Нанотехнології: поняття і сутність

Одним з основних питань є наявність високочутливих методів виявлення, ідентифікації  і кількісного визначення наноматеріалів у об'єктах навколишнього середовища, харчових продуктах і біологічних середовищах. При цьому повинні використовуватися методи оцінки, які характеризуються специфічністю, що дозволяє, і це дуже важливо, відрізнити наноматеріали від їхніх хімічних аналогів у вигляді суцільних фаз або макроскопічних дисперсій. Визначальним моментом в оцінці ризику є встановлення можливої токсичності наноматеріалів. Наявна сьогодні незначна кількість досліджень у цьому напрямку вказує на те, що наноматеріали можуть бути токсичними, тоді як їхній еквівалент у звичайній формі в цій же концентрації безпечний. Показано, що навіть однократна інгаляція вуглецевих нанотрубок і наночастинок деяких інших типів викликає в експериментальних тварин запальний процес у легеневій тканині з наступним некрозом кліток і розвитком фіброзу, що, можливо, здатне привести до канцерогенезу. Наноматеріали характеризуються нейротоксичністю, у тому числі, здебільшого, за рахунок проходження через гематоенцефалічний бар'єр, викликаючи окисний стрес в клітинах мозку; кардіотоксичність і гепатотоксичність наноматеріалів також визначається розвитком окисного стресу і запальної реакції, що призводить до апоптозу і некрозу клітин; є окремі відомості, що наночастинки можуть несприятливо впливати на систему згортання крові.

Таким чином, фактично в цей час токсичність різних наноматеріалів вивчена вкрай недостатньо, у тому числі немає даних по метаболізму і механізму їхньої дії, не визначені критичні органи і  системи. Узагальнюючи наявні літературні дані, варто звернути увагу на два факти. По-перше, у більшості проведених досліджень вказується на те, що визначальним в токсичності наноматеріалів є розвиток окисного стресу і ушкодження ДНК, що може привести до запальної реакції, апоптозу і некрозу клітини. При цьому, можливо, що на перший план виходить не кількість потраплених наноматеріалів, а площа їхньої поверхні, що і буде визначати їхню реакційну здатність. Крім того, не можна виключати і наявності інших механізмів, пов'язаних, зокрема, з ушкоджуючою дією наноматеріалів на клітинні мембрани і органели, посиленням транспорту потенційно токсичних компонентів через бар'єри організму, а також можливої генотоксичністю і алергізуючою дією.

По-друге, принципово важливою характеристикою, яку варто  враховувати при оцінці можливої токсичної дії наноматеріалів, є їхня нерозчинність у воді та біологічних середовищах. Дійсно, як тільки наночастинки розчиняються, усі ефекти, пов'язані з наявністю в них високорозвиненої поверхні та з різними процесами, що протікають гетерофазно, втрачаються, і по своїй токсичній дії водорозчинний наноматеріал нічим не буде відрізнятися від його аналога в макродисперсній формі. Тому вже на першому етапі оцінки безпеки наноматеріалів однієї з найважливіших характеристик є нерозчинність у водних середовищах.

Важним етапом є оцінка надходження, розподілу  і виведення наноматеріалів з  організму. У цей час вважається, що існує три основних шляхи надходження  наноматеріалів в організм людини: інгаляційний, через шкіру і преорально. Питання про можливі шляхи надходження наночастинок різної природи в організм, їхнього проходження через біологічні бар'єри, розподілу і нагромадження в різних органах і тканинах у цей час інтенсивно досліджується. У результаті експозиції наночастинками, що втримуються в повітрі, воді, а також вхідними до складу матеріалів одягу, парфюмерно-косметичних засобів, препаратів побутової хімії можливо їхнє проникнення в організм через неушкоджену шкіру.

Оцінка безпеки  наноматеріалів повинна включати наступні основні блоки:

- методи виявлення,  ідентифікації і кількісного  визначення наноматеріалів в  об'єктах навколишнього середовища, харчових продуктах і біологічних  середовищах, що дозволяють відрізнити  наноматеріали від їхніх аналогів  у традиційній, тобто макродисперсній  формі;

- вивчення взаємодії  наноматеріалів з ліпідами, білками,  нуклеїновими кислотами (ДНК,  РНК, клітинні мембрани, рибосоми, ферменти, цитохроми Р-450) у системах in vitro;

- вивчення механізмів  проникнення наноматеріалів через  біомембрани, зв'язування з мембранними рецепторами в системі in vitro;

- вивчення зміни  характеристик наночастинок у  складі модельних систем, що відтворюють  різні середовища організму (шлунковий  і кишковий уміст, кров, лімфа,  жовч, сеча і т.д.);

- визначення  параметрів гострої, підгострої і хронічної токсичності, органотоксичності (нейротоксичність, гепатотоксичність, кардіотоксичність, імунотоксичність, нефротоксичність та ін.) і віддалених ефектів (мутагенність, ембріотоксичність, тератогенність, канцерогенність), а також розподілу наноматеріалів по органах і тканинам;

- визначення  параметрів І і ІІ фази метаболізму  ксенобіотиків і системи антиоксидантного  захисту;

- вивчення впливу  наноматеріалів на експресію  генів, генотоксичність, апоптоз,  протеомний і метаболомний профілі,  потенційну алергенність;

- вивчення в  моделях in vitro виживаності пробіотичних  мікроорганізмів нормальної мікрофлори  шлунково-кишкового тракту в присутності  наноматеріалів, процесів усмоктування  наноматеріалів у шлунково-кишковому  тракті на моделях in situ та in vivo і визначення впливу наноматеріалів на мікробіоценоз шлунково-кишкового тракту.

Інтенсивне впровадження нанотехнологій у різних галузях  господарської діяльності неминуче ставить проблему не тільки впливу на людину і навколишнє природне середовище самих наноматеріалів, але й відходів, що утворяться при їхньому виробництві або перетворення у відхід споживання.

Дотепер не вивченим залишається питання методології  проведення еколого-гігієнічних досліджень по виявленню характеру і ступеню  небезпеки відходів нанокомпозитних матеріалів, не оцінений ступінь небезпеки технологій їхнього знешкодження і знищення. Тому одним з напрямів наукових досліджень на сучасному етапі може з'явитися розробка методологічних основ оцінки небезпеки відходів нанотехнологій. При цьому важливо науково обґрунтувати методологію проведення еколого-гігієнічних досліджень по виявленню характеру і ступеню небезпеки відходів нанокомпозитних матеріалів нового покоління. Розробити комплекс інтегрованих показників і критеріїв оцінки небезпеки відходів нанокомпозитних матеріалів і продуктів їхнього розчеплення і спалювання. Кінцевим результатом повинна бути підготовка методичних рекомендацій з еколого-гігієнічної оцінки небезпеки відходів нанокомпозитних матеріалів з обґрунтуванням основних принципів, показників і критеріїв, а також гігієнічних вимог і рекомендацій. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Висновок 
 

На думку експертів, нанотехнології стануть рушійною силою  наступної промислової революції, і змінюватимуть наш спосіб життя. Дослідження та розробки нанотехнологій знаходяться у стані підйому у гонитві за оригінальними та корисними речами, і в той час коли відбувається зліт фабричного виробництва, зовсім мало робиться для того, щоб ґарантувати безпеку суспільству та навколишньому середовищу.

За очікуваннями Національного наукового фонду США, за наступне десятиліття нанотехнології захоплять 1 трильйон доларів світового ринку.

Нанотехнології  обіцяють величезні потенційні вигоди у поліпшенні ледве не всіх видів  промислової продукції: комп'ютерів, автомобілів, одягу, продуктів харчування, медикаментів, батарейок і багато чого іншого. Але з іншого боку усе більше й більше постає питання: чи є вони безпечними?

Зростаюча кількість  наукових досліджень і звітів уряду  застерігає, що створені наночастинки можуть становити небезпеку для здоров'я людей та навколишнього середовища, хоча було проведено ще небагато досліджень щодо їхньої токсичності Отже, нанотехнології включають у себе широкий спектр технологій для контролю над структурою матерії на рівні атомів і молекул. Нанометр - це одна мільярдна метра, ширина 10 розміщених поруч атомів водню; товщина людської волосини дорівнює приблизно 80 тисячам нанометрів. Важко навіть уявити собі щось настільки мале, ще важче повірити, що це може використовуватися у виробничих процесах.

На такому мікроскопічному  рівні матерія поводить себе не так, як у нашому повсякденному житті  у цьому світі, де панує класична ньютонова фізика. У наносвіті  «властивості матерії обумовлюються  складним і багатим поєднанням класичної  фізики та квантової механіки», - мовилося в ексклюзивному онлайн-випуску журналу Scientific Americanза січень 2006 р. Також у більших кількостях мініатюрні наноречовини можуть мати величезну потужність через їх значно більше відношення площі поверхні до об'єму. Зі зменшенням величини частинок і ростом їхньої реакційної здатності, речовина, котра може бути інертною у мікро- чи макромасштабі, здатна набувати небезпечних властивостей у наномасштабі

Щодо соціальних та етичних проблем, то згідно до Vital Signs 2006-2007, серйозні побоювання не обмежуються питаннями безпеки й впливу на здоров'я: повинні бути вивчені й більш широкі соціальні й етичні наслідки. «Нанотехнічною революцією рухає погоня за прибутком - не потреба у розвитку людства… доки докорінними проблемами є убогість і соціальна несправедливість, нові технології ніколи не будуть універсальним їх вирішенням», - стверджується у звіті Vital Signs.

Я вважаю, щоб  досяти якомога кращих та корисних результатів - необхідна міжнародна координація: варто знайти способи узгодження наукових досліджень, розділяючи витрати й обмінюючись інформацією між країнами та між економічними регіонами.