11/18/2013. Úvod do nano- a mikrotechnologií

Transkript

1 K. Záruba původ přírodních nanočástic: viry (10 60 nm) bakterie (30 nm 10 mm) pouštní prach (ca 100 nm) vulkanické erupce, požáry (pra)lesů egiony/moravskoslezsky/fotogalerie/f oto/346356/?cid=

2 původ umělých nanočástic: kvantové tečky (5 20 nm) uhlíkové nanočástice (1-5 nm x 10 mm) pigmenty ( nm) tonery ( nm) nechtěné vedlejší produkty naftový motor (7 nm 40 nm) spaliny při svařování nečistoty vzniklé při jiné výrobě Vesmír 2011, 90, 212 The European Commission s Scientific Committee on Emerging and Newly Identified Health Risks (SCENIHR): Experts are of the unanimous opinion that the adverse effects of nanoparticles cannot be predicted (or derived) from the known toxicity of material of macroscopic size, which obey the laws of classical physics. The U.K. Royal Society and Royal Academy of Engineering: Substances made using nanotechnology should be considered new chemicals and undergo extra safety checks before they hit the market to ensure they do not pose a threat to human health. New paradigms of toxicology testing have been proposed (Nel et al., Science (2006); Oberdorster et al., Particle and Fibre Toxicology (2005)). Roční produkce nanomateriálů se odhaduje na tisíce tun Odhad prodejů za rok 2009 byl 11 miliard dolarů a v roce 2015 by to mělo být asi 26 miliard $ Barvy a nátěry, povrchová úprava materiálů, sportovní zboží, krémy na opalování, kosmetika, oděvy odolné proti ušpinění, jídlo a obaly na něj, LED pro displeje počítačů, mobilů a digitálních kamer (Photo by David Hawxhurst-Woodrow Wilson International Center for Scholars.) 2

3 JIž (brzy) na trhu: opalovací krémy s vysokými UV faktory účinné filtry, filtry mikročástic s minimální tlakovou ztrátou desinfekce nanočásticemi stříbra umístěnými v textiliích (nanoponožky) a filtrech (desinfekce vody) samočisticí okna, tedy okna s nanovrstvou, které nebude zapotřebí umývat snowboardová prkna potažená nanovrstvou povlaky na vagonech a zdech domů, které znemožní sprejerská grafitti atd. jiné vlastnosti makro- a nanoformy materiálu efekt velikosti a povrchu změna reaktivity nanotoxikologie studuje biologickou aktivitu nanočástic interakce mezi nanočásticemi a živými orgány interakce nanočástic s buňkami, cytotoxicita interakce s biomolekulami (proteiny, DNA) vliv na imunitní systém 3

4 expozice dávka citlivost reakce Inhalace: Vdechnuté částice způsobují záněty dýchacích cest, až poškození tkáně. Příklad: Inhalací křemičitanových nanočástic pracovníky výroby vede k silikóze. Kožní kontakt: Částice mohou vstupovat kůží. Potenciální rizika dosud nejsou známá. Požití: Orálně podané nanočástice (orálně podávané léčivo) se mohou kumulovat v játrech. Alergická reakce imunitního systému může vést k trvalým následkům. JInak: oční sliznice,. Adapted from presentation of Vicki Colvin, Rice University. vstup do živých buněk endocytosou vazba na membránový receptor prostupem (penetrací) často u hydrofóbních NP membránovým kanálem transportní enzymy pro velmi malé NP (<5 nm?) 4

5 akumulace způsobená špatnou degradovatelností, nedostatečným vylučováním mnoho NP není biodegradabilní koncentrace akumulovaných NP v potravním řetězci stoupá přírodní jemně vláknité hořečnaté křemičitany trvanlivý a nehořlavý materiálu pro ohnivzdorné látky a hlavně pro tepelnou a elektrickou izolaci v přístrojích a v budovách azbest není jedovatý a nemá ani žádné podezřelé chemické vlastnosti ALE azbestová vlákna jen kvůli svému tvaru a malé velikosti pronikají při vdechnutí hluboko do plic a poškozují jejich tkáň 5

6 azbest nanotrubice nanočástice v laboratorních studiích některé nanočástice způsobily poškození DNA, mitochondrií a dokonce i buněčnou smrt nanočástice ZnO a TiO 2 jsou fotoaktivní, produkují reaktivní radikály, které poškozují DNA fullereny v pokusech in vitro poškozovaly lidské jaterní buňky snazší prostup membránami (do buněk, tkání a orgánů), transport krevním řečištěm Wang 2010 NanoTox SS talk (final)-1.pptx 6

7 mobilita rychlejší prostup vodním a půdním systémem transport velký a aktivní povrch nanočástic může sloužit k adsorpci malých polutantů a tím přispět k jejich šíření reaktivita neškodné látky v ŽP mohou být transformovány na jedovaté polutanty díky reakci na povrchu nanočástic ZnO pigmenty, opalovací krémy kromě krystalové struktury je třeba znát i nečistoty agregace a precipitace v daném médiu mění vlastnosti 7

8 oxidativní rozpad DNA kometový test (poškozená DNA při elektroforéze vycestuje z jádra buňky) současná studie z Austrálie ukazuje, že denní použití opalovacího krému snižuje riziko vzniku melanomu o 50 % a rozvoje rakoviny dlaždicových buněk o 39% důležitost ochrany proti slunci je proto neoddiskutovatelná Green AC, Williams GM, Logan V, Strutton GM. Reduced Melanoma After Regular Sunscreen Use: Randomized Trial Follow-Up. Journal of Clinical Oncology. January 20, 2011;29(3): nanoaditiva (liposomy) uživatelé opalovacích krémů s nanočásticemi jsou vystavení záření UV-A o 20 % méně nano-zno ani nano-tio 2 neprostupují svrchní vrstvou kůže k živým buňkám, nepředstavují proto riziko neprostupují ani vlasovými kořínky Titanium Dioxide Produces Reactive Oxygen Species Implications for Nanoparticle Neurotoxicity Nano-TiO2 in skincare products Real risk for CNS? Its effectiveness in deactivating pollutants and killing microorganisms relates to photoactivation and the resulting free radical activity. This property, coupled with its multiple potential exposure routes, indicates that nanosized TiO2 could pose a risk to biological targets that are sensitive to oxidative stress damage (e.g., brain). Green AC, Williams GM, Logan V, Strutton GM. Reduced Melanoma After Regular Sunscreen Use: Randomized Trial Follow-Up. Journal of Clinical Oncology. January 20, 2011;29(3):

9 The Samsung Silver Nano Health System Presentation, ACS, January, 2004 varovné zkušenosti - existují případy v minulosti, kdy regulační orgánu propadly nadšení z úžasných nových materiálů nebo technologií a teprve časem byly odhaleny problémy (např. azbest, freony, DDT, PCB) přiměřená regulace - ochrana zaměstnanců, veřejnosti a životního prostředí před dopady nanočástic ve všech jejich stádiích existence potřeba spolehlivých studií adekvátní, veřejné, nezávislé a recenzované studie dopadů nanočástic na zdraví a ŽP Wang 2010 NanoTox SS talk (final)-1.pptx 9

10 SOT Ostraat NanoRegistry March 2011.pptx SOT Ostraat NanoRegistry March 2011.pptx Co studuje nanotoxikologie? Jaké tři faktory rozhodují o toxicitě? Jaké existují cesty vstupu xenobiotik (nanočástic) do lidského organismu? Wang 2010 NanoTox SS talk (final)-1.pptx 10