子氟化液分子设计、制备与纯化技术新体系，一系列创新性成果有力推动国家战略新兴材料领域的技术进步，为我国科技独立自强做出的贡献极为突出。