Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 

Нанотоксичность (nanotoxicity)

Ключевые слова:  наноазбука, периодика

Автор(ы): Наноазбука (первая версия)

Опубликовал(а):  Гудилин Евгений Алексеевич

18 декабря 2008

"Все в мире есть яд, и лишь только

доза делает вещество безопасным"

Парацельс

Способность безвредных веществ при сильном измельчении становиться опасными для здоровья человечество открыло давно, задолго до появления нанотехнологий. Еще в древние времена люди, занятые выплавкой цинка, страдали от цинковой лихорадки, вызванной вдыханием аэрозолей окиси цинка. Так же всем известно канцерогенное действие асбестовой пыли, вызывающей рак легких и брюшины. Но все-таки самый масштабный ущерб здоровью наносит вдыхание наночастиц углерода, образующихся при неполном сгорании органического топлива в двигателях автомобилей, на электростанциях, особенно в больших количествах попадающих в легкие человека в процессе курения. Дело в том, что защитные механизмы легких совершенно не способны переработать или удалить углеродную пыль, и она остается там навсегда, вызывая рефлекторное сужение бронхиол и альвеол и снижая количество кислорода в крови. Нельзя не вспомнить также о том, что асбест запрещен к использованию в большинстве развитых стран просто потому, что его микроскопические волокна могут вызвать при вдыхании серьезные онкологические заболевания. В эпоху нанотехнологической революции ученые, создавая и используя новые наноматериалы, должны чувствовать ответственность перед обществом, учиться прогнозировать влияние наночастиц на здоровье людей и экологию всей планеты. Для этого необходимо знать «токсикологию наночастиц».

Характерная особенность веществ в наносостоянии – это способность “проходить” через защитные системы организма. Например, частицы мельче нескольких сотен нанометров легко проникают во внутрилегочное пространство, а нанометровые частицы свободно поступают из легких в кровоток. Именно так попадает в организм человека вирус гриппа, являющийся сложной природной наночастицей.

Если проникновение наночастиц в легкие происходит, как правило, против нашего желания, то на кожу мы их наносим добровольно и с огромным удовольствием – наночастицы являются ключевой составляющей большинства всевозможных кремов, рекомендованных дерматологами и косметологами. Действительно, кремы для «омоложения» кожи содержат наноразмерные липосомы, а актуальные в период летних отпусков кремы «от загара» – высокоэффективные наночастицы оксидов титана TiO2 и цинка ZnO, поглощающие УФ-часть солнечного спектра. Однако практически никто не задумывается о том, что нано-TiO2 проникает внутрь кожи и обнаруживаются в эпидерме уже через 8 ч после нанесения крема. Не удивительно, что с момента начала массового применения таких кремов заболеваемость раком кожи, к примеру, в США увеличилась на 90%! В отличие от дыхательной системы и кожи, поведение наночастиц в желудочно-кишечном тракте мало исследовано – известно лишь, что они быстро выводятся из организма.

Опираясь на накопленные к настоящему моменту знания о свойствах различных наночастиц, можно выделить три основные причины их вредного воздействия на здоровье человека. Во-первых, токсичным может быть основное вещество наночастицы, как, например, в случае «квантовых точек» – именно Cd2+, токсичность которого велика как в нано-, так и в макросостоянии, является причиной токсичности для индивидуальных клеток водорастворимых наночастиц селенида кадмия CdSe. При этом цитотоксичность CdSe коррелирует с количеством кадмия, выделившегося из них при окислении, и может быть многократно снижена при покрытии оболочкой из ZnS или SiO2. В качестве другого примера можно привести ультрадисперсные частицы оксида бериллия, а также металлического бериллия и его соединений, вдыхание которых вызывает медленно развивающееся заболевание легких со смертельным исходом – бериллоз. В то время как компактный оксид бериллия BeO - исключительно инертный и безвредный для здоровья материал, высокореакционные наночастицы этого оксида, попадая в клетки легких, дают растворимый фосфатный комплекс Ве2+, который ингибирует фосфатазу и вызывает гибель клеток.

Во-вторых, даже если попавшие в организм наночастицы сами по себе безвредны, некоторые из них могут выступать в роли катализаторов образования токсичных веществ. Так ведут себя рассмотренные выше наночастицы TiO2 и ZnO, катализируя фотоокисление, вирусы, наночастицы оксидов железа и некоторых других металлов, вызывающие металлическую (в частности, цинковую) лихорадку.

И, наконец, специфическое воздействие вещества на организм может быть обусловлено непосредственно тем, что оно находится в наносостоянии. Например, химически инертный и безопасный полимер фторопласт, широко используемый для изготовления посуды, будучи распыленным в воздухе в виде наночастиц диаметром 26 нм в ничтожной концентрации (60 мкг/м3) способен убить крысу за 30 минут, вызывая кровоизлияния в легких. Возможно, в это сложно поверить, но фторопластовая нанопыль на порядок токсичнее, чем боевое отравляющее вещество VХ! А вдыхание аэрозолей наночастиц диоксида кремния SiO2 вызывает силикоз – хроническое разрушение легких, в то время как в макрокристаллическом состоянии он абсолютно безопасен – это самый обычный песок, которым покрыты пляжи и наполнены детские песочницы. Таким образом, специфика наночастиц состоит в большой роли поверхности, химия которой (оборванные связи, адсорбированные молекулы) радикально отличается от химии объемного материала – для одного и того же вещества мелкие наночастицы токсичнее крупных. Кроме того, проникнув в клетку, наночастицы способны прилипать к различным органеллам и деформировать ДНК, вызывая структурные разрушения и мутации.

Определенное значение в нанотоксичности имеет форма наночастиц. Анизотропные наночастицы (например, волокна асбеста) ассоциируются с увеличением риска фиброза и рака лёгких. Аэрозоль «углеродных нанотрубок» приводит к прорастанию волокон и утолщению соединительной ткани в легких мышей. Попадая в эпидермис, нанотрубки вызывают выделение клетками кожи цитокина, являющегося модулятором воспалительных процессов.

В заключении, хотелось бы обратить внимание на приведенные в эпиграфе слова Парацельса. Даже такое полезнейшее вещество, как кислород в больших дозах ядовито – через трое суток нахождения в атмосфере чистого кислорода человек погибает от отека легких. Для большинства же наночастиц токсичные дозы неизвестны, остается лишь надеяться, что в будущем они будут определены, а пока просто следует соблюдать элементарную осторожность при работе с такими объектами.

Литература

G.Oberdörster, E.Oberdörster, J.Oberdörster, Nanotoxicology: an emerging discipline from studies of ultrafine particles, Environmental Health Perspectives, 2005, v.113, 823

P Hoet., I.Bruske-Holfeld, O.Salata, Nanoparticles – known and unknown health risks, J. Nanobiotechnology 2 (2004) 12


В статье использованы материалы: Нанометр


Средний балл: 10.0 (голосов 7)

 


Комментарии
Рулев Максим Игоревич, 18 декабря 2008 20:19 
она еще и бывает токсична
Степанов Николай, 24 декабря 2008 18:36 
А вот ребята из Питтсбурга придумали, как с ней (нанотоксичностью нанотрубок) бороться:

Нетоксичный метод ликвидации потенциально токсичных наноматериалов

=>>> Для ликвидации нанотрубок они подвергли их воздействию раствора пероксидазы хрена в присутствии низких концентраций перекиси водорода при 4°С в течение 12 недель...
Трусов Л. А., 24 декабря 2008 18:42 
для рекламы у нас другой раздел предусмотрен.
а наноньюснету следует тщательнее относиться к подбору материала и качеству его подачи.
Чернышов Иван Юрьевич, 26 декабря 2008 22:34 
А каким образом фторопласт вызывает кровоизлияния?
Владимир Владимирович, 27 декабря 2008 13:44 
Инертный фторопласт, как и любые очень крохотные (наноразмерные) сильно гидрофобные частицы благодаря своей высокой энергии поверхности собирают вокруг себя (сегрегируют) ПАВы, особенно биологических мембран и особенно в легких, где ПАВы - ключевые компоненты.
К слову, обыкновенные наноэмульсии (по старинке микроэмульсии) обычных масел - эффективные антибактериальные агенты. Даже Нанопродукт Номер 2!
Вот более серьезная ссылка.
Насколько я себе это представляю, заряд не является ключевым условием, ведь работают и отрицательно (лаурил сульфаты) и положительно (ЦТАБ) заряженные наноэмульсии. Неионогенные ПАВы также упоминаются. Вдобавок, сильно заряженные гидрофильные частицы диоксида кремния не являются бактерицидными. Было бы интересно обсудить.

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

SWNT (14,5)
SWNT (14,5)

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Броуновское движение скирмионов.Растягиваем графен правильно. Красное вино, кофе и чай помогают создавать материалы для гибкой носимой электроники. Металлическая природа кремния и углерода.

К 2023 году российские химики могут занять 4-е место в мире
Эксперты отметили рост числа научных публикаций отечественных ученых и сообщили, что к 2023 году российские химики могут занять 4-е место в мире по публикационной активности.
27 – 29 ноября в рамках юбилейных мероприятий Химического факультета МГУ и торжественной церемонии закрытия Международного года Периодической таблицы химических элементов эксперты подвели итоги 2019 г.

Итоги Менделеевского Года
28 ноября в Фундаментальной библиотеке МГУ состоялось торжественное закрытие Международного года Периодической таблицы химических элементов Д.И.Менделеева.

Константин Жижин, член-корреспондент РАН: «Бор безграничен»
Наталия Лескова
Беседа с К.Ю. Жижиным, заместителем директора Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова по научной работе, главным научным сотрудником лаборатории химии легких элементов и кластеров.

Мембраны правят миром
Коллектив авторов, Гудилин Е.А.
Ученые МГУ за счет детального изучения структурных и морфологических характеристик материалов на основе оксида графена и 2D-карбидов титана, а также моделирования их свойств, улучшили методы создания мембран для широкого круга практических применений.

Лекция про Дмитрия Ивановича и Наномир на Фестивале науки
Е.А.Гудилин и др., Фестиваль науки
В дни Фестиваля науки «NAUKA 0+» на Химическом факультете МГУ ведущие ученые познакомили слушателей с самыми современными достижениями химии. Ниже приводится небольшой фоторепортаж 1 дня и расписание лекций.

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.