Нанотехнології Які небезпеки та ризики існують - BUND e
Нанотехнології - одна з ключових технологій 21 століття. Невеликий розмір наночастинок надає їм особливих властивостей, які можуть зробити революцію у багатьох продуктах. Але новий тип технології викликає нові питання: який вплив мають наночастинки на навколишнє середовище та наше здоров’я?
Наночастинки вже використовуються в багатьох областях - будь то в продуктах харчування, упаковці, текстилі, добривах, автомобільних аксесуарах чи косметиці. Чи можемо ми етично представляти нанотехнології у всіх сферах? Що говорить політика і які закони регулюють нанотехнології? Як ми як споживачі інформовані та захищені?
Ви знайдете відповіді у нас
Повсякденні товари для споживачів можуть містити наноматеріали. Ми зібрали для вас інформацію про найважливіші сфери застосування.
Чи все бажано бажано? Нанотехнології в медицині та синтетичній біології викликають питання.
Настав час регулювати наноматеріали! BUND - разом з іншими організаціями - подав власну пропозицію щодо усунення прогалин у європейському законодавстві.
Наноматеріали можуть по-різному вирватися з повсякденних продуктів і потрапити в навколишнє середовище прямо чи опосередковано.
Наноматеріали можуть потрапляти в організм різними шляхами, а також долати важливі захисні бар'єри в організмі.
Що означає "нано"?
Термін "нано" походить від грецької і означає карлик. Нанометр (нм) - це одна мільярдна частина метра. Нитка ДНК має ширину 2,5 нанометра, молекула білка - 5 нанометрів, еритроцити - 7000 нанометрів, а людське волосся - 80 000 нанометрів. Для порівняння: розмір наночастинки до футбольного м’яча, як футбольний м’яч до землі.
Через сильно зменшений розмір частинок відбуваються фундаментальні зміни у фізико-хімічних властивостях речовин у наноформі. Порівняно з більшими частинками одного хімічного складу, наночастинки мають вищу хімічну реакційну здатність, більшу біологічну активність та сильнішу каталітичну поведінку. Причиною цього є сильно збільшена поверхня наноматеріалів, тоді як загальний обсяг залишається незмінним.
Такі речовини, як діоксид титану (білий пігмент як харчова добавка), діоксид кремнію (допоміжна рідина в солі) або нерозчинні вітаміни, такі як кофермент Q10, набагато швидше реагують з іншими речовинами і раптово розчиняються у воді, коли утворюються як наночастинки. Крім того, через невеликі розміри в організмі, наночастинки можуть проходити через так звані мембранні вікна кишкових оболонок, альвеоли або навіть клітинні ядерні мембрани.
Питання визначення: що вважається наноматеріалами?
Зазвичай термін "нано" використовується для матеріалів, систем та процесів у діапазоні розмірів до 100 нанометрів. Наноматеріали визначаються як речовини, розмір яких в одному або декількох вимірах (висота, ширина, довжина) становить 100 нанометрів або менше, що впливає на їх поведінку та властивості матеріалу.
Однак це визначення не є безперечним. Багато державних установ, дослідницьких установ та вчених посилаються на різні розміри: британський уряд розуміє наноматеріали як речовини, розмір яких "до 200 нанометрів" в одному або двох вимірах. Адміністрація США з питань харчових продуктів і медикаментів (FDA) визначила наноматеріали як "частинки з розмірами нижче мікромасштабу, тобто нижче 1000 нанометрів, які мають унікальні властивості".
BUND також проти обмеження до 100 нанометрів, оскільки частинки розміром до декількох сотень нанометрів можуть мати наноспецифічні властивості. Отже, частинки розміром не менше 300 нанометрів слід розглядати як наночастинки. Те саме стосується агломерацій наночастинок (агломератів та заповнювачів), які перевищують розмір 100 нанометрів, оскільки на їх поверхні занадто часто є реакційноздатні окремі частинки.
Ризики часто використовуваних наноматеріалів
Ті самі змінені властивості, які роблять нанорозмірні речовини настільки цікавими для досліджень та розробок, можуть також створювати нові загрози для здоров'я та навколишнього середовища. Однак поки що дослідження ризиків та побічних ефектів маркетингу нанопродуктів значно відставали.
Початкові дослідження вже окреслюють можливі ризики деяких часто використовуваних наноматеріалів
Нанорозмірний діоксид кремнію використовується в харчовому секторі як допоміжний засіб для соління або відбілювання кави. Він також використовується в упаковці харчових продуктів, де призначений для запобігання газообміну між товарами та зовнішнім повітрям. Тому наночастинки діоксиду кремнію можуть потрапляти в шлунково-кишковий тракт, а звідти - у кров.
Діоксид кремнію використовується в їжі протягом багатьох років. Попередня оцінка ефекту цієї речовини базується на дослідженнях з 1958 по 1981 рік, які не стосуються різних розмірів частинок.
Хоча діоксид кремнію не є біологічно активним у більшій формі, останні дослідження показують потенційну небезпеку від діоксиду кремнію в нанорозмірах. У культурах клітин було показано, що наночастинки діоксиду кремнію можуть порушувати функції клітинного ядра і, отже, генетичний склад.
Частинки діоксиду титану та оксиду цинку кількома сотнями нанометрів широко використовуються як харчові добавки, наприклад для відбілювання або консервування. Наночастинки менших розмірів використовуються як протимікробна добавка в упаковці та зберіганні харчових продуктів. Нано діоксид титану та нанооксид цинку використовуються в косметиці як захист від ультрафіолету. Поряд з нано-сріблом, нано-титану діоксид в даний час є одним із найбільш часто використовуваних наноматеріалів.
В експериментах на тваринах нано-титану діоксид спричиняв рак легенів після прийому великих доз через дихальні шляхи. Тому Міжнародне агентство з досліджень раку Всесвітньої організації охорони здоров'я також класифікує нано-титану діоксид як можливий канцерогенний для людини. Крім того, експерименти на тваринах з мишами показали, що нано-титану діоксид передається від вагітних мишей своїм нащадкам, що спричинює пошкодження мозку та нервової системи. Результатом було зменшення виробництва сперми у нащадків чоловічої статі. Крім того, нано діоксид титану токсичний для водоростей та водяних бліх, особливо після впливу УФ-світла. Останні вважаються особливістю цілих екосистем.
Нанооксид цинку також може мати токсичну дію на водорості та водяних бліх. У експериментах з годуванням на мишах частинки оксиду цинку розміром 120 нанометрів пошкоджували шлунок, печінку, серце та селезінку. Менші частинки пошкоджували печінку, селезінку та підшлункову залозу. Навіть дуже низькі дози 19-нанометрових частинок оксиду цинку мали токсичну дію на культури клітин людини та щурів.
Різні наукові дослідження також прийшли до висновку, що нано-титану діоксид та нано-оксид цинку є фотоактивними та утворюють вільні радикали. Вони можуть спричинити пошкодження ДНК в клітинах людини, особливо коли шкіра піддається впливу УФ-світла.
Наносрібло вже використовується в багатьох різних областях як бактерицидна (біоцидна) речовина - з тенденцією, що швидко зростає. В основному використовується в упаковці харчових продуктів та кухонному начинні, у спортивному одязі, пральних машинах, покриттях стін та косметиці. Наносрібло також застосовується в галузі медицини і може бути знайдено, наприклад, у пов'язках для рани та пластирах.
Скільки продуктів із наносріблом вже є на ринку, неможливо точно визначити через відсутність вимог щодо маркування та реєстрації. Однак передбачається, що ця речовина в даний час є одним із найбільш часто використовуваних наноматеріалів поряд з нано-титаном діоксидом.
Посилений бактерицидний ефект з токсичними побічними ефектами
Біоцидна дія срібла в макро формі добре відома. Дослідження показують, що наносрібло надає цей ефект у підвищеній мірі. У щурів поглинання насіння срібла через дихання призводило до запальних процесів у легенях, які були шкідливими для органів. Вони мали місце при значно нижчих концентраціях порівняно з більшими частинками срібла. В експериментах на культурах клітин частинки срібла розміром 15 нанометрів були токсичними для стовбурових клітин мишей та клітин мозку щурів. 100 нанометрових частинок були токсичними для клітин печінки щурів.
Природний баланс в небезпеці
Крім того, наносрібло вбиває такі мікроорганізми, як бактерії або грибки. Навіть якщо вони мають погану репутацію: у нашому середовищі мікроорганізми є незамінною частиною природного балансу. Отже, при широкому застосуванні наносрібла існує ризик того, що водні екосистеми, наприклад, будуть незбалансованими.
Більш небезпечні мікроби через нарощування опору
Інша проблема полягає в тому, що мікроби можуть виробити стійкість до наносрібла.Перші стійкі штами вже існують. Широке використання наносрібла у повсякденних продуктах може призвести до того, що срібло втратить природний вплив на багато патогенні мікроорганізми, небезпечні для людини. Це ставить під загрозу його корисне використання в медичній галузі. Це особливо хвилює, оскільки багато антибіотики вже можна застосовувати обмежено через формування резистентності.
Молекули вуглецю у формі футболу - фулерени або бакі-кулі - подібні до вуглецевих нанотрубок, що є особливістю "наносвіту". Вони не просто мініатюризована форма більших молекул вуглецю, вони існують лише у нанорозмірі. Крім алмазу та графіту, фулерени утворюють ще одну модифікацію вуглецю.
Через їх здатність зв'язувати вільні радикали, які відповідають за старіння шкіри, їх, наприклад, додають до кремів проти зморшок. Оскільки вони також можуть точно транспортувати активні інгредієнти, вони також представляють інтерес для медичного застосування.
Ризики фулеренів ще не вивчені належним чином. Однак є деякі дослідження, які принесли тривожні результати: вони дуже легко засвоюються організмом і можуть проходити через здорову шкіру. Навіть у малих дозах було показано, що вони токсичні для клітин печінки людини. Крім того, вони можуть спричинити запалення, що призводить до пошкодження генетичного матеріалу. У подальших експериментах вони пошкодили мозок риб і були смертельними для водяних бліх.
Вуглецеві нанотрубки (скорочено УНТ) - це трубчасті конструкції, виготовлені з атомів вуглецю у формі стільників. УНТ зазвичай мають діаметр від одного до 50 нанометрів. Вони надзвичайно стабільні, в той же час вони легкі і дуже добре проводять електрику і тепло. Нанотрубки можуть мати різну структуру, наприклад одностінні або багатостінні та відкриті або закриті.
УНТ вже використовуються в багатьох продуктах. Таким чином, вони роблять електроди акумуляторів ноутбуків потужнішими, а тенісні ракетки більш стійкими до розривів при однаковій вазі. Вони також використовуються в автомобільній та будівельній промисловості. Наприкінці січня 2009 року 80 партнерів з промисловості та досліджень зібрались у Леверкузені, щоб сформувати інноваційний альянс Carbon Nanotubes. У тому ж місяці Bayer AG заклав камінь-фундамент для найбільшого у світі заводу з виробництва нанотрубок, який, як очікується, буде виробляти 200 тонн щороку.
Настільки ж небезпечний, як азбест?
Вплив на навколишнє середовище та здоров'я ще не досліджено належним чином. Підозрюється, що деякі нанотрубки викликають запалення в організмі, подібне до азбесту, яке може призвести до пухлин. У гострому тесті на райдужній форелі УНТ викликали симптоми подразнення на зябрових поверхнях і виділеннях слизу, а також посилили частоту дихання. Оскільки нанотрубки довгоживуть і не розчиняються у воді, вони можуть накопичуватися в навколишньому середовищі та в живих організмах. Однак мало відомо про умови розподілу та збагачення через відсутність загальних методів вимірювання.
Термін "нанокапсуляція" описує упаковку активних інгредієнтів, наприклад вітамінів, консервантів та ферментів, у нанорозмірну капсулу, подібну до міцели.
Нанокапсули використовуються в харчових продуктах, косметиці, лікарських засобах та агрохімікатах. Інкапсуляція повинна дозволити активні інгредієнти використовувати більш цілеспрямовано. Капсули можуть бути сконструйовані таким чином, що вони відкриваються в організмі лише за певних умов. Це може, наприклад, неприємний смак активного інгредієнта, доданого в їжу, можна приховати.
В інших випадках інкапсуляція робить можливим використання певної речовини в передбачуваній області застосування. За допомогою нанокапсул нерозчинні у воді активні інгредієнти можна розчинити у воді. Такі консерванти, як бензойна кислота та сорбінова кислота, які раніше можна було використовувати лише в кислих продуктах, також можуть застосовуватися в нейтральних межах завдяки їх включенню в нано-міцели.
Шкода здоров’ю від передозування?
Поки незрозуміло, як все частіше використання нанокапсул вплине на здоров'я людини. Існує принаймні ризик передозування речовин, які вважаються корисними або принаймні нешкідливими у низьких дозах. Це стосується, наприклад, різних вітамінів, які додають у їжу або напої за допомогою нанокапсул і які в надмірних кількостях шкодять здоров’ю.