Nanomateriály - pohled hygieniků

Pojmy nanotechnologie a nanomateriály pronikají do povědomí člověka stále více a více, útočí na nás z reklam na protiplísňové ponožky, na keramické pánve odolné proti poškrábaní, na opalovací krémy, které téměř nepropouští UV záření, ale i ze seriózních článků, které se zabývají dopady nanotechnologii a používáním výrobků obsahujících nanomateriály na lidské zdraví i na všechny složky životního prostředí.

Co to tedy nanomateriály a nanotechnologie jsou? Nanočástice jsou charakterizovány velikosti od cca 1 nm do cca 100 nm alespoň v jednom směru (1o10-7 až 10-9 m - pro ilustraci, rozměry jednotlivých atomů jsou řádově 10-10 m) a určitým prostorovým uspořádáním, mohou vytvářet nanodrátky, nanotrubice, nanokompozity, keramické nebo jiné tenké filmy nebo vrstvy. Další zajímavou charakteristikou je obrovský nárůst poměru plochy povrchu k objemu částic nanomateriálu (počet atomů vytvářejících povrch nanočástic je nepoměrně vyšší než počet atomů uvnitř částice). Tento poměr velmi silně ovlivňuje většinu chemických a fyzikálních vazeb na hranicích zrn v materiálu. Rozdílné jsou také vazby nanočástic se základní hmotou kompozitních materiálů. Nakonec, chování nanočástic se již neřídí zákonitostmi běžné fyziky, chování atomů je komplikovanější a řídí se kvantovou fyzikou a kvantové jevy vedou k naprosto novým možnostem.

I když dnes víme o vlastnostech atomů téměř vše, prozatím málo víme o tom, jak se chovají jejich seskupení velikosti nanočástic a jak vznikají jejich někdy neočekávané vlastnosti.

Nanotechnologie jsou skupina intenzivně se rozvíjejících se oborů, které využívají strukturu materiálů v rozměrech, jež se blíží velikosti jednotlivých molekul a jejich organizovaných celků nebo supramolekularních struktur. Nanometrické délkové měřítko v zásadě vytváří možnosti pro nové materiály, které lze využit ke konstrukci zařízení a systémů. Nanotechnologie obvykle odlišujeme od nanovědy, která takovou technologii umožňuje. Nanověda je v podstatě výzkum jevů a materiálových vlastnosti na nanometrické úrovni. Jsou to vědní oblasti na průsečíku fyziky pevné fáze, chemie, inženýrství a molekulární biologie. Nanotechnologie využívají získané vědomosti a znalosti k vytvářeni nových materiálů a struktur s novými a leckdy neobvyklými vlastnostmi.

Nanotechnologie je v podstatě nauka o materiálech o rozměrech nanometrů.

Využití

Medicína
• cílená likvidace tumorů, obecně - využívá se absorpčních schopností nanočástic cíleně usazených v nádorových tkáních - po ozáření infračerveným laserovým nebo vysokofrekvenčním elektromagnetickým zářením dochází k destrukci nádorové tkáně. V terapii nádorů se nanočástice nejčastěji využívají u nádorů prostaty. V buňkách nádoru se shromáždí dostatečné množství magnetických nanočástic oxidu železa, které se rozkmitají vnějším vysokofrekvenčním magnetickým polem a zahřejí k teplotě kolem 50 stupňů. Tím dojde ke zničení nádorových buněk. Ve stadiu klinických testů je i léčba u nádorů mozku.
• nanočástice oxidů jako kontrastní látky pro nukleární magnetickou rezonanci (NMR). Nanočástice na bázi oxidů železa se využívají při vyšetřování jater magnetickou rezonancí. Pokusy se ale uskutečňují v řadě aplikací, především u diagnostiky nádorů.
• lab-on-chip (diagnostická laboratoř na čipu) - intenzívně se rozvíjející odvětví elektronické diagnostiky, kdy analyzátor, skládající se s milionů nanočidel bude bude schopen zobrazit okamžitě chemické složení tělních tekutin
• cílená doprava léčiv na určené místo: nanočástice jsou schopny nést lék a stát se jeho dopravci do těla. Při tom chrání medikament před zničením v různých prostředích organismu a dopraví jej přesně tam, kde je ho zapotřebí. Nástup jejich účinnosti je také daleko časnější.
• implantáty (umělé klouby, chlopně, náhrada tkání), transplantace
• desinfekční roztoky nové generace, speciální gel na rány, který ničí bakterie, plísně, kvasinky i spóry, pomáhá likvidovat bakterie v poraněných a popálených místech. Obsahuje více než 90 procent vody, takže zvlhčuje ránu a zabraňuje obnažení nervových vláken. Také tím napomáhá čištění rány (gel zatím čekají testy a schvalovací proces). Antibakteriální hygienické kapesníčky.
• opalovací ochranné krémy s nanočásticemi oxidu zinečnatého (odrážejí UV záření)
• nanoroboti, např. chirurgické zákroky uvnitř těla na úrovní buněk. Dále pomoc imunitnímu systému podílet se na procesech látkové výměny, provádět nějaké opravné úkony, případně se shlukovat do větších celků a vytvářet složitější a výkonnější systémy.

Potravinářství
• inteligentní a multifunkční obaly pro zvýšení trvanlivosti a kvality potravin
• účinnější potravinové doplňky, např. koenzymu Q10 - tradiční forma se vyznačuje extrémně nízkou rozpustností ve vodě a následně velmi omezeným vstřebáváním v tenkém střevě. Naproti tomu nanokoenzym Q10 je tvořen přesnými částicemi s micelární strukturou o velikosti od 30 nm do 150 nm a obsahuje několik stovek molekul koenzymu Q10. Takto upravený nanokoenzym Q10 ve formě nanosuspense nebo roztoku vykazuje v porovnání s běžným koenzymem Q10 několikanásobně vyšší vstřebatelnost, podstatně rychlejší nástup účinku a je bezezbytku využit
• zjišťování a neutralizace mikroorganismů nebo pesticidů
• sledování původu potravin pomocí miniaturizovaného "značkování"

Elektronika
• vysokokapacitní záznamová média (nosiče dat s velmi vysokou hustotou záznamu)
• logické obvody na molekulární úrovni
• zobrazovací zařízení s vysokým rozlišením
• fotomateriály, fotočlánky s dlouhou životností
• palivové články (například nové palivové články, které budou vhodné i pro efektivní skladování vodíku), vysokokapacitní baterie
• čidla a detektory

Strojírenství
• nové, superpevné materiály
• supertvrdé povrchy s nízkým třením , odolnější proti poškrábání, odolnější proti vodě
• samočisticí oděru vzdorné laky
• kompozitní materiály
• obráběcí nástroje

Stavebnictví
• izolační materiály nové generace
• samočistíci fasádní nátěry
• antiadhezní obklady

Kosmický průmysl
• katalyzátory a nová, vysoce účinná paliva, odolné povrchy satelitů

Zdravotní riziko

Jsou produkty nanotechnologických procesů bezpečné? To je otázka, kterou si kladou v současnosti nejenom vědci, inženýři, lékaři, ale ve zvýšené míře všichni, kterým se do povědomí nanotechnologie dostaly a kteří výrobky obsahující nanomateriály používají.

Vlastností nanomateriálů jsou dány jejich chemickou povahou, ale taky budou záviset na jejich velikosti, tvaru, na uspořádání jejich povrchu, případně na modifikaci jejich povrchu. Již dnes se ví, že v porovnání s částicemi, které mají obvyklou velikost (> 100 nm), určité nanočástice jsou snadněji inhalovány a způsobují poškození plic. Některé studie uvádějí, že nanotrubice vykazují obdobné toxikologické vlastnosti jako azbest - způsobuji rakovinu plic.

V současné době je zřejmé, že některé částice mohou být schopny pronikat z plic do krevního oběhu a následně do jednotlivých orgánů. Ačkoliv není zcela jisté co se stane jestliže se nanočástice do těla dostanou, víme jistě, že částice "normální" velikosti se v krevním oběhu nenacházejí. V této souvislosti je nutné odmítnout argumenty, že expozice nanočásticemi např. přes kůži nebo inhalací, je nevýznamná. Z dlouhodobého hlediska se nedá vyloučit, že jejich vliv bude významný. Možnost že nanočástice se mohou relativně lehce dostat do organismu představuje jistě riziko, které si zaslouží podrobnější studii. Je také známo, že některé nanočástice jsou dostatečně malé, aby mohly pronikat do buněk a poškodit je.

Kromě možného dopadu na lidské zdraví, nanomateriály představují potenciální ohrožení životního prostředí. Mnohé z nanomateriálů zůstanou v životním prostředí dlouho po tom, co produkt ztratí své užitné vlastnosti a hromadí se zde, přičemž toto hromadění může poškodit jednotlivé složky životního prostředí. Nanomateriály, které jsou neškodné pro člověka, mohou poškodit některé složky citlivé ekologické rovnováhy. Např. použití nanočástic stříbra jako antimikrobiologického prostředku může poškodit užitečné mikroby v biosféře a tak ovlivnit organismy na vyšší úrovni.

V současnosti je zřejmé, že existuje velmi omezené množství informací o nanomateriálech a nanoproduktech, které mohou působit přímé anebo nepřímé ohrožení života nebo životního prostředí. Při vývoji, výrobě, prodeji a spotřebě nano produktů musíme postupovat opatrně, s ohledem k nutnosti vyvinout strategii a systém kontroly nanosystémů, nanomateriálů, případně produktů obsahujících nanočástice, za účelem identifikovat a adresně popsat jejich potenciální nebezpečí ohrožující lidskou populaci a škodlivost životnímu prostředí, případně průmyslu.

ZDROJ: KHS Moravoslezského kraje (čl. je z r. 2009)