Nanozinatne un Nanotehnoloģijas. Nanotehnoloģiju un nanodaļiņu ietekme uz veselību un vidi

Nanozinatne un Nanotehnoloģijas. Nanotehnoloģiju un nanodaļiņu ietekme uz veselību un vidi

Nanozinatne un nanotehnoloģijas ir jauns pētījumu un eksperimentalu izstradņu virziens, kas pēta paradības un darbības ar materialiem atomu un molekulu līmenī. Nanotehnoloģijas sasaista kopa ļoti atšķirīgas zinatnes nozares: fiziku, ķīmiju, ģenētiku, informacijas un sakaru tehnoloģiju, uztveres zinatnes un citas, izveidojot ta saukto „nano-bio-info-izziņas” konverģenci jeb saplūšanu. Nanotehnoloģijas ir jaunu materialu, struktūru un ierīču kontrolēta ražošana molekulara līmenī, kuru izmēru skala ir 1 – 100 nanometri (nm). Nano apzīmē skaitļa miljardo daļu (10^-9). (Piemēram, salīdzinašanai – cilvēka mata diametrs ir 80 000 nm.) Pie šadas izmēru skalas materiali sak izradīt atšķirīgas īpašības, kas ietekmē to fizikalas, ķīmiskas un bioloģiskas īpašības. Tatad nanometru skala ir unikala, jo dod iespēju mainīt materialu pamatīpašības, nemainot to ķīmisko sastavu. Nanotehnoloģiju pielietošana atļauj zinatniekiem analizēt un kontrolēt konkrētu vielu vienlaicīgi uz vairakam garuma skalam. No vides un veselības aizsardzības viedokļa ir atbalstama ta saukto nanotehnoloģiju „bottom-up” metode (tas ir, uzsakt izpēti un ražošanu no atomu un molekulu līmeņa) līdz ar to samazinot iespējamo atkritumu daudzumu un realizējot ilgtspējīgas attīstības mērķus.

Eiropas Savienības (ES) Komisija sava 2004. gada 12. maija paziņojuma „Pretim Eiropas statēģijai par nanotehnoloģiju attīstību” (Towards a European Strategy for Nanotechnology”) noteica mērķi – nostiprinat ES vadošo lomu eksperimentalajas izstradnēs un jauninajumos, kas saistīti ar nanozinatni un nanotehnoloģiju, taja paša laika, risinot arī visas ar vides aizsardzību, veselības aizsardzību, drošību un sabiedrību saistītas problēmas. Paredzēts, ka arvien plašaka nanotehnoloģiju ieviešana ES radīs dzīves kvalitates uzlabojumus, jo nanotehnoloģiju jau pašlaik izmanto un izmantos arvien plašak nakotnē - elektronika, sakaru tehnoloģijas, veselības aprūpē, farmacija, vides kvalitates uzlabošana, enerģijas saglabašana un iegūšana, lauksaimniecība, partikas tehnoloģija, ka arī ķīmija, tekstilmaterialu virsmas apstradē, kosmētika un citur, piemēram, materialu zinatnēs (īpaši izturīgi keramikas materiali), kosmētika (adas kopšanas līdzekļi, kas satur nanoliposomas, jauna veida aizsardzības līdzekļi pret saules iedarbību), ķīmija (pēc speciala pasūtījuma izgatavoti katalizatori, krasas, lakas un citi virsmas parklajumi), majsaimniecība (speciali izgatavoti logu tīrīšanas līdzekļi), biomedicīna (biosensori, implanti, jaunas paaudzes audu un biomimētiskie materiali, specialas ierīces medikamentu mērķtiecīgai ievadīšanai u.c.), enerģijas saglabašana un uzkrašana (solaras šūnas, ta sauktas solaras krasas, baterijas, degvielu katalizatori), partikas ražošana (necaurlaidīgas membranas, antibakteriali pulveri un citi), vides aizsardzība (piesarņojumu neitralizēšanai – filtri, pulveri un citi), informaciju tehnoloģija (datu uzglabašanas vide ar ļoti augstu reģistracijas blīvumu un jaunas plastiskas displeju tehnoloģijas) .

Nanotehnoloģiju radītie produkti netiek uzskatīti ka kaitīgi cilvēka veselībai un videi, tomēr pastav šaubas par dažu nanodaļiņu, nanolodīšu, nanocaurulīšu un nanošķiedru nelabvēlīgu ietekmi uz sabiedrības veselību: darbinieku veselību un drošību darba vidē un patērētaju drošību un veselību. Mainoties zinamu ķīmisku vielu īpašībam trūkst toksikoloģisko un ekotoksikoloģisko pētījumu dati. Šaja gadījuma iedarbības uz veselību efektus nevar noteikt ņemot vēra vielas makroskopiskos izmērus, tas ir janovērtē ka jaunas vielas. Eiropas Komisija un Padome, uzsverot drošības nozīmīgumu un atbildīgo pieeju, ka arī pievēršot īpašu uzmanību visparējiem socialiem, vides un veselības apsvērumiem, iesaka uz zinatni balstītu nanoproduktu riska novērtēšanu veikt visos tehnoloģiju aprites cikla posmos – sakot ar projektēšanu, ražošanu, izplatīšanu, lietošanu un parstradi, tas ir, visa nanoproduktu dzīves cikla laika. Īpaša uzmanība japievērš produktiem, kas jau ir ES tirgū vai kurus tūdaļ laidīs tirgū – majsaimniecības produktiem, kosmētikai, pesticīdiem, materialiem, kuri paredzēti saskarei ar partiku, medicīnas precēm un ierīcēm.

Apsverot potencialos kaitīgos veselības riskus saistība ar nanotehnoloģijam, ir jaidentificē divi nanostruktūru veidi – 1) ja pati struktūra ir brīva nanodaļiņa un 2) ja nanostruktūra ir liela objekta sastavdaļa. Tieši saistība ar brīvajam nanodaļiņam var rasties zinams cilvēka veselības un vides apdraudējums nanodaļiņu raksturīgo īpašību dēļ – ir lielaka aktīva virma uz masas vienību, lielaka mobilitate un iekšēja enerģija. Palielinas iespējamie vielas kaitīgie efekti. Turklat radot šadas jaunas daļiņas, materialus un ierīces, ir ierobežoti zinatniski pieradījumi par potencialo kaitīgumu, kas varētu radīt risku cilvēkam.

Brīvas nanodaļiņas var būt speciali izstradatas pielietošanai rūpniecība vai sadzīvē saistība ar to unikalajam īpašībam vai arī tas var izdalīties neparedzēti no rūpniecībai vai majsaimniecībai ražotajiem nanoproduktiem. Tapēc arī ir iespējami atšķirīgi iedarbības mehanismi.

Nanodaļiņu raksturojums un iespējamie iedarbības ceļi

Dabīgas izcelsmes nanodaļiņas, ka arī tas daļiņas, kas izdalas neparedzēti cilvēka darbības rezultata, iedarbojas uz cilvēku visa ta dzīves laika un galvenais iedarbības ceļš ir ieelpojot. Taču pieaugot speciali ražotajam nanodaļiņam – palielinoties to pielietojumam plaša patēriņa produktos, piemēram kosmētika, farmaceitiskajos preparatos, partikas iepakojuma, nozīmīgi var kļūt arī citi daļiņu iedarbības veidi uz cilvēka organismu – caur gremošanas traktu vai arī caur adu.

Nanodaļiņas gaisa – nanodaļiņu skaits gaisa ir līdzīgs gan pilsētas, gan laukos – vairak ka 10⁶ līdz 10⁸ nanodaļiņas 1 litra gaisa. Lauku apvidos nanodaļiņas rodas, oksidējot gaistošos savienojumus – gan biogēnas, gan antropogēnas izcelsmes un veidojot ta saucamos sekundaros organiskos aerosolus. Pilsētas – primarais daļiņu avots ir izplūdes gazes, kas rodas darbojoties dīzeļmotoriem vai automašīnu motoriem ar bojatiem katalītiskajiem parveidotajiem. Izplūdes aerosolu koncentracijas ir robežas starp 10⁴ līdz 10⁶ daļiņam 1 cm³ gaisa ar lielako daļu daļiņu izmēru mazaku par 50 nm diametra. Arī sadegšanas procesi veicina nanodaļiņu piesarņojumu – atkarība no dažadiem koksnes sadedzinašanas sistēmu veidiem, rodas dažadi daļiņu izmēri no 30 līdz 300 nm, pie tam daļiņas ar izmēru lielaku par 300 nm netiek pieskaitītas kopējam daļiņu skaitam dūmvadu gazēs.

Nanodaļiņas darba vidē – parasti nanodaļiņu iedarbība darba vidē nav iespējama ražošanas procesa laika, vienīgi kļūdu vai avariju gadījumos. Nanodaļiņam ir raksturīga pastiprinata izplūšana un palēninata sedimentacija, tas nozīmē, ka piesarņojums saglabajas ilgak pat pie zemakas koncentracijas. Daudzam daļiņam ir raksturīgas spradzienbīstamas īpašības.

Nanodaliņas patērētaju produktos – nanodaļiņas tiek izmantotas pret skrapējumu drošas acenēs, pret plaisašanu izturīgas krasas, sienu parklajumos, kas izturīgi pret grafītiem, caurspīdīgajos saules aizsargos, audumos, kas neuzņem traipus, pašattīrošos logu stiklos, keramikas parklajumos u.c. Nanodaļiņas rada stingrakas, gaišakas un tīrakas virsmas un sistēmas. Ta, piemēram, titana oksīda nanodaļiņas izmanto aizsargos pret sauli, antimona – alvas oksīda parklajumi nodrošina aizsardzību pret skrapējumu un arī aizsardzību pret ultravioleto starojumu. Nanodaļiņas riepas uzlabo to saskari ar ceļa virsmu un samazina bremzēšanas ceļu. Plans un caurspīdīgs sudraba slanis uz stikla aiztur siltumu, darbojas pret loga aizsalšanu un netīrumu nogulsnēšanos. Nanodaļiņas izmanto arī partikas produktu iepakojumos – tas darbojas ka pret mikrobu aģenti, nodrošina siltuma vai aukstuma aizturi, ka arī var atklat ķīmiskas un bioloģiskas parmaiņas partikas produktos. Cilvēki visbiežak var šadas daļiņas ieelpot ar gaisu (kosmētikas līdzekļi, zaļu preparati u.c.). Taču nevar izslēgt arī citus iedarbības ceļus: caur gremošanas traktu vai caur adu. Ir ļoti maz publicētu datu par nanodaļiņu bioloģisko uzvedību, tai skaita izplatību, uzkrašanos, metabolismu un specifisko toksiskumu pret dažadiem cilvēka organiem. Ir eksperimentalo pētījumu dati par nanodaļiņu iedarbību uz elpošanas organu sistēmu – tas izraisa lielakus toksiskos efektus, neka tas pašas vielas lielaka izmēra daļiņas, jo ir iespējama nanodaļiņu mijiedarbība ar DNS, RNS vai proteīniem. Lai arī parvietošanas ceļi organisma vēl nav pilnība skaidri, tomēr savu mazo izmēru un liela kustīguma dēļ, tas iespējams var sasniegt arī citus organus, tai skaita asinis, smadzenes un citus.

ASV pētījumu dati liecina, ka vairak ka 2 miljoni darbinieku darba vidē tiek pakļauti nanodaļiņu iedarbībai un šis skaits noteikti palielinasies, nanotehnoloģijam ieviešoties arvien plašak. Pašlaik pētījumu praktiski šaja joma nav – informacijai par nanodaļiņu iedarbības efektiem tiek izmantoti pētījumi ļoti smalko cieto daļiņu joma. Ta sauktas ultrasmalkas daļiņas (emisijas no katlu majam, sadedzinašanas krasnīm, cementa ražotnēm, dīzeļmotoru izplūdes gazēm) boja tieši plaušu audus – radot iekaisumus, fibrozi, veicinot astmu, elpošanas traucējumus un pat Alcheimera slimību. Pētījumi rada: jo mazaks daļiņas izmērs, jo spēcīgaka plaušu audu reakcija, daļiņu virsmas reaktivitate var būt kaitīga apkartējiem audiem ar savu ķīmisko aktivitati. Nanodaļiņas var ieiet plaušu alveolas – fagocīti tas absorbē, un nanodaļiņas uzkrajas un netiek izdalītas. Alveolu elpošanas procesa rezultata nanodaļiņas var nonakt asins straumē un absorbēties asins šūnas. Nanodaļiņu piesarņojums iespējams var izplatīties ar ūdeni. Ja augu saknes absorbē nanodaļiņas – tas varētu nonakt arī cilvēka un dzīvnieku partikas ķēdē, izraisot nelabvēlīgu ietekmi uz cilvēka veselību.

Eiropas Savienības dokumenta „Nanozinatnes un nanotehnoloģija. Eiropas rīcības plans 2005. – 2009. gadam” (turpmak – Rīcības plans) sadaļa „Sabiedrības veselība, drošība, vides un patērētaju aizsardzība” ir noteikti šadi galvenie darbības virzieni un uzdevumi:

Zinatniska komiteja ar veselību saistītu aktualu un jaunu risku jautajumos (Scientific Committee on Emerging and Newly identified Health Risks (SCENIHR) (turpmak – zinatniska komiteja) sagatavos atzinumu un viedokli par esošo metodoloģiju atbilstīgumu un izvērtēs potencialos riskus;

Sekmēs un veicinas drošus un ne parak dargus pasakumus, lai mazinatu apdraudējumu, ko nanodaļiņas rada stradajošiem, patērētajiem un videi;

Sniegs atbalstu pētījumiem (tai skaita epidemioloģiskajiem), lai izvērtētu pašreizējos un sagaidamos apdraudējuma līmeņus, ka arī novērtētu pašreizējo metožu atbilstību un noteiktu pasakumus, un izvirzītu jaunus ieteikumus;

Izstradat terminoloģiju, pamatnostadnes, paraugus un normas saistība ar riska izvērtējumu visa nanoproduktu aprites cikla, īpašu uzmanību pievēršot toksiskuma sliekšņiem, mērījumu un emisiju sliekšņiem, marķēšanas prasībam.

ES dalībvalstis tiek aicinatas apzinat nanotehnoloģiju lietojumus un apdraudējumus, ko rada īpaši nanodaļiņu produkti, ņemt vēra nanodaļiņas ieviešot jauno vielu ziņošanas sistēmu un atbalstīt to, ka nanomaterialiem tiek pieņemti visparēji atzītie CAS (Chemical Abstract Service) reģistracijas numuri un drošības datu lapas. Rīcības plana tiek uzsvērts, ka arī Eiropas vides un veselības rīcības plana (2004. – 2010), Kopienas stratēģija par arodveselību un drošību darba, ka arī jaunaja ķīmisko vielu likumdošana (REACH) būtu jaietver vairaki atsevišķi būtiski aspekti par nanodaļiņam, ko ražo lielos daudzumos. Zinot jau esošas riska novērtēšanas metodoloģijas ir jaizvērtē to piemērotība nanodaļiņu testēšanai un monitoringam.

2006. gada 10. marta Zinatniska komiteja sniedza savu viedokli (pēc konsultacijam ar sabiedrību) par esošo metodoloģiju piemērotību potenciala riska novērtēšanai saistība ar ražotajiem un nejauši izdalītajiem nanotehnoloģijas produktiem (Modified Opinion (after public consultation) on The appropriateness of existing methodologies to assess the potential risks associated with engineered and adventitious products of nanotechnologies). Šaja dokumenta noteikts, ka ir nepieciešami papildinajumi riska novērtēšanai un noteikti janosaka jomas, kur trūkst zinašanas. Pašreizējas riska novērtēšanas metodikas ir jamodificē, it īpaši esošas toksikoloģiskas un ekotoksikoloģiskas metodes, jo pašreizējas var nebūt pietiekamas, lai izvērtētu visas problēmas saistība ar nanodaļiņam. Arī iekartas nav pienērotas, lai novērtētu nanodaļiņu kaitīgumu videi. Trūkst zinašanu par daļiņu raksturojumu, devas un atbildes radītajiem, iespējamo kaitīgumu, tas ir, visiem toksiskuma aspektiem. Īpaši nozīmīgs ir jautajums par nanodaļiņu transportu cilvēka organisma un savstarpējiem mijiedarbības mehanismiem šūnu un molekulara līmenī. Nanodaļiņu iedarbības izvērtēšana un ar to saistītie veselības riski nav atklajami redzama gaisma, būs samēra grūti paņemt paraugus, izmērīt un saskaitīt. Būtiski svarīgi ir ņemt vēra nanodaļiņu virsmas zonas izmērus, formu, sastavu, virsmas ladiņu un absorbcijas spējas. Tapat arī svarīgas īpašības ir virsmu modifikacijas, agregacijas spējas, šķīdība un sadalīšanas spējas. Šķīstot fizioloģiska vidē daļiņas zaudē savas specifiskas īpašības, bet pastav bažas, ja tas izšķīst kaitīgas molekulas. Daļiņam nešķīstot, iespējama ir šīs vielas ilglaicīga iedarbība saistība ar nanodaļiņu specifiskajiem efektiem. Prioritate ir jadod nanodaļiņu monitoringam darba vidē un epidemioloģiskajiem datiem par nanodaļiņu potencialo iedarbību uz cilvēka veselību.

Ieteicama literatūra:

1.Komisijas paziņojums Padomei, Europas Parlamentam un Ekonomikas un socialo lietu komitejai. Nanozinatnes un nanotehnoloģijas: Rīcības plans Eiropai 2005. – 2009. gadam. Briselē, 07/06/2005. KOM(2005)243 (Nanosciences and nanotechnologies. An action plan for Europe 2005-2009). (COM/2005/243)

2. Scientific Committee on emerging and newly identified health risks (SCENIHR) – modified Opinion (after publicē consultation) on the appropriateness of existinf methodologies to assess the potential risks associated with engineered and adventitious products of nanotechnologies. Adopted of 10 March 2006.

3. Nanotechnik: Chancen und Risiken für Mensch und Umwelt, Hintergrundpapier, August 2006

https://www.umweltbundesamt.de/uba-info-presse/hintergrund/nanotechnik.pdf

4. Nanoscience and nanotechnologies: opportunities and uncertainties, July 2004, The Royal Society of the Royal Academy of Engineering (2005)

https://www.nanotec.org.uk/finalReport.htm