Нанотехнологии Какви опасности и рискове съществуват - BUND e
Нанотехнологиите са една от ключовите технологии на 21 век. Малкият размер на наночастиците им придава специални свойства, които биха могли да революционизират много продукти. Но нов тип технология поражда нови въпроси: Какво въздействие оказват наночастиците върху околната среда и нашето здраве?
Днес наночастиците вече се използват в много области - независимо дали в храни, опаковки, текстил, торове, аксесоари за автомобили или козметика. Можем ли етично да представяме нанотехнологиите във всички области? Какво казва политиката и кои закони регулират нанотехнологиите? Как сме информирани и защитени като потребители?
Отговори ще намерите при нас
Ежедневните продукти за потребители могат да съдържат наноматериали. Събрахме за вас информация за най-важните области на приложение.
Всичко възможно ли е желателно? Нанотехнологиите в медицината и синтетичната биология повдигат въпроси.
Крайно време е да регулирате наноматериалите! BUND - заедно с други организации - представи собствено предложение за запълване на пропуските в европейското законодателство.
Наноматериалите могат да избягат от ежедневните продукти по различни начини и да попаднат в околната среда пряко или косвено.
Наноматериалите могат да навлизат в тялото по различни начини и също така да преодоляват важни защитни бариери в тялото.
Какво означава "нано"?
Терминът "нано" идва от гръцки и означава джудже. Нанометърът (nm) е една милиардна част от метъра. Нишка на ДНК е с ширина 2,5 нанометра, протеинова молекула 5 нанометра, червена кръвна клетка 7 000 нанометра и човешка коса с ширина 80 000 нанометра. За сравнение: размерът на наночастицата е с футболна топка като футболна топка на земята.
Поради силно намаления размер на частиците има фундаментални промени във физико-химичните свойства на веществата в наноформата. В сравнение с по-големите частици със същия химичен състав, наночастиците имат по-висока химическа реактивност, по-голяма биологична активност и по-силно каталитично поведение. Причината за това е силно увеличената повърхност на наноматериалите, докато общият обем остава същият.
Вещества като титанов диоксид (бял пигмент като хранителна добавка), силициев диоксид (капеща помощ в сол) или неразтворими витамини като коензим Q10 реагират много по-бързо с други вещества и внезапно са водоразтворими, когато се произвеждат като наночастици. В допълнение, поради малкия си размер в тялото, наночастиците могат да преминат през така наречените мембранни прозорци на чревни обвивки, алвеоли или дори клетъчни ядрени мембрани.
Въпрос на дефиниция: какво се брои за наноматериали?
Терминът "нано" обикновено се използва за материали, системи и процеси в обхват на размера до 100 нанометра. Наноматериалите се определят като вещества, чийто размер в един или повече измерения (височина, ширина, дължина) е 100 нанометра или по-малък, което влияе върху тяхното поведение и свойства на материала.
Това определение обаче не е безспорно. Много държавни агенции, изследователски институции и учени се позовават на различни измерения: Британското правителство определя наноматериалите като вещества, които са с размер „в едно или две измерения до 200 нанометра“. Американската администрация по храните и лекарствата (FDA) определи наноматериалите като "частици с размери под микромащаба, т.е. под 1000 нанометра, които имат уникални свойства".
BUND също се обявява срещу ограничението до 100 нанометра, тъй като частиците с размер до няколкостотин нанометра могат да имат наноспецифични свойства. Следователно частиците с размер до най-малко 300 нанометра трябва да се третират като наночастици. Същото се отнася и за агломерациите на наночастици (агломерати и инертни материали), които надвишават размер от 100 нанометра, тъй като те твърде често имат реактивни отделни частици на повърхността си.
Рискове от често използвани наноматериали
Същите променени свойства, които правят наноразмерните вещества толкова интересни за научноизследователска и развойна дейност, също могат да представляват нови заплахи за здравето и околната среда. Досега обаче изследванията върху рисковете и страничните ефекти от пускането на пазара на нанопродукти изостават значително.
Първоначалните проучвания вече очертават възможните рискове от някои често използвани наноматериали
Наноразмерен силициев диоксид се използва в хранително-вкусовата промишленост като помощно средство за капене в сол или избелващо кафе. Използва се и в опаковките на храни, където е предназначен да предотврати обмяната на газ между стоките и външния въздух. Следователно наночастиците силициев диоксид могат да попаднат в стомашно-чревния тракт и оттам в кръвния поток.
Силициевият диоксид се използва в храната от много години. Предишната оценка на ефекта от това вещество се основава на проучвания от 1958 до 1981 г., които не се занимават с различни размери на частиците.
Докато силициевият диоксид не е биологично активен в по-голяма форма, последните проучвания показват потенциална опасност от силициев диоксид в наноразмер. В клетъчните култури е показано, че наночастиците силициев диоксид могат да нарушат функциите на клетъчното ядро и по този начин генетичния състав.
Частиците от титанов диоксид и цинков оксид от няколкостотин нанометра се използват широко като хранителни добавки, например за избелване или консервиране. По-малките наночастици се използват като антимикробна добавка в опаковките и съдовете за съхранение на храни. Нано титаниевият диоксид и нано цинковият оксид се използват като UV защита в козметиката. Наред с нано-среброто, в момента нано-титаниевият диоксид е един от най-често използваните наноматериали.
При експерименти с животни нано-титаниевият диоксид причинява рак на белия дроб след поглъщане на високи дози през дихателните пътища. Поради това Международната агенция за изследване на рака на Световната здравна организация класифицира нано-титановия диоксид като евентуално канцерогенен за хората. Освен това експериментите с животни върху мишки са показали, че нано-титаниевият диоксид се предава от бременни мишки на тяхното потомство, което причинява увреждане на мозъка и нервната система. Резултатът е намалено производство на сперматозоиди при мъжкото потомство. В допълнение, нано титаниевият диоксид е токсичен за водорасли и водни бълхи, особено след излагане на UV светлина. Последните се считат за характеристика на непокътнатите екосистеми.
Нано цинковият оксид може също да има токсичен ефект върху водорасли и водни бълхи. При експерименти с хранене с мишки частиците цинков оксид с размер 120 нанометра увреждат стомаха, черния дроб, сърцето и далака. По-малки частици увреждат черния дроб, далака и панкреаса. Дори много ниски дози от 19 нанометрови частици цинков оксид имат токсичен ефект върху човешките и плъховите клетъчни култури.
Различни научни изследвания също стигат до извода, че нано-титаниевият диоксид и нано-цинковият оксид са фотоактивни и произвеждат свободни радикали. Те могат да причинят увреждане на ДНК в човешките клетки, особено когато кожата е изложена на UV светлина.
Nanosilver вече се използва в много различни области като бактерицидно (биоцидно) вещество - с бързо нарастваща тенденция. Използва се главно в опаковки на храни и кухненски прибори, в спортно облекло, перални машини, стенни покрития и козметика. Наносреброто се използва и в медицинската област и може да се намери например в превръзки за рани и мазилки.
Колко продукти с наносребро вече са на пазара, не може да бъде точно определено поради липсата на изисквания за етикетиране и регистрация. Предполага се обаче, че в момента веществото е един от най-често използваните наноматериали заедно с нано-титанов диоксид.
Повишен бактерициден ефект с токсични странични ефекти
Биоцидният ефект на среброто в макро форма е добре известен. Проучванията показват, че наносреброто има този ефект в повишена степен. При плъховете поглъщането на сребро чрез дишане води до възпалителни процеси в белите дробове, които са вредни за органите. Те се наблюдават при значително по-ниски концентрации в сравнение с по-големите сребърни частици. При тестове върху клетъчни култури сребърните частици с размер 15 нанометра са токсични за стволови клетки от мишки и мозъчни клетки от плъхове. 100 нанометрови частици са токсични за чернодробните клетки на плъхове.
Естествен баланс в опасност
Освен това наносреброто убива микроорганизми като бактерии или гъбички. Дори и да имат лоша репутация: В нашата среда микроорганизмите са незаменима част от естествения баланс. Следователно с широкото използване на наносребро съществува риск водните екосистеми да бъдат дисбалансирани.
По-опасни микроби чрез натрупване на съпротива
Друг проблем е възможното формиране на устойчивост от микроби към наносребро.Първите устойчиви щамове вече съществуват. Широкото използване на наносребро в ежедневните продукти може да доведе до загуба на естествения си ефект върху много опасни за хората патогени. Това застрашава полезното му използване в медицинската област. Това е особено тревожно, тъй като много антибиотици вече могат да се използват в ограничена степен поради формирането на резистентност.
Въглеродните молекули с форма на футболна топка - фулерени или топчета - са точно като въглеродните нанотръби, особеност на „нано-света“. Те не са просто намалена форма на по-големи въглеродни молекули; те съществуват само в наноразмер. В допълнение към диаманта и графита, фулерените образуват друга модификация на въглерода.
Поради способността им да свързват свободните радикали, които са отговорни за стареенето на кожата, те се добавят например в кремове против бръчки. Тъй като те също могат да транспортират прецизно активни съставки, те представляват интерес и за медицински приложения.
Рисковете от фулерени все още не са проучени адекватно. Има обаче някои изследвания, които са довели до тревожни резултати: Те се усвояват много лесно от тялото и могат да преминат през здрава кожа. Дори в малки дози е доказано, че са токсични за човешките чернодробни клетки. Освен това евентуално могат да причинят възпаление, което води до увреждане на генетичния материал. При по-нататъшни експерименти те увреждат мозъка на рибите и са фатални за водни бълхи.
Въглеродните нанотръби (накратко CNT) са тръбни конструкции, изработени от въглеродни атоми с форма на пчелна пита. CNT обикновено имат диаметър от един до 50 нанометра. Те са изключително стабилни, в същото време са леки и много добре провеждат електричество и топлина. Нанотръбите могат да имат различни структури, например едностенни или многостенни и отворени или затворени.
CNT вече се използват в много продукти. По този начин те правят електродите на батериите на лаптопите по-мощни, а тенис ракетите - по-устойчиви на счупване със същото тегло. Използват се и в автомобилната и строителната индустрия. В края на януари 2009 г. 80 партньори от индустрията и научните изследвания се събраха в Леверкузен, за да формират иновационния алианс Carbon Nanotubes. През същия месец Bayer AG положи основата на най-голямото производствено съоръжение за нанотръби в света, което се очаква да произвежда 200 тона годишно.
Толкова опасен като азбеста?
Ефектите върху околната среда и здравето все още не са проучени адекватно. Има подозрения, че някои нанотръби предизвикват възпаление в тялото, подобно на азбеста, което може да доведе до тумори. При острия тест върху дъговата пъстърва CNTs причиняват симптоми на дразнене на хрилните повърхности и секрети на слуз, както и увеличаване на дихателната честота. Тъй като нанотръбите са дълготрайни и не са водоразтворими, те имат потенциал да се натрупват в околната среда и в живите организми. Въпреки това, малко се знае за условията на разпределение и обогатяване поради липсата на общи методи за измерване.
Терминът "нано-капсулиране" описва опаковката на активните съставки, напр. Витамини, консерванти и ензими в наноразмерна капсула като мицела.
Нанокапсулите се използват в храни, козметика, лекарства и агрохимикали. Капсулирането трябва да даде възможност на активните съставки да се използват по-целенасочено. Капсулите могат да бъдат проектирани по такъв начин, че да се отварят в тялото само при определени условия. Това може напр. неприятният вкус на активна съставка, добавена към храната, може да бъде скрит.
В други случаи капсулирането прави възможно използването на определено вещество в предвидената област на приложение. Използвайки нанокапсули, неразтворимите във вода активни съставки могат да се разтварят във вода. Консерванти като бензоена киселина и сорбинова киселина, които преди това можеха да се използват само в кисели храни, също могат да се използват в неутрален диапазон благодарение на включването им в нано-мицели.
Увреждане на здравето от предозиране?
Засега не е ясно как нарастващата употреба на нанокапсули ще повлияе на човешкото здраве. Съществува поне риск от предозиране на вещества, които се считат за полезни или поне безвредни при ниски дози. Това се отнася например за различни витамини, които се добавят към храни или напитки с помощта на нанокапсули и които са вредни за здравето в прекомерни количества.