Какво ни носят нанотехнологиите, Наука и технологии, DW
Думата "нанотехнология", почти непозната за неспециалистите преди няколко години, сега е на устните на всички. България дори сформира правителствен съвет по нанотехнологии и прие закон за Българската нанотехнологична корпорация. Макар и без подобна шумотевица, САЩ, Германия, Япония, Китай и редица други държави отдавна и много успешно работят в тази посока. Ето защо тук вече днес все по-широко разпространени стават различни потребителски стоки, в производството на които са използвани нанотехнологии. Слънцезащитните продукти са добър пример. По-старите кремове съдържаха микрочастици титанов диоксид, което придаваше на състава бял цвят. Потребителите не харесаха това и се опитаха да втрият крема по-дълбоко в кожата, което намали ефективността му. Затова редица химически и фармацевтични компании замениха микрочастиците в своите кремове с наночастици от същия пигмент, което направи тези кремове напълно прозрачни, без да се нарушават слънцезащитните им свойства. Наночастиците, чийто диаметър не надвишава 50 милиардни от метъра, което е хиляда пъти по-малко от диаметъра на човешки косъм, вече придават напълно нови свойства на стотици добре познати продукти, а още десетки хиляди такива продукти са на път. Но… има обратна страна на тази нанореволюция“, казва д-р Волфганг Крейлинг, биофизик-токсиколог в Центъра за екологични и здравни науки към Обществото за радиационна защита в Нойерберг близо до Мюнхен:
Вярваме, че появата на нови продукти, базирани на нанотехнологиите, ще бъде експлозивна. Това е сравнимо с появата на компютъра. Следователно ние трябва още днес да разработим методи за оценка на рисковете и опасностите, породени от тези новиразработки.
Какви са тези рискове и опасности? Ако титановият диоксид под формата на наночастици се излее в епруветка, той ще изглежда неразличим от същия пигмент под формата на прах, който се използва широко в производството на бои и лакове, казва Волф-Дитер Гриблер, служител на химическата компания Sachtleben, която произвежда прозрачни слънцезащитни продукти:
Наноматериалът изглежда точно като стандартен бял пигмент: фин прах, много подобен на брашно. Освен това абсорбира ултравиолетовото лъчение.
И какви други свойства има този "наномук"? Как действа на кожата? Отровно ли е при поглъщане? Какво се случва, ако го вдишвате? Изненадващо, все още няма окончателни отговори на тези въпроси. Но вече има основания да се смята, че нанопраховете никак не са безвредни. Токсиколозите започнаха сериозно да се интересуват от фините прахове още през 90-те години, когато популярността на леките автомобили с дизелови двигатели скочи до небесата и скоро стигнаха до извода, че частиците сажди, съдържащи се в отработените газове, са опасни за здравето и колкото по-малки, толкова по-опасни. Днес много експерти смятат, че наночастиците не са по-добри в това отношение. В отдела по инхалационна биология към Центъра за екологични и здравни изследвания д-р Волфганг Крайлинг експериментира върху плъхове чрез смесване на иридиеви наночастици в индустриален мащаб във въздуха, който дишат. Решаващият фактор за изследователя в този случай не е химичният състав, а размерът на частиците. За да може да се проследи пътя им вътре в тялото, всяка наночастица е белязана със специален радиоактивен маркер. Ученият обяснява:
След това, след определени интервали от време - или веднага, или след час, или два, илишест, или ден, или дори няколко дни, разглеждаме как наноматериалът, който първоначално е попаднал само в белите дробове, е бил разпределен в тялото. Използваме високочувствително оборудване за измерване на нивото на радиоактивност на различни тъканни проби. След 24 часа откриваме иридиеви наночастици дори в мозъка.
Но мозъкът е надеждно защитен от проникването на чужди вещества и микроорганизми отвън чрез така наречената кръвно-мозъчна бариера. Дори лекарствата не са в състояние да преодолеят тази бариера. Това обаче не е бариера за наночастиците. Волфганг Крайлинг казва:
Количествата, които идентифицираме, понякога са едва една десет хилядна от количеството, което първоначално е попаднало в белите дробове, но откриваме тези частици в голямо разнообразие от органи и тъкани. Ако вземем първоначалното количество наночастици във вдишания въздух за 100 процента, тогава около 1 процент от частиците попадат в черния дроб и малко по-малко от 0,1 процента в мозъка. Това важи и за иридиеви наночастици и златни наночастици - сега работим основно върху тези два елемента.
И така, от хиляда частици, които попадат в белите дробове, една отива в мозъка, десет в черния дроб. А какво да кажем за безопасността на ембриона в матката?
Това беше следващият въпрос: могат ли тези наночастици да проникнат през плацентата на майката в плода? Проведохме експерименти с бременни плъхове и се оказа, че частиците се натрупват в плацентата и то в доста значително количество. И оттам някои частици влизат в ембриона. Тоест, плодът в никакъв случай не е защитен толкова надеждно, колкото сме си представяли.
Експериментите свидетелстват за способността на наночастиците да преодоляват защитните механизми и бариери на тялото с невероятна лекота. Да, всъщност и в светлинни частициобикновеният прах не може да влезе: клетките на така наречения ресничест епител, облицоващ дихателните пътища, са снабдени със специални косми от ресничките, които, огъвайки се и огъвайки, отстраняват частиците прах, които са влезли в белите дробове с въздух навън. Те обаче изглеждат безсилни срещу наночастиците. След това - пътят от белите дробове в тялото. Обикновено всеки чужденец, който нахлува тук, е посрещнат от цяла армия от клетки на имунната система - и го неутрализира. Но и тук наночастиците са практически неуязвими. Прониквайки все по-навътре, те предизвикват цяла каскада от биохимични реакции.
И в резултат на това възникват възпалителни процеси, които, както предполагаме, в крайна сметка могат да се превърнат в сериозна заплаха за здравето.
Ясно е, че Wolf-Dieter Gribler от фирмата Sachtleben, която произвежда прозрачен слънцезащитен нанокрем, не е съгласен с тази гледна точка. Изходният материал - наночастици от титанов диоксид - компанията произвежда в собствени цехове, разположени в Дуисбург на самия бряг на Рейн. Суровината е или титанил сулфат, или титанил хлорид. Всички технологични процеси протичат във водни разтвори в херметически затворени съдове, подчертава Гриблер:
Токсикологът Крайлинг често чува подобни уверения от производителите на наночастици, но е скептичен към тях:
Повечето от наночастиците, с които съм работил досега, са без мирис, така че миризмата няма да помогне. А откриването на наночастици с помощта на инструменти е свързано с редица трудности. Да, методите, които позволяват измерване на концентрацията на частици във въздуха, съществуват отдавна и са доста надеждни, но тези индикатори трябва да могат да бъдат отделени от праховия фон, който винаги се случва в такива работилници, и това значително усложнява задачата.
Волф-Дитер Гриблер обаче е сигурен в товаSachtleben не само надеждно следи качеството на въздуха в своите производствени зони, но също така и безопасността на своите продукти, било то опаковъчни материали за храни, спортно облекло или слънцезащитни продукти:
След това, преди да навлезем на пазара с нашия продукт, проведохме серия от изключително строги тестове и изпитания. Първо, in-vit r o, тоест в епруветка, върху клетъчни култури от кожна тъкан, а след това in - vivo, тоест върху лабораторни животни, върху плъхове и мишки. Интересувахме се дали наночастиците от титанов диоксид проникват през кожата. Всички експерименти дадоха отрицателен резултат, така че днес можем да кажем с пълна сигурност: не, те не проникват!
Както всяка друга козметика, слънцезащитните продукти са тествани за безопасност и поносимост. Но Волфганг Крайлинг се съмнява, че законово предписаните тестове изобщо имат смисъл за наночастиците. Той вярва, че кожните тестове отразяват реалността много слабо: в крайна сметка те се извършват само върху здрава кожа. И как нанокремът влияе на тънката детска кожа? За наранена кожа? Върху кожата на хора с алергии или екзема?
Това предполага, че наранената кожа е по-пропусклива. Поне със сигурност е известно, че при наличие на рана дори относително големи частици бързо проникват в кръвния поток, но няма подробни проучвания за това. Ясно е, че е трудно да се стандартизират такива тестове и поради тази причина те все още не са проведени. Но това не е извинение, особено след като слънцезащитните продукти и други козметични продукти на базата на наночастици вече са широко използвани.
Наночастиците също могат да увеличат механичната якост на продукта, така че те се използват днес в производството на спортно оборудване, например хокейклубове“, казва Мартин Шмид, ръководител на нанотехнологиите в Bayer Chemicals:
Този продукт е съставен от епоксидна смола, въглеродни влакна и въглеродни нанотръби. Стикът е тестван в един от отборите от голямата лига. Тя трябва да издържи цялата игра, и трите периода, а след това още 100 щракания - пълни удари. Обикновено, ако от 100 клуба 80 преминат този тест, това се счита за отличен показател. В случая с наноклубовете всичките сто преминаха теста.
Концернът Bayer, подобно на много други производители, заложи на специална форма на наночастици - най-тънките тръби от въглеродни атоми. Тези въглеродни нанотръби имат редица необичайни и интересни свойства. Но точно както при другите наночастици, нанотръбите не са изследвани за рискове за здравето. Но под микроскоп те изглеждат като влакна, което само по себе си веднага тревожи токсиколозите, защото им идва на ум друг влакнест материал, който първоначално се смяташе за напълно безвреден, а след това се оказа най-опасният канцероген: това е азбестът. Но Шмид твърди:
Нашите въглеродни нанотръби нямат нищо общо с азбеста. Те не са отделни прави нишки, а дълги спираловидни структури, по-скоро като порция спагети в чиния. А азбестът е нещо като игли.
В допълнение, подчертава Шмид, нанотръбите са склонни да се слепват:
От реактора излизат не отделни въглеродни нанотръби, а агломерати, които са идеално видими с просто око, като едър черен пясък.
Волфганг Крайлинг обаче възразява:
Не е толкова просто. По принцип това, разбира се, е вярно, така че единични наночастици, отделени от нанопродукти, навлизащи в околната среда, изглежда малко вероятно. Но да си живорганизъм, тези относително големи структури могат да се разпаднат на отделни наночастици. Във всеки случай това не е изключено. Просто още не го знаем.
Ето защо днес някои лаборатории вече изучават взаимодействието на наночастиците с клетките на човешкото тяло, като използват доста прости тестове за това. Ние отглеждаме клетъчни култури от определена тъкан в петриево блюдо, след това добавяме наночастици, маркирани с флуоресцентно багрило към хранителната среда, и виждаме какво се случва, казва Анна фон Миекец, служител на Института за изследване на въздействието на околната среда върху човешкото здраве към университета в Дюселдорф:
Тези частици много бързо, за няколко минути, проникват в цитоплазмата. За да проникнат в ядрото, им трябва малко повече време - около два часа. Но бариери като клетъчната стена изобщо не изглеждат пречка за тях.
Въпросът е как това ще се отрази на живота на целия организъм? Ясно е, че наночастиците, които са силно реактивни и унищожават почти всяка молекула, с която влязат в контакт, ще причинят огромни щети на живата клетка. Ето защо Anna von Miekets избра за експериментите си едно на пръв поглед напълно безвредно съединение - силициев диоксид, който се използва широко от фармацевтичната индустрия при производството на външната обвивка на витаминни хапчета. Оказа се обаче, че тези наночастици, натрупвайки се в клетъчното ядро, водят до образуването на определени белтъчни агрегати в него. И това има катастрофални последици:
Виждаме, че клетката изпада в някакво латентно състояние, спира да расте. И това състояние е необратимо. Клетката като че ли заспива и вече не се събужда.
В допълнение, образуването на вътреклетъчни протеинови агрегати е симптом,типични за заболявания като хорея на Хънтингтън или болест на Паркинсон. Тоест, наночастиците причиняват патологични промени в клетката и тези промени точно съответстват на тези, свързани с невродегенеративните заболявания. Това е много тревожно за медицинските специалисти, но те не са в крак с напредъка в областта на нанотехнологиите, казва Анна фон Миекетс:
Това наистина е проблем: синтезът и внедряването на наночастици очевидно изискват по-малко време от тяхното тестване за цитотоксичност.
Разработването на тестове отнема от една до три години за всеки тип наночастици. Все още не се говори за стандартизиране на тези тестове. Въпросът се усложнява от факта, че производителите на наночастици, позовавайки се на технологични тайни, не предоставят важна информация за своите продукти. И учените все още дори не знаят какво точно прави наночастиците опасни - техният размер, структура, химичен състав или някои други свойства.
Няма да завиждате на потребителя! Освен това няма задължителни стандарти за етикетиране на нанопродукти, така че днес производителите не могат да посочват наличието на наночастици в своите продукти в текста на опаковката. Накратко, нанотехнологиите ще ни поднесат още много изненади – както приятни, така и не много.