nano.tul.cz Inovace a rozvoj studia nanomateriálů na TUL

Transkript

1 Inovace a rozvoj studia nanomateriálů na TUL nano.tul.cz Tyto materiály byly vytvořeny v rámci projektu ESF OP VK: Inovace a rozvoj studia nanomateriálů na Technické univerzitě v Liberci

2 Toxicita CNTs Ivana Veverková TUL, 2013

3 Uhlíkové nanotrubice 2

4 CNTs v životním prostředí Součást životního prostředí po tisíciletí Produkty spalování, přírodních erupcí Produkce při spalování plynu agregáty z plynových sporáků obsahují až o dva řády vyšší množství CNTs než vzduch MWCNTs objeveny v let starém vzorku ledového jádra z Islandu 3

5 CNTs v životním prostředí Synteticky vyráběné CNTs mají stejnou strukturu jako ty vyskytující se v přírodě Pro přírodní CNTs potvrzena stejná toxicita jako pro agregáty černého uhlí Klinické studie astmatické populace v USA prokázala, že 83 % žen s mírným až těžkým astmatem jsou vystaveny častému působení agregátů z plynového vařiče» souvislost CNTs s astmatem a/nebo alergiemi v populaci 4

6 DE VOLDER, Carbon Nanotubes: Present and Future Commercial Applications Vývoj ve výzkumu a komercializaci CNTs 5

7 Proč se očekává toxicita CNTs Mají nano-rozměry, tudíž by mohly být toxičtější než částice větších rozměrů Jsou jehlovitého tvaru, tudíž by se mohly chovat stejně jako azbest, jehož toxicita je spojena právě s tvarem částice Jsou v podstatě grafitové, tak se očekává, že budou bioperzistentní, hydrofobní 6

8 TEM snímky CNTs 7 KAYAT, J. Pulmonary toxicity of carbon nanotubes: a systematic report.

9 KAYAT, J. Pulmonary toxicity of carbon nanotubes: a systematic report. Distribuce CNTs v organismu 8

10 Využití CNTs v medicíně schopnost vázat enzymy a proteiny na povrch nebo do kavity Biosenzory (rozpoznání antigenů, reakce katalyzované enzymy, hybridizace DNA) Substráty pro neuronální růst Elektromechanické aktuátory pro umělé svaly Zobrazovací markery 9

11 Testování toxicity CNTs Toxicita CNTs zkoumána pouze 4-5 let zpět In vivo studie laboratorní myši, králíci, morčata In vitro studie lidské buněčné typy (makrofágy, rakovinné buňky, leukemické buňky, lymfocyty, epitelové buňky..) Výsledky studií rozporné, nejednotné vliv mnoha faktorů na straně nanomateriálu i buněčného materiálu na výsledné pozorování 10

12 Chování CNTs v savcích» studie Cherukuri a kol. (2006) «Zkoumali eliminaci SWNTs v krevním řečišti Intravenózně 20 μg/kg, po sledovaný čas 24 h králík vykazoval normální chování Po 24 h byla signifikantní koncentrace SWNTs nalezena pouze v játrech, CNTs deagregovaly Sledováno IR fluorescencí Žádné orgánové abnormality ani patologické odlišnosti od kontrolního králíka 11

13 Chování CNTs v savcích» studie Cherukuri P a kol.«a, B IR flourescence (malé body jsou artefakty) C, D zeleně SWNTs 12

14 Působení CNTs v plicích» studie Huczko a kol. (1997) «Sledoval působení CNTs obsahujících saze Aplikováno morčatům intratracheálně, dávka 25 mg Neprokázány žádné změny funkce plic, neobjevena signifikantní zánětlivá reakce v bronchoalveolární oblasti 13

15 Působení CNTs v plicích» studie Warheit a kol. «Hodnotili akutnost toxicity SWCNTs Aplikováno myším intratracheálně, dávka 1 5 mg/kg; sledováno po 24 h, 1 týdnu, 1 měsíci a 3 měsících Dávka 5 mg/kg způsobila 15% úmrtnost krys do 24h, jež plynula pouze z mechanické obstrukce dýchacích cest Zbylé populaci způsobila dávka přechodný mírný zánět a poškození buněk, což bylo potvrzeno i po 1 měsíci od aplikace Dávkování se ukázalo jako nepodstatné 14

16 Působení CNTs v plicích» studie Lam a kol. «Sledována toxicita a zánětlivost CNTs Aplikováno 23 myším intratracheálně, dávkování 0, 0,1 a 0,5 mg CNTs, pro porovnání saze a křemen Provedena histopatologická studie plic po 7 a 90 dnech Po 7 dnech: nalezeny granulomy a záněty v plicích u myší s CNTs, závažnost závislá na dávkování Po 90 dnech: přetrvávájící a prohlubující se léze u populace s CNTs, u některých nekrózy a hluboké záněty Myši s aplikovanými sazemi nejevily žádně známky poškození Křemen způsobil v plicích střední zánět (vysoká dávka) 15

17 KAYAT, J. Pulmonary toxicity of carbon nanotubes: a systematic report. Disperze CNTs v plicích (A,D) kontrola (B,E) CNTs, 2 mg/myš (C,F) rozemleté CNTs, 2mg/myš 16

18 Toxicita SWCNTs v plicích 17

19 Toxicita MWCNTs v plicích Zdrojový článek: KAYAT, J. Pulmonary toxicity of carbon nanotubes: a systematic report. 18

20 Působení CNTs na buňky Dokazáno, že saze s vysokým obsahem CNTs nepůsobí negativně na povrch pokožky (testováno na lidech) ani na oči či zrak (testováno na králících) SWNTs + Fe (30 %) působí negativně na buněčnou kulturu lid. keratinocytů - po 18 h pozorována oxidace buň. stěny, strukturální a morfologické změny buněk Způsobují oxidativní stres 19

21 Působení CNTs na buňky Pozorována schopnost čistých MWCNTs zachytávat volné radikály ve vodném roztoku s obsahem H2O2, nezávisle na zdroji radikálů Cytotoxicita CNTs způsobena funkcionalizací povrchu kyselinami (-C=O, -COOH, -OH), kovovými zbytky na průmyslově vyráběných CNTs (testováno na plicních buňkách, T lymfocytech), přidanou reaktivitou (zlom, řez..) 20

22 Cytotoxicita uhlíkových nanočástic» studie Fiorito a kol. (2006) «21

23 Cytotoxicita uhlíkových nanočástic» studie Fiorito a kol. (2006) «22

24 Děkuji za pozornost! 23

25 Zdroje Baughman R. H. et al Carbon Nanotube Actuator, Science, 284, 1999, 1340 DE VOLDER, M. F. L., S. H. TAWFICK, R. H. BAUGHMAN a A. J. HART. Carbon Nanotubes: Present and Future Commercial Applications. Science [online]. roč. 339, č. 6119, s [cit ]. ISSN DOI: /science Dostupné z: FIORITO, Silvana. Carbon nanotubes angels or demons?. Singapore: Pan Stanford. ISBN KAYAT, Jitendra, Virendra GAJBHIYE, Rakesh Kumar TEKADE a Narendra Kumar JAIN. Pulmonary toxicity of carbon nanotubes: a systematic report. Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine [online]. roč. 7, č. 1, s [cit ]. ISSN DOI: /j.nano Li J. et al Carbon Nanotube Nanoelectrode Array for Ultrasensitive DNA Detection, Nano Lett., 3, 2003, 597 Mattson M. P. et al Molecular Functionalization of Carbon Nanotubes and Use as Substrates for Neuronal Growth, J. Molecular Neuroscience, 14, 2000,