Pētnieki ir pavadījuši daudz laika un naudas, pētot jaunus nanotehnoloģiju lietojumus, taču salīdzinoši maz ir tērēts pētījumiem par šo daļiņu ietekmi uz cilvēku veselību un vidi. Elementi uzvedas atšķirīgi, ja tie ir izgatavoti ārkārtīgi mazā mērogā, tāpēc tie var reaģēt uz savu vidi neparedzētā veidā. Tās var iekļūt organismā tādos veidos, kā iepriekš nevarēja, ietekmējot smadzenes vai citus audus; tā kā daudzi no šiem elementiem standarta formā nevar pārraut asins/smadzeņu barjeru, neviens īsti nezina, kas notiks, kad viņi to izdarīs. Nanodaļiņu formas var būt arī diezgan atšķirīgas no elementam ierastajām, kas, iespējams, liek dzīvām sistēmām nezināt, kā uz tām reaģēt vai reaģēt negatīvi.
Kas ir nanotehnoloģija?
Nanotehnoloģijas ir zinātnes un inženierzinātņu joma, kas ietver 1–100 nanometru lielu daļiņu izpēti un manipulācijas ar tām. Nanometrs ir viena miljardā daļa no metra, un metrs ir aptuveni 39 collas. Daļiņām šajā lieluma diapazonā bieži ir neparastas īpašības, un ir cerība, ka tās var izmantot, lai sniegtu milzīgus ieguvumus tādās jomās kā zinātne, inženierija, medicīna un skaitļošana.
Nanodaļiņu uzvedība
Pēc ekspertu domām, problēma ir tāda, ka nanomērogā elementi uzvedas savādāk nekā lielāka izmēra daļiņas, kurās tie parasti sastopami. Piemēram, grafīta īpašības ir labi zināmas: tam ir īpaša pozīcija toksikoloģijas vadlīnijās un normālos apstākļos tas netiek uzskatīts par bīstamu vai reaģējošu materiālu. Nobela prēmijas laureāts fiziķis Ričards Smolijs no Raisa universitātes atklāja oglekļa nanocaurules un fullerēnus (bakibumbiņas) — oglekļa nanodaļiņas, kas oglekļa atomu izvietojuma dēļ tiek klasificētas kā grafīta formas. Tomēr šīs daļiņas uzvedas atšķirīgi no grafīta, padarot to klasifikāciju par potenciāli bīstamu.
Zinātnieki zina, ka vielas kļūst reaktīvākas, jo to daļiņas kļūst mazākas, jo virsmas laukums ir lielāks attiecībā pret tilpumu, nodrošinot lielāku virsmu, uz kuras var notikt ķīmiskas reakcijas ar noteiktu vielas daudzumu. Viens piemērs attiecas uz elementu dzelzi. Dzelzs nagla nepiedegs, bet tikpat daudz elementa ļoti smalka pulvera veidā spontāni aizdegsies, saskaroties ar gaisu. Tāpat vielas, kas parasti ir diezgan inertas, var iziet neparedzētas ķīmiskas reakcijas cilvēka ķermenī vai vidē, ja tās ir nanodaļiņu formā.
Kā nanodaļiņas mijiedarbojas ar dzīvām sistēmām
Jebkuru nanotehnoloģiju bīstamības novērtējumu sarežģī fakts, ka nanodaļiņu izmērs un forma var ietekmēt to bioaktivitāti un toksicitāti. Rezultātā vienkārša kategorizēšana, pamatojoties uz elementu zināmajām īpašībām, var nebūt iespējama. Viņu spēja mijiedarboties ar dzīvām sistēmām palielinās, jo tie bieži var iekļūt ādā, iekļūt asinsritē caur plaušām un šķērsot asins/smadzeņu barjeru. Nokļūstot ķermenī, var notikt turpmākas bioķīmiskas reakcijas, piemēram, brīvo radikāļu veidošanās, kas bojā šūnas un DNS. Cita problēma ir tāda, ka, lai gan ķermenim ir iebūvēta aizsardzība pret dabiskajām daļiņām, ar kurām tas saskaras, nanotehnoloģijas ievieš pilnīgi jaunas vielas, kuras ķermenis neatpazītu vai nespētu tikt galā ar tām.
Dažreiz daļiņu fizikālās, nevis ķīmiskās īpašības vien var padarīt tās bīstamas neparedzētā veidā. Azbests ir viens piemērs. Tā kā tas ir ķīmiski diezgan inerts, sākotnēji tika uzskatīts, ka tas ir nekaitīgs un tika plaši izmantots, taču, to sagriežot vai salaužot, šis materiāls rada sīkas, gaisā esošās šķiedras, kuras var ieelpot. Tagad ir noskaidrots, ka šīs šķiedras, nonākot plaušās, var izraisīt vēzi, un šķiet, ka efekts ir saistīts ar to izmēru un formu, kā arī to, kā tās mehāniski mijiedarbojas ar plaušu šūnām.
Kādā zinātniskā pētījumā konstatēts, ka daži oglekļa nanocauruļu veidi pēc izmēriem un formas ļoti atgādina azbesta šķiedras, un izmēģinājumi ar dzīvniekiem parādīja, ka nanocaurules izraisa iekaisumu un bojājumus audos, kas tiem pakļauti. Saikne ar vēzi vēl nav pierādīta, bet azbesta gadījumā slimība var attīstīties tikai vairākus gadu desmitus pēc iedarbības. Mūsdienās 3,000 nāves gadījumu gadā joprojām tiek attiecināti uz azbestu, kas radies gadu desmitiem ilgas lietošanas rezultātā. Tie, kas norūpējušies par nanotehnoloģiju iespējamām briesmām, cer izvairīties no līdzīga vai pat sliktāka nākotnes scenārija, jo īpaši ņemot vērā pieaugošo nanodaļiņu tirgu tādos dažādos produktos kā automašīnu krāsas, tenisa raketes un dekoratīvā kosmētika.
Pētījumi par nanodaļiņu ietekmi
2004. gada martā testos, ko veica vides toksikoloģe Eva Oberdērstere, Ph.D. no Dienvidu metodistu universitātes Teksasā, konstatēja plašu smadzeņu bojājumu zivīm, kuras bija pakļautas fullerēnu iedarbībai tikai 48 stundas ar relatīvi mērenu devu 0.5 daļas uz miljonu. — salīdzināms ar citu piesārņotāju līmeni līdzīgā vidē. Zivīm arī bija mainīti gēnu marķieri aknās, norādot, ka ir ietekmēta visa to fizioloģija. Vienlaicīgā testā fullerēni nogalināja ūdensblusas, kas ir svarīgs posms jūras barības ķēdē.
Oberdērstere nevarēja pateikt, vai fullerēni varētu izraisīt smadzeņu bojājumus arī cilvēkiem, taču viņa brīdināja, ka ir nepieciešami vairāk pētījumu un ka fullerēnu uzkrāšanās laika gaitā var radīt bažas, jo īpaši, ja tiem ļautu iekļūt pārtikas ķēdē. Bioloģisko un vides nanotehnoloģiju centra (CBEN) iepriekšējie pētījumi 2002. gadā norādīja uz nanodaļiņām, kas uzkrājas laboratorijas dzīvnieku ķermeņos, un vēl citi pētījumi parādīja, ka fullerēni brīvi pārvietojas pa augsni un tos varētu absorbēt sliekas. Tas ir potenciāls pārtikas ķēdes savienojums ar cilvēkiem un ir viens no iespējamajiem nanotehnoloģiju draudiem.
Ir pierādīts, ka arī citām nanodaļiņām ir nelabvēlīga ietekme. Kalifornijas Universitātes Sandjego 2002. gada sākumā veiktie pētījumi atklāja, ka kadmija selenīda nanodaļiņas, ko sauc arī par kvantu punktiem, var izraisīt saindēšanos ar kadmiju cilvēkiem. Kadmijs ir toksisks jebkurā formā, ko organisms var absorbēt, taču šo daļiņu nelielais izmērs var palielināt nejaušas iedarbības risku. 2004. gadā britu zinātnieks Vivjans Hovards publicēja sākotnējos atklājumus, kas norādīja, ka zelta nanodaļiņas var pārvietoties caur grūtnieces placentu uz viņas augli. Pat tālajā 1997. gadā Oksfordas zinātnieki atklāja, ka saules aizsarglīdzekļos izmantotās nanodaļiņas radīja brīvos radikāļus, kas bojā DNS.
Nākotne
Nav šaubu, ka nanodaļiņām ir interesantas un noderīgas īpašības un tās var dot lielu labumu, taču to iespējamās nelabvēlīgās ietekmes izpēte joprojām turpinās, un cilvēki jau ir pakļauti tām. Visvairāk apdraudēti ir darbinieki, kas nodarbināti nanodaļiņas saturošu produktu ražošanā: ASV Nacionālais darba drošības un veselības institūts (NIOSH) ziņo, ka vairāk nekā 2 miljoni amerikāņu ir pakļauti augstam šo daļiņu līmenim, un viņi uzskata, ka šis skaitlis pieaugs līdz 4 miljoniem. tuvākajā nākotnē. Vairākas grupas ir ierosinājušas moratoriju nanodaļiņas saturošu produktu ražošanai un tirdzniecībai un mudina pētniecību veikt pirms ražošanas, nevis pēc tās. Pastāv bažas, ka spēcīgas ekonomikas dzinulis un konkurence tirgū var būt svarīgāka par zinātnisko piesardzību attiecībā uz sabiedrības veselību un nanotehnoloģiju potenciālajiem apdraudējumiem.