A. Шестая сессия Межправительственного форума по химической безопасности (стр. 9 )

Наноинструменты:

Инструменты и методы синтезирования наноматериалов, манипулирования атомами и формирования структур устройств, а также, что очень важно, измерение и характеризация материалов и устройств на нанометровом уровне.

Наноустройства:

Устройства на нанометровом уровне, играющие в настоящее время важную роль в микроэлектронике и оптоэлектронике, в также при взаимодействии с биотехнологическими методами, цель которых – имитировать действие биологических систем, такие как клеточные моторы. Последняя область является наиболее футуристической и вызывает наиболее оживленный интерес общественности.

10.2 Медико-санитарные риски

Помимо дозы и элементного состава наночастиц, решающую роль в их распространении в организме человека и их возможной (генетической) токсичности играют такие факторы, как площадь их поверхности, функция поверхности, тенденция образовывать агломераты, форма частиц и их поверхностный заряд. В водных системах водородный показатель pH и наличие адсорбирующих молекул, а также ионов влияет на поверхностный заряд и поэтому в значительной степени отражается на агрегационной способности. Скорость растворения пропорциональна величине поверхности частиц и, следовательно, материалы, состоящие из наночастиц, должны растворяться быстрее, чем крупные объекты. Токсичность наночастиц в значительной степени обусловлена химической токсичностью отдельных элементов, составляющих наночастицу. Кроме того, на электромагнитное взаимодействие с органеллами клетки влияет квантово-размерный эффект в силу изменений уровня распределения электронов и энергии ионизации мельчайших наночастиц.

В отношении большинства наночастиц отсутствует ясное представление о том, происходит ли и каким образом происходит их проникновение в организм, распределение, участие в обмене веществ, аккумуляция и экскреция. При оценке реальных доз наночастиц, попадающих в поражаемые органы, могут помочь кинетические модели. Таким образом, можно получить ответ на вопрос, какие пути воздействия имеют значение для различных наночастиц и можно ли (на данный момент) исключить определенные поражаемые органы при установлении первых приоритетных задач. Помимо самих частиц, также необходимо будет рассмотреть потенциальные медико-санитарные и экологические аспекты влияния продуктов распада (метаболиты в биологических системах и продукты распада в экосистемах).

Легкие являются основной мишенью вдыхаемых наночастиц, хотя имеются также данные о том, что через носовые ходы некоторые вдыхаемые наночастицы могут попадать в мозг (обсуждается ниже). Площадь воздействия на легкие огромна, и вдыхаемые и попадающие в ткань легких наночастицы попадают в кровоток, преодолевая исключительно тонкую перегородку, отделяющую воздух от кровотока. Из кровотока отдельные наночастицы, как было показано, проникают через липидные би-мембраны и попадают в органеллы, такие как митохондрия и ядро клетки, что может вызвать оксидативный стресс или повреждение ДНК. Во многих исследованиях, где использовались животные или клеточные культуры, отмечался оксидативный стресс, воспалительная реакция и разрушение клеточной мембраны при перокислении липидов в результате воздействия наночастиц. Помимо легких, кожа является потенциальным очагом поражения при кожном воздействии (например, косметические средства, солнцезащитные средства и одежда, пропитанная наночастицами). Исследования показали, что неповрежденная кожа эффективно и надежно защищает организм от наночастиц (TiO2 в солнцезащитных кремах). Однако особым образом сконструированные частицы могут преодолевать эту защиту, а общего мнения, касающегося проникновения через кожу, не существует. Проникновение частиц через кожу в лимфо - или кровоток считается возможным или вероятным. Проникновение через кожу при наличии воспалительных или травматических повреждений весьма вероятно так же, как это имеет место в случае с крупными частицами.

Пероральный путь проникновения наноматериалов в организм к настоящему времени в достаточной степени не изучен. В некоторых научных исследованиях сообщается, что при попадании в организм перорально наночастицы размером менее 100 нанометров эффективно эвакуируются из организма через кишечник, у крыс наблюдалось повышенное поглощение через стенки кишечника.

В ряде исследований было показано, что некоторые наноматериалы легко переносятся от обонятельных нейронов в центральную нервную систему, преодолевая гематоэнцефалитический барьер. Данные о перемещении наночастиц от одного органа к другому опираются на различные подходы, поэтому их еще нельзя считать подтвержденными. Согласно различным исследованиям, наночастицы с модифицированной поверхностью преодолевают гематоэнцефалитический барьер. В научной литературе еще не было сообщений о том, преодолевается ли гематотестикулярный барьер или плацентарный барьер, однако имеется подозрение, что подобные вещи возможны, имея в виду тот факт, что размерность частиц выражается в нанометрах.

10.3 Гигиена труда

На рабочих местах, согласно нашим нынешним представлениям, экспозиция к наночастицам имеет место, главным образом, при обращении с наночастицами, произведенными для какой-либо цели, и при таких производственных процессах, в ходе которых наночастицы возникают как непреднамеренные побочные продукты. Хотя еще не произведено общего обзорного изучения типов, количеств или форм применения наночастиц, как побочные продукты они считаются наиболее распространенным источником экспозиции на рабочих местах (ультрадисперсные частицы).

До настоящего времени не было никаких эпидемиологических исследований в отношении медико-санитарных рисков, обусловленных современными производимыми наноматериалами. На рабочих местах стали производить измерение их концентраций, и не представляется ясным, можно ли применять нынешние модели профилей локальной и временной концентрации по отношению к новым наноматериалам. В настоящее время, помимо некоей конвенции между рядом европейских институтов, занимающихся гигиеной труда, международных стандартов по методам измерения наночастиц и по оценке экспозиции не имеется. МОС создала комитет по нанотехнологии[22] для того, чтобы разработать основанные на научных знаниях нормы в области здоровья, безопасности и экологии. До тех пор, пока не появятся нормы в этой области, обмен опытом между инженерами, занимающимися измерениями, и учеными будет иметь особо важное значение.

Известные стратегии по снижению экспозиции на рабочих местах также применяются в отношении наноматериалов. Надлежащие меры защиты оцениваются и определяются специалистами по охране труда и безопасности в процессе оценки рисков в масштабах компании. В некоторых странах применяется принцип, в соответствии с которым к новым веществам, свойства которых не известны, необходимо относиться как к потенциально опасным. Прежде всего, необходимо принимать организационные меры защиты, подкрепляемые мерами технической защиты, а также замещением препаратов, которые образуют порошки.

Средства личной защиты иногда могут дополнять эти меры, но они не должны их подменять. Текущие рекомендации прочно основаны на аналогии с обращением с более крупными частицами. Имеется ряд научных работ, показывающих, что правильное использование систем технической защиты и средств личной защиты эффективно[23].

До тех пор, пока не станет известно больше, по-прежнему будет ощущаться недостаток в научной информации и в методологической основе осуществления надежной оценки риска наноматериалов. В различных странах и на международном уровне осуществляется или планируется выполнение ряда крупномасштабных программ. Эти программы будут посвящены рассмотрению различных аспектов изучения риска, сопряженного с наноматериалами. В этом контексте крайне важно придерживаться координированного стратегического подхода к решению наиболее важных вопросов.

10.4 Экологические риски

К настоящему моменту по вопросу экотоксичности и экологического поведения (распад и перенос) наноматериалов было проведено лишь незначительное количество научных исследований. До сих пор во многих исследованиях сообщалось о высокотоксичном воздействии наноматериалов на водные организмы, однако многие из этих исследований ограничены, поскольку тестируемые материалы не были надлежащим образом охарактеризованы и некоторые результаты подвергаются сомнению.

Пока еще нет никаких надежных оценок возможного воздействия на экологию, которое может иметь место при производстве, использовании и удалении наноматериалов или продуктов, содержащих наноматериалы. В частности, испытывается недостаток подходящих методов измерения наличия наноматериалов в окружающей среде. Аналогичным образом лишь незначительное количество исследований было проведено по поводу побочных продуктов и продуктов разложения наноматериалов. Основные аспекты поведения в воздухе и в водных растворах частиц микрометровой размерности были убедительным образом описаны, и они легко понимаются в количественных моделях. Насколько это возможно, наночастицы необходимо вводить в эти существующие модели или разрабатывать подходящие новые модели. Как правило, наночастицы в газах можно удалять сравнительно простым методом путем быстрой агглютинации в более крупные структуры, путем диффузионной фильтрации или глубокой фильтрации. В жидкостях, при определенных обстоятельствах, это может оказаться затруднительным, если мы имеем дело со стабилизированными дисперсиями. До сих пор незначительное внимание уделялось эффективности распада в установках водоочистки. Предварительное изучение показывает, что ныне действующий процесс может оказаться недостаточным, однако литературные источники не все согласны между собой. До настоящего времени имеется небольшое число исследований по изучению биоаккумуляции и возможности аккумуляции наночастиц в пищевой цепи. Однако исследования показывают, что наночастицы могут усваиваться организмами, находящимися в окружающей среде. Если не найдется способа их разложения или удаления, то нам придется, с одной стороны, учитывать накопление липофильных наночастиц в жировых тканях и являющуюся результатом этого концентрацию в пищевой цепи, и, с другой стороны, накопление устойчивых наночастиц в экосистемах и организмах.