Forskare har lagt ner mycket tid och pengar på att undersöka nya tillämpningar för nanoteknik, men relativt lite har lagts ned på forskning om dessa partiklars effekter på människors hälsa och miljön. Element beter sig annorlunda när de tillverkas i extremt liten skala, så de kan reagera på sin miljö på oväntade sätt. De kanske kan komma in i kroppen på sätt som de inte kunde tidigare, vilket påverkar hjärnan eller andra vävnader; eftersom många av dessa element inte kan bryta blod-/hjärnbarriären när de är i standardform, vet ingen riktigt vad som kommer att hända när de gör det. Formerna på nanopartiklar kan också skilja sig ganska mycket från vad som är vanligt för elementet, vilket potentiellt kan orsaka att levande system inte vet hur de ska reagera på dem eller att reagera negativt.
Vad är nanoteknik?
Nanoteknik är ett område inom vetenskap och ingenjörskonst som involverar studier och manipulering av partiklar 1-100 nanometer stora. En nanometer är en miljarddels meter, med en meter på cirka 39 tum. Partiklar i det här storleksintervallet har ofta ovanliga egenskaper, och man hoppas att dessa kan utnyttjas för att ge enorma fördelar inom områden som vetenskap, teknik, medicin och datorer.
Nanopartiklars beteende
Enligt experter är problemet att element på nanoskala beter sig annorlunda än de större partiklar som de normalt stöter på. Som ett exempel är grafits egenskaper välkända: den har en specifik position i toxikologiska riktlinjer och anses inte vara ett farligt eller reaktivt material under några normala omständigheter. Nobelvinnande fysikern Richard Smalley från Rice University upptäckte kolnanorör och fullerener (buckyballs) – nanopartiklar av kol – som kategoriseras som former av grafit på grund av hur kolatomerna är ordnade. Dessa partiklar beter sig dock på olika sätt som grafit, vilket gör deras klassificering potentiellt farlig.
Forskare vet att ämnen blir mer reaktiva när deras partiklar blir mindre eftersom ytan är större i förhållande till volymen, vilket ger en större yta på vilken kemiska reaktioner kan inträffa för en given mängd av ämnet. Ett exempel gäller grundämnet järn. En järnspik kommer inte att brinna, men samma mängd av elementet i form av ett extremt fint pulver kommer att antändas spontant när det utsätts för luft. På liknande sätt kan ämnen som normalt är ganska inerta genomgå oväntade kemiska reaktioner i människokroppen eller i miljön när de är i nanopartikelform.
Hur nanopartiklar interagerar med levande system
Varje bedömning av nanoteknikens faror kompliceras av att storleken och formen på nanopartiklar kan påverka deras bioaktivitet och toxicitet. Som ett resultat kan en enkel kategorisering baserad på de kända egenskaperna hos elementen inte vara möjlig. Deras förmåga att interagera med levande system ökar eftersom de ofta kan penetrera huden, komma in i blodomloppet via lungorna och passera blod-/hjärnbarriären. Väl inne i kroppen kan det uppstå ytterligare biokemiska reaktioner, som skapandet av fria radikaler som skadar celler och DNA. En annan fråga är att medan kroppen har inbyggt försvar för naturliga partiklar den möter, introducerar nanotekniken helt nya ämnen som kroppen inte skulle känna igen eller kunna hantera.
Ibland kan partiklarnas fysiska, i motsats till kemiska, egenskaper ensamma göra dem farliga på oväntade sätt. Asbest är ett exempel. Eftersom det är kemiskt ganska inert ansågs det från början vara ofarligt och användes flitigt, men när det skärs eller går sönder producerar detta material små luftburna fibrer som kan andas in. Det har nu konstaterats att dessa fibrer kan orsaka cancer när de fastnar i lungorna, och det verkar som om effekten beror på deras storlek och form, och hur de interagerar mekaniskt med lungceller.
En vetenskaplig studie fann att vissa typer av kolnanorör liknar asbestfibrer i sina dimensioner och form, och tester på djur visade att nanorören orsakar inflammation och skador i vävnad som exponeras för dem. Inget samband med cancer har ännu bevisats, men när det gäller asbest kan sjukdomen utvecklas först flera decennier efter exponering. Idag hänförs fortfarande 3,000 XNUMX dödsfall per år till asbest från årtionden gammal användning. De som berörs av de möjliga farorna med nanoteknik hoppas kunna undvika ett liknande eller ännu värre framtidsscenario, särskilt med tanke på den växande marknaden för nanopartiklar i så olika produkter som billack, tennisracketar och smink.
Studier om nanopartikeleffekter
I mars 2004 fann tester utförda av miljötoxikolog Eva Oberdörster, Ph.D., vid Southern Methodist University i Texas, omfattande hjärnskador på fisk exponerad för fullerener under en period av bara 48 timmar vid en relativt måttlig dos på 0.5 miljondelar. — jämförbar med nivåer av andra föroreningar som finns i liknande miljöer. Fiskarna uppvisade också förändrade genmarkörer i sina lever, vilket tyder på att hela deras fysiologi påverkades. I ett samtidigt test dödade fullerenerna vattenloppor, en viktig länk i den marina näringskedjan.
Oberdörster kunde inte säga om fullerener också skulle orsaka hjärnskador hos människor, men hon varnade för att fler studier är nödvändiga och att ackumuleringen av fullerener över tid kan vara ett problem, särskilt om de tillåts komma in i näringskedjan. Tidigare studier 2002 av Center for Biological and Environmental Nanotechnology (CBEN) indikerade att nanopartiklar ackumulerades i kropparna av laboratoriedjur, och ytterligare andra studier visade att fullerener färdas fritt genom marken och kunde absorberas av daggmaskar. Detta är en potentiell länk upp i näringskedjan till människor och utgör en av de möjliga farorna med nanoteknik.
Andra nanopartiklar har också visat sig ha negativa effekter. Forskning från University of California i San Diego i början av 2002 visade att kadmiumselenidnanopartiklar, även kallade kvantprickar, kan orsaka kadmiumförgiftning hos människor. Kadmium är giftigt i alla former som kan absorberas av kroppen, men den lilla storleken på dessa partiklar kan öka risken för oavsiktlig exponering. År 2004 publicerade den brittiske forskaren Vyvyan Howard initiala fynd som tydde på att guldnanopartiklar kan röra sig genom en gravid kvinnas moderkaka till hennes foster. Redan så långt tillbaka som 1997 upptäckte forskare vid Oxford att nanopartiklar som används i solskyddsmedel skapade fria radikaler som skadade DNA.
Framtiden
Det råder ingen tvekan om att nanopartiklar har intressanta och användbara egenskaper och kan ge stora fördelar, men forskning om deras eventuella negativa effekter pågår fortfarande och människor är redan utsatta för dem. Arbetare som är sysselsatta i tillverkningen av produkter som innehåller nanopartiklar löper störst risk: US National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) rapporterar att över 2 miljoner amerikaner utsätts för höga halter av dessa partiklar, och de tror att denna siffra kommer att stiga till 4 miljoner Inom en snar framtid. Ett antal grupper har föreslagit ett moratorium för tillverkning och marknadsföring av produkter som innehåller nanopartiklar och uppmanar forskningen att föregå tillverkningen snarare än att följa den. Det finns farhågor om att starka ekonomiska drivkrafter och konkurrens på marknaden kan ha företräde framför vetenskaplig försiktighet när det gäller folkhälsa och de potentiella farorna med nanoteknik.