Transcript О работах в области безопасности создания и применения

Координационное совещание по направлению
«Развитие методической составляющей инфраструктуры наноиндустрии»
Москва, 27 сентября 2010 г.
О работах в области безопасности
создания и применения
продукции наноиндустрии
К.Г. Скрябин, В.О. Попов, В.А. Тутельян
Обеспечение безопасности новых технологий
НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
ЭФФЕКТИВНОСТЬ
Инновации,
инвестиции
БЕЗОПАСНОСТЬ
?
Контроль,
надзор
Рост числа публикаций о токсических свойствах
наночастиц и наноматериалов
600
Число статей в ведущих научных журналах
500
400
300
200
По данным PubMed
www.ncbi.nlm.nih.gov
100
0
Год
ФЦП «Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации на 2008 – 2011 годы»
Мероприятие 3.1 «Развитие методической составляющей системы обеспечения
единства измерений в наноиндустрии и безопасности создания и применения
объектов наноиндустрии»
Цели и задачи
•
Научно-техническое и нормативно-методическое обеспечение безопасности и
системы оценки соответствия
•
Организационная структура обеспечения безопасности (системы производственного,
санитарно-гигиенического, экологического контроля и мониторинга)
•
Перечень наноматериалов и нанотехнологий, способных оказывать негативное
воздействие на здоровье людей и состояние окружающей среды, контролируемые
параметры и диапазоны их измерений, санитарно-гигиенические и экологические
нормативы безопасности
•
Система оценки и подтверждения соответствия параметров и свойств нанотехнологий
и продукции наноиндустрии
•
Инфраструктура обеспечения безопасности (добровольная сертификации и при
необходимости обязательное подтверждение соответствия)
•
Система аттестации производств
Цели и задачи
• Обеспечение безопасности наноиндустрии и ее продукции
• Разработка комплекса современных методов для оценки
потенциальной опасности наночастиц и наноматериалов,
учитывая их природу
• Соответствие приоритетным направлениям развития
наноидустрии в России и в мире
• Система нанобиобезопасности должна помогать продвижению
нанопродукции к потребителю, а не тормозить его
Содержание работ ФЦП по нанобиобезопасности
Нормативная
документация
Апробация: регион, производство
Банк
наночастиц
Эталонные лаборатории
Развитие инфраструктуры
Окружающая среда
in vitro
in vivo
Токсикогигиеническая
оценка наночастиц
Разработка методов детекции наночастиц в
биологических объектах, окружающей среде,
продуктах питания и сельского хозяйства
Организации-исполнители проектов ФЦП
по нанобиобезопасности
Всего проектов
14
Всего организаций
30
Из них:
Высших учебных заведений
6
Институтов РАН
4
Институтов РАМН
5
Учреждений Роспотребнадзора
5
Госучреждений (институты, не относящиеся ни к одной из академий)
4
Коммерческих организаций
6
Основные участники развития концепции
нанобиобезопасности ФЦП
РНЦ «Курчатовский институт»
НИИ питания РАМН
Биологический факультет МГУ
Центр «Биоинженерия» РАН
Институт биохимии им. А.Н. Баха РАН
Институт физиологически активных веществ РАН
НИИ эпидемиологии и микробиологии
им. Н.Ф.Гамалеи РАМН
Основные вехи
• Формирование программы
• Совещание экспертов по нанобиобезопасности
II-III кв. 2008
23.07. 2008
– Программа - единый проект
– Приоритетные наночастицы
• Объявление конкурсов и подведение итогов
• Начало финансирования
• Совещание руководителей проектов ФЦП по
нанобиобезопасности
III-IV кв. 2008
IV кв. 2008
11.06. 2009
– Подготовка сборника
– Решение об отчетной конференции
– Решение о собрании по отраслевым проектам
• Совещание исполнителей отраслевых проектов
15.07. 2009
– Создание группы внутреннего мониторинга
– Определение приоритетов мониторинга
•
•
•
•
Отчетная конференция
Секвестр, реорганизация ФАНИ, допсоглашения
Утверждение нормативных документов (18)
Отчетная конференция
22-23.10. 2009
I-III кв. 2010
2009-2010
ноябрь 2010
Направления деятельности
1. Аналитические методы для детекции и идентификации
наночастиц
2. Методы контроля биологического действия наночастиц
3. Процедуры интегральной оценки рисков
4. Формирование инфраструктурных элементов системы
нанобиобезопасности
5. Разработка и утверждение нормативной документации
1. Аналитические методы для детекции и идентификации
наночастиц
Определение наночастиц в органах и тканях
животных
ВЭЖХ
Разработка методологии
Модельные системы
(«добавлено-выявлено»)
ВЭЖХ-МС
Степень извлечения НЧ
из гомогенатов
(повышение эффективности
экстракции)
Валидация методик
(проверка на других
НЧ и тканях)
Определение НЧ
в реальных гомогенатах
Пределы обнаружения:
ВЭЖХ: 5-10 нг,
ВЭЖХ-МС: 1-5 нг
Определение фуллерена C60 в гомогенатах тканей
(полнота выявления)
Орган
К-во экстрагируемого
фуллерена C60, %
Погрешность,
%
Легкие
89.8
4.3
Лимфатические
узлы
89.7
3.0
Сердце
95.0
5.1
Почки
90.3
5.7
Печень
94.5
1.9
Селезенка
94.5
3.5
Сыворотка
98.4
2.4
Институт биохимии
им. А.Н. Баха РАН
Детекция и идентификация наночастиц в биоматериале
методами микроскопии
ОБРАЗЕЦ
Концентрирование НЧ в образце
Исключение эффекта матрикса
Осаждение, магнитное
концентрирование
Кислоты, органические растворители,
ферменты
Детекция НЧ
Детекция статистически значимого количества наночастиц или их агрегатов
Идентификация НЧ
Атомно-силовая микроскопия,
Просвечивающая электронная микроскопия
Дифракция электронов
Идентификация наночастиц золота в клетках паренхимы колеоптиля
(электронная микроскопия, дифракция электронов)
анализируемый участок среза
Совмещение
электронограммы частиц
чистого препарата
коллоидного золота (А)
и электронограммы
анализируемых частиц
в клетке (Б)
A
2B
C
Биологический факультет МГУ
2. Методы контроля биологического действия наночастиц
Токсиколого-гигиеническая оценка безопасности
наночастиц
Модельный организм: Крысы
Контролируемые показатели:
• Прирост массы тела
• Относительная масса органов
• Морфология внутренних органов
• Проницаемость кишечного барьера
• Ферменты микросом (цитохром Р-450, цитохром b5, CYP 1A1, CYP 1A2, CYP
2B1, глутатион-S-трасфераза, УДФ-глюкуронозилтрансфераза)
• Неседиментируемая активность лизосомальных гидролаз
• Небелковые тиолы печени
• Биохимия крови (АЛТ, АСТ, альбумин, белок общий, глюкоза, креатинин,
мочевая кислота, щелочная фосфатаза)
• Гематологические показатели (гемоглобин, показатели эритропоэза,
лейкоцитарная формула, тромбоциты)
• Аддукты ДНК (8-oxoG)
• Основные и транзиторные популяции микробиоценоза
• Аллергическая чувствительность
НИИ питания РАМН
Комплексная характеристика локализации наночастиц
в органах и тканях животных
GLP Виварий
Печень, Легкие, Желудок, Почки, Селезенка, Надпочечники, Мозг, Семенники, Кишечник,
Сердце, Tимус, Кожа, Жировая, Мышечная ткань, Биологические жидкости
Фуллерены
Наночастицы Ag
Гомогенаты тканей
Наночастицы TiO2
Замороженные образцы тканей
Фиксированные образцы тканей
Атомноабсорбционная
спектроскопия
Динамическое
светорассеяние
ВЭЖХ-МС
Микроскопия:
световая,
электронная,
силовая и т.д.
Институт физиологически
активных веществ РАН
Институт биохимии
им. А.Н. Баха РАН
Биологический факультет МГУ
Применение Danio rerio как модельного организма
в токсикологических исследованиях
Острая токсичность свободного и встроенного
доксорубицина для икры Danio rerio в течение 48 ч
• Токсикокинетика
Выживаемость, % от
контроля
• Острая и хроническая
токсичность
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
чист.
встр.
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
конц. докс.,
0,25
мг/мл
• Репродуктивная
токсичность
• Эмбриотоксичность
• Генотоксичность
• Кардиотоксичность
• Протеомный анализ
НИИ биомедицинской химии
им. В.Н. Ореховича РАМН
Центр «Биоинженерия» РАН
3. Процедуры интегральной оценки рисков
Алгоритм оценки опасности наноматериалов
•В основу алгоритма положена операционная модель
«Генеральных определительных таблиц» (ГОТ)
•Принцип метода состоит в построении «Генеральной
определительной таблицы», в которой учитываются все
известные на настоящее время признаки, влияющие на
потенциальную опасность наноматериала
ГОТ
1. Геометрические
характеристики
Функциональные
блоки
2. Физико-химические
свойства
3.Взаимодействие с
биомакромолекулами
НИИ питания РАМН
6. Экологическая
характеристика
5. Воздействие на
организм
4.Воздействие
на клетки
НИИ эпидемиологии и микробиологии
им. Н.Ф.Гамалеи РАМН
Количественная оценка
потенциальной опасности наноматериалов
По каждому функциональному блоку ГОТ № k рассчитывается
частная потенциальная опасность по формуле:
N
частная опасность
по функциональному
блоку № k
 Ri i
i=1
Dk=
значение «взвешивающей»
функции для признака № i
N

балльная оценка опасности
по признаку № i
max
Ri i
i=1
максимально возможная оценка
опасности по признаку № i
D= 
6
 DK
2
K=1
(длина вектора в 6-мерном пространстве)
Двухмерная
модель:
Признак 1
Итоговая оценка опасности по шести функциональным блокам ГОТ:
Признак 2
Пример оценки потенциальной опасности нанопродукции
Объем продукции
> 1 т в год или
образование
аэрозолей в ходе
производства
или прямая
экспозиция:
персонала,
пользователей,
населения
Материал
является водорастворимым?
Да
нет
Да
Отношение
максимального
размера частиц
к минимальному
по трём осям
> 1:100
Да
Нет
Длина более
5 микрон?
Диаметр менее
100 нм?
Имеются ли данные о
легочной токсичности,
системные эффекты,
оксидантный стресс,
эндокринные
нарушения,
сенсибилизация/
аллергия
?
Нет
эффекта
нет
(по
всем
пунктам)
Нет
Да
Нет
Да
Эффект
есть
или не
очевиден
Имеются ли данные об эффектах
накопления в среде обитания,
организмах животных и растений,
передаче по пищевым цепям?
Нет
эффекта
Низкий
уровень
потенциальной
опасности
Средний уровень
потенциальной
опасности
Эффект есть или не
очевиден
НИИ питания РАМН
Высокий уровень
потенциальной
опасности
4. Формирование инфраструктурных элементов системы
нанобиобезопасности
Банк образцов наноматериалов
Представлены:
•
•
•
•
•
•
•
наночастицы металлов (серебро, золото, железо)
наночастицы углерода (фуллерены, углеродные
нанотрубки)
наночастицы оксидов титана, алюминия, железа,
кремния, церия, цинка
наночастицы полистирола
дендримеры
биополимеры
рекомбинантные вирусные частицы
 36 образцов абиогенных (техногенных)
наноматериалов
 21 образец биогенных наноматериалов
 Паспорта стандартных образцов, правила
безопасного хранения, транспортировки и
использования
НИИ питания РАМН
Центр «Биоинженерия» РАН
Институт биохимии
им. А.Н. Баха РАН
Институт проблем
экологии и эволюции
им. А.Н. Северцова РАН
Биологический факультет МГУ
Создание эталонных лабораторий
Комплекс оборудования и методического обеспечения
для контроля наночастиц и наноматериалов в продукции
определенных отраслей
Эталонная лаборатория по оценке содержания
наноматериалов и наночастиц в составе продукции сельского
хозяйства, пищевых продуктах и упаковочных материалах
Московский
государственный
университет пищевых
производств
НИИ питания РАМН
Институт биохимии
им. А.Н. Баха РАН
5. Разработка и утверждение нормативной документации
Необходимая структура нормативной
документации по нанобиобезопасности
Оценка безопасности нанотехнологий
и наноматериалов
Оценка безопасности нанотехнологий
Оценка безопасности наноматериалов
Оценка безопасности исходных наноматериалов
Оценка безопасности продукции, содержащей наноматериалы
Радиотехника и
электроника
Строительство и
строительные
материалы
Парфюмернокосметическая
продукция
Оборонная
промышленность
Машиностроение
Средства очистки и
дезинфекции воды
Химическая
промышленность
Атомная промышленность и энергетика
Сельское
хозяйство
Дезсредства
и продукция
бытовой химии
Пищевые
продукты
и БАД к пище
Лекарственные средства,
иммунобиологические
препараты, изделия
медицинского назначения
Упаковочные материалы
Основная задача разработки НТД
Нормативно-правовое и методическое обеспечение комплексной
системы безопасности в процессе исследований, освоения,
производства, обращения и утилизации наноматериалов
в Российской Федерации – тематика комплексного проекта
Разработка
Производство
Использование
Утилизация
Разработка и утверждение нормативной
документации
В 2009 году – утверждено Главным государственным
санитарным врачом Российской Федерации
3 нормативных документа
В 2010 году – утверждено 9 методических
рекомендаций и указаний;
представлено в Роспотребнадзор
6 методических указаний
В 2011 году
планируется
утверждение
9 методических
рекомендаций
и указаний
Работы по нанобиобезопасности в рамках ФЦП
в 2010-2011 гг.
Задачи продолжающихся проектов
•
•
•
•
•
Формирование и анализ массива данных по локализации и
биологическому действию приоритетных наночастиц
Формирование комплекса взаимодополняющих методик
обнаружения и идентификации техногенных наночастиц в
клетках, органах и тканях живых организмов
Проведение пилотных испытаний разработанных методов
детекции и идентификации наночастиц на предприятиях
наноиндустрии
Характеристика эффективности разработанных методов для
контроля наночастиц в отечественной и импортируемой
нанотехнологической продукции разных отраслей
Подготовка комплекта документации по регулированию
безопасности в процессе исследований, освоения,
производства, обращения и утилизации наноматериалов в
Российской Федерации; передача их на утверждение в
Роспотребнадзор
Постоянно обновляемая система
Система обеспечения нанобиобезопасности как
развивающаяся устойчивая система, эффективно
интегрирующая:
•
•
•
•
Новые знания о биологическом действии наночастиц
Новые аналитические методы
Новые виды наночастиц и препаратов на их основе
Новые нанотехнологии
(тесное взаимодействие с предприятиями наноиндустрии)
Предлагаемые основные направления работ ФЦП
по нанобиобезопасности в 2011 г.
1. Развитие методической базы обнаружения, идентификации
и количественного определения нанообъектов
2. Создание референтных методов по определению
наночастиц в биологических материалах и окружающей
среде
3. Медико-биологическая оценка безопасности новых видов
наноматериалов
4. Наноматериалы (наночастицы) в объектах окружающей
среды
5. Разработка системы производственного контроля
на предприятиях, использующих нанотехнологии и/или
производящих наноматериалы
Спасибо за внимание!
Проекты ФЦП по нанобиобезопасности (1)
Анализ ситуации, выбор приоритетных объектов
и средств их характеристики
5 проектов; осень 2008 г.
Проекты по формированию методической базы
1.
Разработка методологии и создание средств пробоотбора, идентификации и
обнаружения действия техногенных наночастиц на живые организмы
2.
Разработка методологии и создание средств обнаружения для лабораторного in
vitro тестирования биологической активности наноматериалов
3.
Разработка методологии биотестирования и создание средств обнаружения
наночастиц в окружающей среде для оценки их безопасности, распространения и
воздействия
4.
Разработка методологии и создание средств контроля локализации наночастиц в
органах и тканях
5.
Разработка методологии и создание средств контроля для оценки безопасности
действия наноматериалов на аппарат наследственности
Проекты ФЦП по нанобиобезопасности (1)
Отраслевые проекты
Разработка нормативно-методического обеспечения и средств контроля
содержания наночастиц
•
- в продукции сельского хозяйства, пищевых продуктах и упаковочных
материалах
•
- в парфюмерно-косметических изделиях и продукции бытовой химии
•
- на объектах предприятий наноиндустрии
Комплексный проект
Создание проектов нормативно-правового и методического обеспечения
комплексной системы безопасности в процессе исследований, освоения,
производства, обращения и утилизации наноматериалов в Российской
Федерации
Детекция наночастиц: разнообразие
аналитических методов
Размер (нм)
1
10
100
1000
Размер, нм
10 000
100 000
Агрегаты наночастиц, микрочастицы,
макроскопические дисперсии
Наночастицы
Проточно-полевое фракционирование
Лазерная дифракция
Динамическое светорассеяние
Электронная микроскопия
Конфокальная микроскопия
Атомно-силовая микроскопия
Нанофильтрация
Ультрафильтрация
Светооптическая микроскопия
Микрофильтрация
Гидродинамическая хроматография
Капиллярный электрофорез
Ультрацентрифугирование
Рентгеновская абсорбционная спектрометрия
Эксклюзионная хроматография
Спектроскопия лазерного разложения
Малоугловое рассеяние рентгеновских лучей и нейтронов
1 000 000
Накопление в окружающей среде
возможно, что наноматериалы могут накапливаться в растительном,
животном или микробном организме, тем самым увеличивая
их поступление по пищевой цепи в организм человека
Oberdorster et al., 2005
Накопление в окружающей среде
возможно, что наноматериалы могут накапливаться в растительном,
животном или микробном организме, тем самым увеличивая
их поступление по пищевой цепи в организм человека
Biodegradation
Volatilization
Reaction
Desorption
Uptake
Toxicity
Характеристика эмбриотоксичности фуллерена С60 на мышах
Группы положительного
контроля
Группы интактного
контроля
Введение НАНОФОСФОЛИПА самкам
мышей в дни беременности:
1-17 день
Группы по
дозам
Группы опыта
Введение ЛИПОФУЛЛЕРЕНА самкам
мышей в дни беременности:
6 день - роды
Вид
Исследуемый
пол
Средняя
масса, г
1
мыши
самки
19-20
2
мыши
самки
19-20
Интактный
контроль
мыши
самки
19-20
Тест доза
Низшая доза – 5
мкг/мышь
Высшая доза –
10 мкг/мышь
НИИ биомедицинской химии
им. В.Н. Ореховича РАМН
Контроль
Количество
экспериментальных
животных в группе
Количество
интактных
партнеров
6
2
6
2
6
2
Центр «Биоинженерия» РАН