Raziskovalci so porabili veliko časa in denarja za raziskovanje novih aplikacij za nanotehnologijo, vendar je bilo relativno malo porabljenega za raziskave učinkov teh delcev na zdravje ljudi in okolje. Elementi se obnašajo drugače, če so narejeni v izjemno majhnem obsegu, zato se lahko na svoje okolje odzovejo na nepričakovane načine. Morda bodo lahko vstopili v telo na načine, ki jih prej niso mogli, in prizadenejo možgane ali druga tkiva; ker mnogi od teh elementov ne morejo prekiniti krvno-možganske pregrade, ko so v svoji standardni obliki, nihče v resnici ne ve, kaj se bo zgodilo, ko to storijo. Oblike nanodelcev so lahko tudi precej drugačne od običajnih za element, kar lahko povzroči, da živi sistemi ne vedo, kako bi se nanje odzvali ali pa bi se odzvali negativno.
Kaj je nanotehnologija?
Nanotehnologija je področje znanosti in tehnike, ki vključuje preučevanje in manipulacijo z delci velikosti 1-100 nanometrov. Nanometer je milijarda metra, pri čemer je meter približno 39 palcev. Delci v tem razponu velikosti imajo pogosto nenavadne lastnosti in upamo, da jih je mogoče izkoristiti za velike koristi na področjih, kot so znanost, inženiring, medicina in računalništvo.
Obnašanje nanodelcev
Po mnenju strokovnjakov je težava v tem, da se elementi na nanomerilu obnašajo drugače od delcev večjih velikosti, v katerih se običajno srečujejo. Na primer, lastnosti grafita so dobro znane: ima poseben položaj v toksikoloških smernicah in se v normalnih okoliščinah ne šteje za nevaren ali reaktiven material. Nobelov nagrajenec fizik Richard Smalley z univerze Rice je odkril ogljikove nanocevke in fulerene (buckyballs) – nanodelce ogljika -, ki so zaradi načina razporejanja ogljikovih atomov kategorizirani kot oblike grafita. Ti delci pa se obnašajo drugače kot grafit, zaradi česar je njihova razvrstitev potencialno nevarna.
Znanstveniki vedo, da snovi postanejo bolj reaktivne, ko se njihovi delci zmanjšajo, ker je površina večja glede na prostornino, kar zagotavlja večjo površino, na kateri lahko pride do kemičnih reakcij za določeno količino snovi. En primer se nanaša na element železo. Železni žebelj ne bo zagorel, vendar se bo enaka količina elementa v obliki izjemno finega prahu spontano vžgala, ko je izpostavljena zraku. Podobno lahko snovi, ki so običajno dokaj inertne, v obliki nanodelcev doživijo nepričakovane kemične reakcije v človeškem telesu ali v okolju.
Kako nanodelci vplivajo na žive sisteme
Vsaka ocena nevarnosti nanotehnologije je zapletena zaradi dejstva, da lahko velikost in oblika nanodelcev vplivata na njihovo bioaktivnost in strupenost. Posledično preprosta kategorizacija, ki temelji na znanih lastnostih elementov, morda ne bo mogoča. Njihova sposobnost interakcije z živimi sistemi se poveča, ker lahko pogosto prodrejo v kožo, vstopijo v krvni obtok preko pljuč in prečkajo krvno/možgansko pregrado. Ko so v telesu, lahko pride do dodatnih biokemičnih reakcij, kot je ustvarjanje prostih radikalov, ki poškodujejo celice in DNK. Drugo vprašanje je, da medtem ko ima telo vgrajeno obrambo za naravne delce, s katerimi se srečuje, nanotehnologija uvaja popolnoma nove snovi, ki jih telo ne bi prepoznalo ali se z njimi ne bi moglo spopasti.
Včasih lahko fizične lastnosti delcev v nasprotju s kemičnimi lastnostmi povzročijo, da so nevarni na nepričakovane načine. Azbest je en primer. Ker je kemično precej inerten, so sprva menili, da je neškodljiv in je bil široko uporabljen, ko pa ga razrežemo ali zlomimo, ta material proizvede drobna vlakna v zraku, ki jih je mogoče vdihniti. Zdaj je bilo ugotovljeno, da lahko ta vlakna povzročijo raka, ko se zadržujejo v pljučih, in zdi se, da je učinek posledica njihove velikosti in oblike ter načina mehanske interakcije s pljučnimi celicami.
Ena znanstvena študija je pokazala, da so nekatere vrste ogljikovih nanocevk po svojih dimenzijah in obliki zelo podobne azbestnim vlaknom, testi na živalih pa so pokazali, da nanocevke povzročajo vnetja in lezije v tkivih, ki so jim izpostavljeni. Povezava z rakom še ni dokazana, toda v primeru azbesta se lahko bolezen razvije šele nekaj desetletij po izpostavljenosti. Danes se azbestu zaradi desetletne uporabe še vedno pripisuje 3,000 smrti na leto. Tisti, ki se ukvarjajo z možnimi nevarnostmi nanotehnologije, upajo, da se bodo izognili podobnemu ali še slabšemu scenariju v prihodnosti, zlasti če upoštevamo rastoči trg nanodelcev v tako raznolikih izdelkih, kot so avtomobilske barve, teniški loparji in ličila.
Študije o učinkih nanodelcev
Marca 2004 so testi, ki jih je izvedla okoljska toksikologinja dr. Eva Oberdörster, z univerze Southern Methodist University v Teksasu, odkrili obsežne poškodbe možganov pri ribah, ki so bile izpostavljene fulerenom v obdobju samo 48 ur pri razmeroma zmernem odmerku 0.5 delcev na milijon. — primerljive z ravnmi drugih onesnaževal v podobnih okoljih. Ribe so pokazale tudi spremenjene genske markerje v jetrih, kar kaže, da je bila prizadeta njihova celotna fiziologija. V sočasnem testu so fulereni ubili vodne bolhe, ki so pomemben člen v morski prehranjevalni verigi.
Oberdörsterjeva ni mogla povedati, ali bi fulereni povzročili tudi poškodbe možganov pri ljudeh, je pa opozorila, da je potrebnih več študij in da bi lahko kopičenje fulerenov sčasoma predstavljalo skrb, zlasti če bi jim dovolili vstopiti v prehranjevalno verigo. Prejšnje študije Centra za biološko in okoljsko nanotehnologijo (CBEN) leta 2002 so pokazale, da so se nanodelci kopičili v telesih laboratorijskih živali, druge študije pa so pokazale, da fulereni prosto potujejo skozi zemljo in jih lahko absorbirajo deževniki. To je potencialna povezava prehranjevalne verige do ljudi in predstavlja eno od možnih nevarnosti nanotehnologije.
Izkazalo se je, da imajo tudi drugi nanodelci škodljive učinke. Raziskave na Kalifornijski univerzi v San Diegu v začetku leta 2002 so pokazale, da nanodelci kadmijevega selenida, imenovane tudi kvantne pike, lahko povzročijo zastrupitev s kadmijem pri ljudeh. Kadmij je strupen v kateri koli obliki, ki jo telo lahko absorbira, vendar lahko majhna velikost teh delcev poveča tveganje za nenamerno izpostavljenost. Leta 2004 je britanski znanstvenik Vyvyan Howard objavil začetne ugotovitve, ki kažejo, da se zlati nanodelci lahko premikajo skozi posteljico nosečnice do njenega ploda. Še leta 1997 so znanstveniki v Oxfordu odkrili, da so nanodelci, uporabljeni v kremi za sončenje, ustvarili proste radikale, ki poškodujejo DNK.
Prihodnost
Nobenega dvoma ni, da imajo nanodelci zanimive in uporabne lastnosti ter lahko prinesejo velike koristi, a raziskave njihovih možnih škodljivih učinkov še potekajo, ljudje pa so jim že izpostavljeni. Najbolj ogroženi so delavci, zaposleni pri proizvodnji izdelkov, ki vsebujejo nanodelce: ameriški nacionalni inštitut za varnost in zdravje pri delu (NIOSH) poroča, da je več kot 2 milijona Američanov izpostavljenih visokim ravnem teh delcev in verjamejo, da se bo ta številka povečala na 4 milijone v bližnji prihodnosti. Številne skupine so predlagale moratorij na proizvodnjo in trženje izdelkov, ki vsebujejo nanodelce, in pozivajo k raziskavam, naj pred proizvodnjo in ne sledijo njej. Obstajajo pomisleki, da bi močni gospodarski pogoni in konkurenca na trgu morda imeli prednost pred znanstveno preudarnostjo, ko gre za javno zdravje in morebitne nevarnosti nanotehnologije.