Transcript Nanočástice

Nanočástice
– jejich vliv na
lidský organismus
Ing. Karla Barabaszová, Ph.D.
Mgr. Jana Kukutschová, Ph.D.
Centrum nanotechnologií
na VŠB-TUO
 Založeno v r. 2007 jako vysokoškolský ústav na VŠB-TU
Ostrava
 Centrum nanotechnologií jako první v
ČR začalo spolu s fakultami HGF,
FMMI, FS vyučovat nový studijní
program „Nanotechnologií“
 Komplexní vývoj nanotechnologií a
nano-materiálů od počítačového
modelování přes technologii
přípravy až po testování vlastností
 Vývoj analytických a diagnostických
metod pro studium vlastností
nanomateriálů
 Jako jediné pracoviště v ČR se zabýváme vlivem nanočástic na zdraví (nanopatologie)
Nanomateriály
uměle vytvořené nanostruktury
májící zásadní význam pro
funkci a vlastnosti materiálu.
Ve škále nanorozměrů se hmota chová jinak než ve škále
makrorozměrů a má odlišné vlastnosti. Využití těchto
vlastností v materiálech, prvcích nebo systémech skýtá nové
aplikační výstupy.
materiály, jejichž nové vlastnosti
jsou určeny charakteristickými
znaky o rozměrech mezi 1 - 100
nm, přinejmenším v jednom směru.
Struktury nanomateriálů:
3D nanotečky, nanočástice (všechny rozměry nano)
2D nanodestičky, vrstvy, filmy (dva rozměry nano)
1D nanodráty, trubičky, vlákna (jeden rozměr nano)
Hazard !!!
Jaderná energie, biotechnologie, toxické látky – všechny
tyto technologická rizika mají svůj univerzálně platný znak.
Tak proč ne také (potenciálně nebezpečné)
nanotechnologie?
Znak nanohazardu
ETC Group (Action Group on Erosion, Technology and Concentration) kanadská společnost, která se orientuje na podporu udržitelného
rozvoje v oblasti kultury, ekologie a lidských práv.
www.etcgroup.org
Vyhlášena soutěž – navržení znaku nanohazardu.
Vybrány 3 vítězné návrhy:
Hodnocení rizik nanomateriálů
Zdroje (<100 nm)
• Přírodní – požáry, vulkanická činnost
•Vedlejší produkty – dieslové emise,
svařování,
pyrometalurgie,
smažení, aj.
• Syntetické – oxidy kovů (TiO2, ZnO, ...),
fullereny, aj.
Nanočástice v pracovním prostředí
Osud nanomateriálu v prostředí
Cesty expozice, distribuce a degradace
nanočástic v přírodě
UV degradace
Příroda a
lidé
Příroda a
lidé
Ukládání
Dekontaminace
Vzduch
Sorpce na
organických
materiálech
Potravinový
řetězec
Potravinový
řetězec
Půda, flóra a
fauna
Prášení
Biodegradace?
Voda
Filtrace
Sediment
Bentické organismy
Biodegradace?
Chemická
degradace?
Loužení
Spodní
voda
Saze z dieselových motorů
Znečištění ovzduší prachovými částicemi: 42% doprava, 22%
průmysl, 11% elektrárny, 9% domácnosti.
U.S.-EPA: Emise prachových částic z dopravy – cca 210 000
t/rok (1999).
- hlavní složky: organické sloučeniny, elementární uhlík
- zdroje: diesel. motory (72%) a benzínové motory (28%).
Většina prachových částic emitovaných spalováním nafty v
dieselových motorech spadá do frakce pod 1 µm.
Toxikologicky významné
parametry
Rizikové vlastnosti:
• hmotnost → absence gravitačního působení
• povrch
→ reaktivita (ROS)
• velikost
→ schopnost difundovat přes biomembrány
Particle content 10 µg cm-3
Problémy nanotoxikologie
•
Dozimetrie – jak vyjadřovat dávku (např. hmotnost, velikost, povrch, počet
částic) ?
•
Jak zjistit zda je daný materiál vpraven do detekčního organismu v požadované
formě?
•
Je problematické detekovat a kvantifikovat nanomateriály v buňkách a tkáních.
•
Potřeba charakterizovat nanomateriály ve všech fázích toxikologického
hodnocení.
•
Jaké jsou nejvhodnější sledované parametry v testech toxicity (biochemické,
genetické nebo morfologické změny) ?
•
Je možná extrapolace výsledků testů na zvířatech z hlediska vlivu na zdraví
člověka ?
Inhalační expozice
Nanočástice – snadno suspendovatelné
Inhalace - nejčastější druh expozice.
Rozdělení velikostí částic
• Inhalovatelná frakce (< 100 μm)
částice schopné vstoupit do dých. traktu
(vdechnuty nosem, ústy)
• Thorakální frakce (< 10 μm) → do plic
• Respirabilní frakce (< 5 μm)
transport až do plic. sklípků
Účinnost odchytu částic řasinkovým epitelem
Průměr [μm]
Záchyt [%]
10
5
3.5
2
100
50
25
10
Částice (<100 nm) – po inhalaci:
- do 60 s → alveoly
- do 60 min → jaterní tkáň
Chronická inhalace nanočástic
– testy toxicity
(< 100 nm)
Testovací organismus – potkan
(extrémně citlivý na vznik zánětlivých
procesů po expozici částicím)
Materiál – kovy a jejich oxidy (Ni, Cd)
nanočástice TiO2
SEM snímek plíce potkana demonstrující zúžení v
oblasti přechodu průdušek v alveolární část plic.
SEM snímek depozice inhalovaných částic v alveolární
části.
Dermální expozice
Opalovací krémy
Nanočástice TiO2 a ZnO
- součást opalovacích krémů díky své schopnosti
odrážet UVA a UVB záření. Účinnost těchto ochranných filmů závisí na velikosti a
množství částic dispergovaných v emulzi. Častěji se používají anorganické sloučeniny
v důsledku nižší toxicity a chemické stability během expozice UV záření.
Nano Ag
•
•
•
•
Dermální aplikace - antibakteriální
účinky, (součást mastí, náplastí aj.) –
léčebné použití
Dermální a orální expozice –
netoxická pro člověka, toxická pro
zvířata
Inhalace – akutní zdravotní
dopady na člověka i zvířata
Nanostrukturované Ag – vykazuje
vyšší toxicitu v In.vitro testech
inhalační toxicity.
Soto K. F., et a.l.: Comparative in vitro cytotoxicity
assessment of some manufacturednanoparticulate
materials characterized by transmissionelectron
microscopy. J. Nanopart. Res. 7(145-169), 2005.
Porovnání účinků Ag-částic na člověka a
zvířata (In Tox. Profile for Silver, ATSDR U.S.)
Nanočástice a ultrajemné nanočástice
v lidském organismu
BLOO
D
Oberdörster G., et. al: Environ. Health Persp. 113(7):823-839. 2005.
Hlavní nedostatky informací
• Není standardizována nomenklatura nanočástic.
• Nejsou vhodné metody pro měření expozic na
pracovních místech.
• Pro posuzování expozic kůží nebo perorálně
nejsou vhodné metody.
• Chybí zhodnocení efektivity řízení expozic při
výrobě a zpracování.
Závěry ?
• Panika není na místě !!!
• Nebezpečí vzniku psychologického odmítání
nanomateriálů
• Průmysl je odpovědný za posuzování
možných rizik z výroby a používání
nanomateriálů
• Předpokládá se samostatná legislativa
Nanotechnologie:
→ nové příležitosti pro zlepšování kvality života,
→ potenciál pro dosud nepoznané ekologické důsledky.