Наноматериалы: Каковы окружающую среду и здоровье?

Более 500 потребительских товаров, содержащих наноматериалы находятся на рынке сегодня, и это число неуклонно растет (1). Поэтому, вполне разумно предположить, что здоровье человека и окружающую воздействия наноматериалов уже происходит.

Как и в предыдущих новейших технологий, таких как пестициды и генетически модифицированных продуктов питания, было сомнений и опасений по поводу состояния здоровья риски, связанные с нанотехнологиями. После создания Национальной нанотехнологической инициативы (NNI) в 2001 году, быстрое развитие новых приложений] nanomateria опередила исследований по связанным с этим окружающей среды, здоровья и безопасности (EHS) вопросы (2). NNI Поправки Закон 2008 года (боковой панели, с.38), которые предназначены для укрепления научно-исследовательской деятельности на пути к пониманию ГЭП влияния нанотехнологии, содержится призыв к созданию стандартной номенклатуры нанотехнологии, стандартных образцов для тестирования ГЭП, а также стандартные методы и процедуры оценки ГЭП наноматериалов "воздействия.

Некоторые люди утверждают, что восприятие общества нанотехнологии искажаться из-за необоснованных страхов, которые основаны на бедных научное обоснование и заявления различных экологических групп. Хотя может оказаться ненужным, реклама, когда речь заходит о безопасности нанотехнологий, опыт с материалами, такими, как хлорфторуглероды (ХФУ), полихлорированные biphenols (ПХД), асбеста и предложить было бы целесообразно, чтобы обнаружить и устранения любых потенциальных негативных последствий для здоровья человека и окружающей среды до использования наноматериалов становится распространенным. Для того, чтобы точно информировать общественность о влиянии нанотехнологий, техническое сообщество должно понять и четко сообщить о потенциальных экологических и медицинских последствий наноматериалов.

Внимание СМИ в связи с присутствием оксида цинка и наночастиц диоксида титана в солнцезащитных кремах является хорошим примером необходимости получения дополнительной информации и четкая коммуникация. Солнцезащитные кремы давно используют оксид цинка и диоксид титана. Преимущества наноразмерных версии этих химических веществ включают усиление рассеяния и поглощения (их UVprotective возможность оптимально на частицы размером менее 100 нм), а также четкие вид (из наночастиц меньше, чем длина волны видимого света, характерный белый цвет не видел невооруженным глазом после применения). Однако, поскольку наноразмерные материалы обладают уникальными свойствами, касается ли это наноматериал-содержащих продуктов может иметь негативные последствия для здоровья были подняты.

Некоторые заинтересованные стороны предостерегают от использования солнцезащитных кремов содержащих наночастицы. Например, чтобы информировать потребителей, "Друзья Земли" (<a target="_blank" href="http://www.foe.org" rel="nofollow"> www.foe.org </ A>) публикует Каталог (3), что относит солнцезащитные либо как nanocontaining или нано-бесплатно. Другие, такие как окружающей среды Рабочая группа (<a target="_blank" href="http://www.ewg.org" rel="nofollow"> www.ewg.org </ A>), рекомендуем окиси цинка и наночастиц диоксида титана основе солнцезащитных кремах, потому что они более эффективны в блокировании UVA излучения, чем альтернативные варианты (4). Несмотря на усиление научных исследований в области проникновения фотостабильности и цитотоксичность оксидных наночастиц, нет единого вывод был сделан на технические сообщества, оставляя потребителям рассуждать о безопасности наночастиц содержащие солнцезащитные средства.

Исследователи сталкиваются с рядом проблем в обеспечении надежных данных riskassessment для наноматериалов. Получение физиологически и экологически соответствующую информацию, на основе которых оценки рисков сложно. Лабораторные эксперименты являются основным средством получения данных о токсичности, а во многих случаях такие эксперименты отсутствие реализма и не отражают реальных условиях облучения. Таким образом, несмотря на повышенное внимание к наноматериалов ГЭП научное сообщество, неопределенность остается.

Прогресс в исследованиях токсикологии углеродных нанотрубок-иллюстрирует некоторые препятствия. Углеродные нанотрубки производиться по тем же службы по химии (КАС), как графит, который практически не известный токсичности. В 1998 году был поднят вопрос о том, нанотрубки могут стать "следующей asbestos1 'относительно последствий для здоровья из-за их физическое сходство (5). Сейчас, десять лет спустя, исследователи опубликовали доказательства того, что нанотрубки могут вызывать воспалительные эффекты, подобные тем видел после контакта с асбестом (6).

Хотя в настоящее время данные подтверждают о том, что углеродные нанотрубки могут обладать асбестом, как качества, важно соотнести уровни и методы воздействия, которые вызывают такие последствия того, что людей и окружающей среды, как правило, сталкиваются. Некоторые утверждают, что наноматериалы еще не развиты до такой степени, значительное воздействие происходит. Другие утверждают, что производство наноматериалов, согласно прогнозам, увеличится с предполагаемых 2300 тонн / год, производимых сегодня на 58000 т / год к 2020 году, и что воздействие будет продолжать расти (7, 8).

Будь нанотехнологии конкретных правил будет осуществляться контроль степени случайный, труда и окружающей среды воздействие неизвестно в данный момент. В настоящее время, наноматериалы могут регулироваться в соответствии с действующим законодательством. Некоторые правительства США учреждениями, такими, как по безопасности потребительских продуктов (CPSC), пищевых продуктов и медикаментов (FDA), безопасности и гигиене труда (OSHA), а также по охране окружающей среды (EPA), рассматривают, как применять текущие правила к нанотехнологии .

Существующие законы

Несколько экологических действий, возможно, уже применяются в области наноматериалов, в частности, их производство и "endof жизни" экологические последствия. EPA рассматривает толкование этих законов, как они относятся к наноматериалов, а также технических проблем в обеспечении наноматериала правил. Некоторые вопросы, связанные с толкованием настоящего Устава включать нанотехнологии, обсуждаются здесь. [Раздел Американской ассоциации адвокатов по вопросам окружающей среды, энергетики и ресурсов рассмотрел правовой применимости существующих уставов EPA с нанотехнологией, и опубликовала брифинг документов (9) на своем веб-сайте (<A HREF = "http://www.abanet. ORG / среда / нанотех "целевых =" _blank "относительной =" NOFOLLOW "> www.abanet.org / среда / нанотех </ A>).]

Контроле за токсичными веществами закона (TSCA) разрешает EPA для обзора и установить ограничения на производство, переработка, распространение, использование и / или удаление новых химических веществ, которые по охране окружающей среды определяет позу "необоснованный риск причинения вреда здоровью человека или окружающей среды ". Закон о чистом воздухе (ВГА) и Закон о чистой воде (КАМ) предоставить полномочия EPA создать на базе технологии ограничения и стандарты лечения на выбросы в атмосферу и жидких отходов, образующихся при производстве, использовании и утилизации наноматериалов. Отходы commercialscale номера нанотехнологии могут подпадать под сохранении и восстановлении ресурсов Закона (RCRA), если они соответствуют определению RCRA опасных отходов; степень регулирования в зависимости от количества опасных отходов и является ли отходов относятся, хранение или захоронение о месте. Всеобъемлющего экологического Ответ компенсации и ответственности (СЕРКЛА), более известный как закон Суперфонд, обеспечивает EPA с широкими полномочиями, чтобы требовать от сторон, что опасных веществ для очистки загрязненных участков ..

TSCA получил наибольшее внимание на сегодняшний день, потому что это считается основной закон, касающиеся последствий для окружающей среды химическими веществами. Тем не менее, определения того, наноматериалов являются "новыми" или "существующим" химических веществ, является ключевым вопросом, который необходимо прояснить, прежде чем TSCA правила могут быть применены.

На 28 января 2008, EPA начало наноматериалов попечительского программы (NMSP) и выпустил "TSCA инвентаризации Статус наноразмерных веществ - общий подход", который определяет, каким образом в настоящее время EPA определяет наноматериалов подпадают под TSCA (10). В этом документе подчеркивается, что EPA "молекулярной идентичности" химического вещества будет решающим фактором. TSCA (раздел 3 (2) (A)) говорится, что "химическое вещество" означает любое органическое или неорганическое вещество в частности молекулярной идентичности, в том числе (я) любую комбинацию таких веществ, находящихся в полностью или частично в результате химической реакции или встречающихся в природе, и (II) любой элемент или несвязанный радикальным ". Поэтому, если молекулярной идентичности наноматериалов такая же, как и химических уже включен в кадастр TSCA, которые его производят, не должны будут представить Premanufacture Уведомление (PMN) для этого наноматериала.

Интересно, что EPA заявил, что он не будет рассматривать различные формы физической наноматериалов, таких как размер, форма и дисперсии (агрегатов), при определении наноматериалов имеют разные молекулярные тождества из существующих химических веществ TSCA. Химические вещества, уже в инвентаре TSCA представляют как нано и крупных форм. Таким образом, производители наноматериалов состоит из химических веществ, перечисленных по инвентаризации TSCA не обязательно должны сообщить, что они являются производство наноразмерных форм химических веществ.

Смысл этого толкования, кажется, идет против основных тяги за бума нанотехнологий. Преимущества использования наноматериалов на их объема коллегами в первую очередь из-за их размера. В своей знаменитой лекции, физик Ричард Фейнман заметил: "на атомном уровне, у нас есть новые виды сил и новых видов возможности, новые виды воздействия" (11).

Переход от микроуровне на наноуровне приводит к двум основным изменения: увеличение доли surfacearea к объему, и появление квантовых размерных эффектов. Большие поверхности зоны к объему отношений сделать более реактивным наночастиц, поскольку большую часть своих атомов находятся на поверхности частиц. Квантовые размерные эффекты возникают тогда, когда размер частиц падает ниже радиусе Бора материала. Например, из-за квантовых удержания электронно-дырочной пары, оптические свойства квантовых точек являются размерно-зависимых и их пик поглощения могут быть настроены, контролируя размер частиц синтезированных (12). Кроме того, для biomedicai приложений, наночастицы выставки улучшение доставки и транспортные свойства, потому что они на порядки меньше, чем клетки (в которых учитываются около 10 мкм в диаметре).

Эти "новые виды воздействия" привели к сильным, жестким и темным цвет материалов еще не было. Тем не менее, эти последствия могут иметь непредвиденные последствия, как хорошо. Таким образом, независимо от того, наноматериал имеет объемный коллегой в инвентаре TSCA, важно, чтобы в полной мере характеризует наноматериалов и понять humanhealth и экологические последствия их свойства и области применения. Если основная форма наноматериалов на какой-либо из опасных химикатов списков, приемлемого порогового уровня максимального воздействия наноматериалов форма должна быть определена. EPA затем могла бы рассмотреть указанием нанотехнологии конкретные уровни приемлемого освобождения.

В настоящее время СЕРКЛА опасных веществ, перечень (13) не содержит никаких конкретных наноматериалов, но это список некоторых химических компонентов наноматериалов (например, мышьяк, кадмий, свинец, селен, tellerium) и объемных форм наноматериалов (например, сульфида свинца или серебра), а также отчетных пороги количества. Так как эти уровни основаны на массы, они не могут быть пригодны для наноматериалов. Кроме того, размер наноматериалов сказывается на их возможности транспорта, что позволяет им охвата районов, недоступных для их объемных аналогов. В результате, последствия вызвали на массовый порог для объемной формы могут возникать при более низких концентрациях их наноразмерных форме. Достаточные исследований не проводилось, чтобы определить, в какой степени различные наноматериалы могут быть опасны, и больше исследований в концентрации и условий экспонирования, что причиной токсичности наноматериалов для каждого должны быть продолжены.

Хотя EPA имеет полное право для регулирования химических веществ, которые создают необоснованные риски для здоровья человека или окружающей среде, он должен сначала провести оценку рисков. Оценка риска включает выявление и определение опасностей, оценка последствий воздействия, определение характеристик и анализа риска заражения и распространения и оценки оценок риска для улучшения управления рисками и смягчения их последствий (14).

Данные, полученные от фундаментальных исследований и регулярное тестирование, должны быть доступны, чтобы служить в качестве основы для прогнозных моделей. На сегодняшний день основным направлением исследований наноматериалов токсикологии было определение летальная концентрация (LC ^ 50 ^ к югу) уровни воздействия различных наноматериалов с использованием в пробирке человека, млекопитающих и бактериальных клеточных культурах, а также в естественных условиях позвоночных и беспозвоночных модельных систем . Хотя результаты ряда исследований токсичности наночастиц теперь доступны, системный подход к тестированию, не были созданы, и многие из ранних экспериментах не были предназначены для изоляции источника токсичности (15).

Последовательность в отчетности важно, чтобы пересмотр и crosscomparison данных наночастиц токсичности. Создание стандартизированной отчетности критерии нанотоксикологии исследования будут способствовать будущей оценки риска. Важно, чтобы в полной мере характеризует физико-химических характеристик (гидродинамический размера, формы, заряда, поверхностного слоя, дисперсность) наночастиц проходит тестирование. В основную программу в NMSP, EPA собрал предварительную информацию о наноматериалов от 25 производителей, а потому, что участие на добровольной основе, информацию об меняется в деталях. В результате, по охране окружающей среды получил неполное инвентаризацию того, что наноматериалы, в настоящее время в производстве и использовании, и лишь частичное базе текущего выводы о воздействии и характер воздействия этих наноматериалов.

Осторожного подхода

нынешняя практика EPA о классификации наноматериалов на основе объемной коллегами в целях TSCA предполагает, что наноматериалы только мелких образований их соответствующих сыпучих материалов, и что они должны обладать подобными свойствами. Однако, поскольку бум нанотехнологий на основе уникальных свойств, что наноматериалы обладают и объемных отсутствие материалов, это плохой предположение. Спорный в конечном счете, сводится к тому ли наноматериалов, как полагают, будут существенно отличаться от их объемных аналогов. Различные философские по безопасности наноматериалов эволюционировали от этого.

Некоторые утверждают, что нанотехнологии развитие должно основываться на принципе предосторожности, в которой говорится, "когда деятельность повышает угрозы вреда для здоровья человека или окружающей среде, меры предосторожности должны быть приняты, даже если некоторые причинно-следственные связи не в полной мере научно обосновала ... инициатор деятельности, а не общественность должны нести бремя доказывания "(16). На практике это потребует производителей, чтобы доказать, что их продукты не являются опасными, прежде чем продать.

Другие считают, что это неприятие риска может привести нанотехнологии прогресса в тупик. Ссылаясь на принцип предосторожности следует поощрять исследования по охране здоровья населения и окружающей среды. Тем не менее, вполне возможно, что эти усилия могут оказаться ненужными. Поэтому важно, чтобы отслеживать и собирать информацию по мере ее поступления, позволяющей проводить оценку мер предосторожности принимаются. Она должна быть возможность одновременно стимулировать стремление к прогрессу, продолжая усилия по выявлению и реагировать на любые непредвиденные последствия, которые могут возникнуть.

Наноматериалы не могут быть безопасными, но было бы преждевременным говорить, что они таят в себе опасность. Эта неопределенность является важным фактором, влияющим на решения, промышленности и государственных деятелей. Без достаточного объема данных для проведения тщательной оценки безопасности наноматериалов, эта неопределенность не останется.

Несмотря на доводы дисконтирования важность исследований в области здоровья человека и окружающую среду наноматериалов, таких исследований не требуется. Независимо от того, вероятность того, что риски, связанные с наноматериалами воздействия может оказаться незначительным, это обязательство ученых и инженеров, чтобы понять взаимосвязь этих новых материалов внедряются в жизнь общества и определить, если какой-либо неблагоприятных последствий для здоровья и окружающей среды могут возникнуть.

ЛИТЕРАТУРА

1. Keiner, S., "Комната на дно? Потенциальных государственных и местных стратегий по управлению рисками и преимущества нанотехнологий", Международным центром Вудро Вильсона для ученых, Вашингтон, округ Колумбия (11 марта 2008).

2. "О NNI," Национальный институт нанотехнологий, <a target="_blank" href="http://www.nano.gov/html/about/home_about.html" rel="nofollow"> www.nano.gov/ HTML / о компании / home_about.html </> (19 мая 2008).

3. Миллер Г., наноматериалы, Солнцезащитные кремы и косметика: Малый ингредиенты, большие риски "," Друзья Земли ", <A HREF =" http://www.foe.org/camps/comm/nanotech/nanocosmetics.pdf "мишень = "_blank" относительной = "NOFOLLOW"> www.foe.org / лагеря / комм / нанотех / nanocosmetics.pdf </> (май 2006).

4. Окружающей среды Рабочая группа ", солнцезащитный крем: Что Безопасные и того, что," <a target="_blank" href="http://www.cosmeticsdatabase.com/special/sunscreens/nanotech.php" rel="nofollow"> WWW. cosmeticsdatabase.com / специальных / солнцезащитные / <nanotech.php /> (19 мая 2008).

5. Службы, Р. F., "Нанотрубки: Следующая Асбест?, Наука, 281 (5379), стр. 941 (1998).

6. Польша, CA и др.. ", Углеродных нанотрубок вводится в брюшную полость мышей Показать Асбест-Like Патогенность в экспериментальном исследовании," Природа Nanolechnology, DOI: 10.1038/nnano.2008.111 (20 мая 2008).

7. "Нанонауки и нанотехнологии: возможности и неопределенности", Королевское общество, Королевской академии технических наук, Лондоне (июль 2004).

8. Мейнард, Д., нанотехнологии. Стратегия научных исследований по решению проблем рисками ", Международным центром Вудро Вильсона для ученых, Вашингтон, DC (2006).

9. Американская ассоциация адвокатов, "Нанотехнологии Раздел проекта" <a target="_blank" href="http://www.abanet.org/environ/nanotech/" rel="nofollow"> www.abanet.org / среда / нанотех / </ A>, ABA раздел охраны окружающей среды, энергетики и природных ресурсов, Chicago, IL.

10. США по охране окружающей среды ", TSCA инвентаризации Статус наноразмерных веществ - общий подход", EPA, Вашингтон, округ Колумбия (23 января 2008).

11. Фейнман Р., "Там есть много свободного места на дно", журнал микроэлектромеханических систем, 1 (1), с. 60-66. (1992).

12. Alivisatos А.П., "Полупроводниковые кластеры нанокристаллов и квантовые точки," Наука, 271 (5251), с. 933-937. (1996).

13. США по охране окружающей среды "," Сводный перечень химикатов, подпадающих под чрезвычайному планированию и праве общества на информацию закона (EPCRA) и Раздел 112 (г) Закона о чистом воздухе, "<A HREF =" http://www. epa.gov / ceppo "целевых =" _blank "относительной =" NOFOLLOW "> www.epa.gov / <ceppo />, pubs/title3.pdf, EPA Управление твердыми отходами и реагирования на чрезвычайные ситуации, Вашингтон, округ Колумбия (октябрь 2001).

14. Моррис, J., J. Willis, "Нанотехнологии" Белой книги ", охране окружающей среды США, Вашингтон, DC, <A HREF =" http://www.epa.gov/osa/pdfs/nanotech/epa-nanotechnology- официальный документ-0207.pdf "целевых =" _blank "относительной =" NOFOLLOW "> www.epa.gov/osa/pdfs/nanotech/epa-nanotechnology-whitepaper-0207.pdf </> (февраль 2007).

15. Левински, N., и др.. ", Цитотоксичности наночастиц," Малый, 4 (1), с. 26-49 (2008).

16. Наука и гигиены окружающей среды сети, "принцип предосторожности", <a target="_blank" href="http://www.sehn.org/precaution.html" rel="nofollow"> www.sehn.org / precaution.html </ A>, SEHN, Эймс, НМА.

Настасья Левински, рис Univ.

Настасья Левински является третий год биоинженерии аспиранта в оптических профессор молекулярной Ревекка Drezek в Imaging и Нанобиотехнологии Лаборатория Райс Univ. (E-почта: <a href="mailto:nal@rice.edu"> nal@rice.edu </ A>). Ее исследовательские интересы включают изучение возможности использования квантовых точек в естественных условиях выявление болезней на основе понимания механизмов, лежащих в квантовой точке токсичности, и решение общественных проблем в области политики по nanopartide безопасности. Левински получил степень бакалавра в области химического машиностроения Райс Univ. Летом между ней младших и старших лет, она участвовала в Вашингтоне, стажировки для студентов инженерных наук (WISE) программы, где ее исследований, направленных на нанотехнологии политики и экологических проблем регулирования (<A HREF = "http://www.wise- intern.org/journal/2005/Lewinskisum.html "целевых =" _blank "относительной =" NOFOLLOW "> www.wise-intern.org/journal/2005/Lewinskisum.html </ A>).