Cercetătorii au cheltuit mult timp și bani investigând noi aplicații pentru nanotehnologie, dar s-a cheltuit relativ puțin pentru cercetarea efectelor acestor particule asupra sănătății umane și asupra mediului. Elementele se comportă diferit atunci când sunt realizate la o scară extrem de mică, astfel încât pot reacționa la mediul lor în moduri neașteptate. Ele pot fi capabile să pătrundă în organism în moduri în care nu puteau înainte, afectând creierul sau alte țesuturi; deoarece multe dintre aceste elemente nu pot sparge bariera hemato-encefalică atunci când sunt în forma lor standard, nimeni nu știe cu adevărat ce se va întâmpla atunci când o vor face. Formele nanoparticulelor pot fi, de asemenea, destul de diferite de ceea ce este obișnuit pentru element, ceea ce poate face ca sistemele vii să nu știe cum să reacționeze la ele sau să răspundă negativ.
Ce este nanotehnologia?
Nanotehnologia este un domeniu al științei și ingineriei care implică studiul și manipularea particulelor cu dimensiunea de 1-100 nanometri. Un nanometru este o miliardime dintr-un metru, un metru fiind de aproximativ 39 de inci. Particulele din acest interval de dimensiuni au adesea proprietăți neobișnuite și se speră că acestea pot fi exploatate pentru a aduce beneficii uriașe în domenii precum știință, inginerie, medicină și informatică.
Comportamentul nanoparticulelor
Potrivit experților, problema este că elementele la scară nanometrică se comportă diferit de particulele de dimensiuni mai mari în care sunt întâlnite în mod normal. De exemplu, proprietățile grafitului sunt bine cunoscute: acesta deține o poziție specifică în ghidurile de toxicologie și nu este considerat un material periculos sau reactiv în nicio circumstanță normală. Fizicianul laureat al premiului Nobel Richard Smalley de la Universitatea Rice a descoperit nanotuburi de carbon și fullerene (buckyballs) – nanoparticule de carbon – care sunt clasificate ca forme de grafit datorită modului în care sunt aranjați atomii de carbon. Aceste particule, totuși, se comportă în moduri spre deosebire de grafit, ceea ce face ca clasificarea lor să fie una potențial periculoasă.
Oamenii de știință știu că substanțele devin mai reactive pe măsură ce particulele lor devin mai mici, deoarece suprafața este mai mare în raport cu volumul, oferind o suprafață mai mare pe care pot avea loc reacții chimice pentru o anumită cantitate de substanță. Un exemplu se referă la elementul fier. Un cui de fier nu se va arde, dar aceeași cantitate de element sub formă de pulbere extrem de fină se va aprinde spontan atunci când este expus la aer. În mod similar, substanțele care sunt în mod normal destul de inerte pot suferi reacții chimice neașteptate în corpul uman sau în mediu atunci când sunt sub formă de nanoparticule.
Cum interacționează nanoparticulele cu sistemele vii
Orice evaluare a pericolelor nanotehnologiei este complicată de faptul că dimensiunea și forma nanoparticulelor le pot afecta bioactivitatea și toxicitatea. Ca urmare, o simplă clasificare bazată pe proprietățile cunoscute ale elementelor ar putea să nu fie posibilă. Capacitatea lor de a interacționa cu sistemele vii crește, deoarece acestea pot pătrunde adesea în piele, pot intra în fluxul sanguin prin plămâni și pot traversa bariera hemato-encefalică. Odată ajuns în corp, pot exista și alte reacții biochimice, cum ar fi crearea de radicali liberi care dăunează celulelor și ADN-ului. O altă problemă este că, în timp ce organismul are apărare încorporată pentru particulele naturale pe care le întâlnește, nanotehnologia introduce substanțe complet noi pe care organismul nu le-ar recunoaște sau nu le-ar putea face față.
Uneori, proprietățile fizice, spre deosebire de chimice, ale particulelor le pot face singure periculoase în moduri neașteptate. Azbestul este un exemplu. Deoarece este destul de inert din punct de vedere chimic, inițial s-a crezut că este inofensiv și a fost utilizat pe scară largă, dar atunci când este tăiat sau spart, acest material produce fibre minuscule, în aer, care pot fi inhalate. S-a stabilit acum că aceste fibre pot provoca cancer atunci când se încadrează în plămâni și se pare că efectul se datorează dimensiunii și formei lor și modului în care interacționează mecanic cu celulele pulmonare.
Un studiu științific a constatat că unele tipuri de nanotuburi de carbon seamănă îndeaproape cu fibrele de azbest în dimensiuni și formă, iar testele pe animale au arătat că nanotuburile provoacă inflamații și leziuni în țesutul expus la acestea. Nicio legătură cu cancerul nu a fost încă dovedită, dar în cazul azbestului, boala se poate dezvolta doar la câteva decenii după expunere. Astăzi, 3,000 de decese pe an sunt încă atribuite azbestului în urma utilizării vechi de zeci de ani. Cei preocupați de posibilele pericole ale nanotehnologiei speră să evite un scenariu viitor similar sau chiar mai rău, mai ales având în vedere piața în creștere a nanoparticulelor din produse atât de diverse, cum ar fi vopsea pentru mașini, rachete de tenis și machiaj.
Studii asupra efectelor nanoparticulelor
În martie 2004, testele efectuate de toxicologul de mediu Eva Oberdörster, Ph.D., de la Southern Methodist University din Texas, au descoperit leziuni cerebrale extinse la peștii expuși la fulerene pentru o perioadă de doar 48 de ore la o doză relativ moderată de 0.5 părți per milion. — comparabil cu nivelurile altor poluanți găsiți în medii similare. De asemenea, peștii au prezentat markeri genetici modificați în ficat, ceea ce indică faptul că întreaga lor fiziologie a fost afectată. Într-un test concomitent, fulerenele au ucis puricii de apă, o verigă importantă în lanțul trofic marin.
Oberdörster nu a putut spune dacă fulerenele ar provoca, de asemenea, leziuni cerebrale la oameni, dar ea a avertizat că sunt necesare mai multe studii și că acumularea de fullerene în timp ar putea fi o îngrijorare, mai ales dacă li s-ar permite să intre în lanțul alimentar. Studiile anterioare din 2002 ale Centrului pentru Nanotehnologie Biologică și de Mediu (CBEN) au indicat nanoparticule acumulate în corpurile animalelor de laborator și încă alte studii au arătat că fulerenele călătoresc liber prin sol și ar putea fi absorbite de râme. Aceasta este o potențială verigă a lanțului alimentar până la oameni și prezintă unul dintre posibilele pericole ale nanotehnologiei.
S-a demonstrat, de asemenea, că alte nanoparticule au efecte adverse. Cercetările de la Universitatea din California din San Diego la începutul anului 2002 au arătat că nanoparticulele de seleniră de cadmiu, numite și puncte cuantice, pot provoca intoxicații cu cadmiu la oameni. Cadmiul este toxic sub orice formă care poate fi absorbită de organism, dar dimensiunea mică a acestor particule poate crește riscul expunerii accidentale. În 2004, omul de știință britanic Vyvyan Howard a publicat descoperirile inițiale care indicau că nanoparticulele de aur s-ar putea muta prin placenta unei femei însărcinate către fătul ei. Încă din 1997, oamenii de știință de la Oxford au descoperit că nanoparticulele folosite în cremele solare au creat radicali liberi care au deteriorat ADN-ul.
Viitorul
Nu există nicio îndoială că nanoparticulele au proprietăți interesante și utile și pot aduce mari beneficii, dar cercetările asupra posibilelor lor efecte adverse sunt încă în desfășurare, iar oamenii sunt deja expuși la acestea. Lucrătorii angajați la fabricarea produselor care conțin nanoparticule sunt cei mai expuși riscului: Institutul Național pentru Securitate și Sănătate Ocupațională din SUA (NIOSH) raportează că peste 2 milioane de americani sunt expuși la niveluri ridicate ale acestor particule și cred că această cifră va crește la 4 milioane. in viitorul apropiat. Un număr de grupuri au propus un moratoriu asupra producției și comercializării produselor care conțin nanoparticule și îndeamnă cercetarea să precedă producția, mai degrabă decât să o urmeze. Există îngrijorări că impulsurile economice puternice și concurența de pe piață ar putea avea prioritate față de prudența științifică atunci când vine vorba de sănătatea publică și de potențialele pericole ale nanotehnologiei.