<<
>>

1.1. Общие сведения о наночастицах и наноматериалах

В настоящее время очень большое внимание во всем мире уделяется перспективам развития нанотехнологий, направленных на получение и использование веществ и материалов в диапазоне размеров до 100 нм (10-9м).

Особенности поведения частиц таких размеров открывают широкие перспективы в целенаправленном получении материалов с новыми свойствами: уникальная механическая прочность, особые спектральные, электрические, магнитные, химические и биологические характеристики. Основные области применения наноматериалов (НМ) и нанотехнологий представлены на рис. 1.

Рисунок 1. Основные области применения наноматериалов и

нанотехнологий

Началом эры нанотехнологий считается 1959 год, когда Ричард Фейнман прочитал лекцию «Внизу полным-полно места (There is plenty of

rooms at the bottom)», указав на фантастические перспективы, которые сулит изготовление материалов и устройств на атомном и молекулярном уровнях.

По происхождению различают наноструктуры природные и искусственные. К природным относятся вирусы малых размеров, молекулы ДНК. Искусственные наноструктуры создаются на основе современных технологических процессов: конденсации из газовой фазы, осаждения из коллоидного раствора и дезинтеграции твёрдого вещества.

Событием международного масштаба стала публикация Технического отчета ISO / TR 11360:2010 «Нанотехнологии - Методология классификации и категоризации наноматериалов». В отчете представлена система классификации, условно названная "нанодрево". Данная методология предлагает 4 вида классификации (по размеру, по структуре и типу, по химической природе и свойствам). НМ могут быть трёхмерными (фуллерены, нанокристаллы), двухмерными (нанотрубки), одномерными (наноплёнки). НМ могут разительно отличаться, как по технологии изготовления, так и по функциональным признакам.

НМ обладают комплексом физических, химических свойств и биологическим действием, которые часто радикально отличаются от свойств этого же вещества в форме сплошных фаз или макроскопических дисперсий.

Можно выделить следующие физико-химические особенности поведения НМ:

- Увеличение химического потенциала, вследствие чего существенно изменяется растворимость, реакционная и каталитическая способность.

- Большая удельная поверхность (в расчете на единицу массы), увеличивающая их адсорбционную емкость, химическую реакционную способность и каталитические свойства, которые могут служить пусковым механизмом пока еще неизвестных химических реакций или, соединяясь с токсинами позволять им входить в клетки, к которым они иначе не имели бы никакого доступа.

- Возможность связываться с нуклеиновыми кислотами, белками, встраиваться в мембраны, проникать в клеточные органеллы и, тем самым, изменять функции биоструктур.

- Высокая адсорбционная активность, способность поглощать на единицу своей массы во много раз больше адсорбируемых веществ, чем макроскопические дисперсии. Например, адсорбция различных контаминантов на наночастицах (далее НЧ) облегчает их транспорт внутрь клетки, что может увеличить их токсичность.

- Высокая способность к аккумуляции. Возможно, из-за малого размера НЧ могут не распознаваться защитными системами организма, не подвергаться биотрансформации и накапливаться в организме. Это может привести к накоплению НЧ в растительных, животных организмах, с последующей передачей по пищевой цепи к человеку.

В литературе имеются многочисленные публикации о накоплении и стабильности НЧ в водной среде, а также о способности на протяжении длительного времени сохранять свои токсические свойства [58,100,141,157].

Имеющиеся научные данные позволяют утверждать, что токсичность наночастиц определяется не только размером, но и их формой. Наночастицы дендрической и веретенообразной формы обладают более высокой цитотоксичностью, нежели частицы сферической формы [52].

Совокупность выше изложенных факторов свидетельствует о том, что НМ могут обладать совершенно иными, в том числе и более токсическими свойствами, чем их аналоги в макроформе.

В частности, было выявлено, что НЧ серебра обладают способностью осаждаться в печени, проникать в результате аксонального транспорта в обонятельную луковицу головного мозга [130], нарушать функции митохондрий, оказывать токсичное действие на клетки печени, увеличивать проницаемость клеточной мембраны и накопление продуктов перекисного окисления [84].

Исследования Baan [61] и его группы из Международного агентства по исследованию рака (IARC) показали, что НЧ титана диоксида, в отличие от его макроформы, могут обладать канцерогенным действием для человека. В экспериментах in vivo наблюдали увеличение массы печени и некроз гепатоцитов при воздействии НЧ титана диоксида размером 80 нм, а также длительный период их полувыведения, поскольку он практически не выводится почками. В работах Saquib Q., Al-Khedhair A. [134] было показано, что НЧ титана диоксида ухудшают способность клетки к репарации ДНК путем дезактивации нуклеотидов, оказывают цитотоксические и генотоксические эффекты на человеческие эпителиальные клетки, что не характерно для макроформ данного вещества.

При изучении токсического действия нано, микрочастиц цинка оксида и сульфата цинка на представителя планктонных ракообразных Ceriodaphnia affinis Lillijeborg по показателям LC50 при 48- часовой и 7- суточной экспозиции была отмечена более высокая токсичность микро- и наночастиц оксида цинка (15 НМ), по сравнению с растворами сульфата цинка [12]. В то время как оксид цинка в макроформе, в виду малой растворимости, менее опасен, чем макроразмерный сульфат цинка.

Выраженное цитостатическое действие и повреждение ДНК было выявлено при воздействии НЧ цинка в концентрациях 1-100 мкг/мл на фибробласты, альвеолярные клетки A549, клетки гепатокарциномы HepG2 и кератиноциты человека, а также на нервные клетки крысы [68].

Таким образом, учитывая физико-химические особенности поведения НМ, они относятся к новым видам материалов и продукции, характеристика потенциального риска которых для здоровья человека и состояния среды обитания в соответствии с законодательством Российской Федерации и международными стратегическими подходами к безопасному регулированию химических веществ (СПМРХВ, ВОЗ, МОТ, ОЭСР) является обязательной.

Как и для других уже широко изученных веществ, миграция НЧ в окружающую среду и последующее воздействие на живые организмы связаны со следующими процессами:

-ингаляцией, т.е. поступлением с вдыхаемым воздухом через лёгкие;

- поступлением с водой и пищей через ЖКТ;

- поступлением через кожу и слизистые оболочки.

Однако большинство НЧ нельзя отнести к загрязняющим веществам, поскольку они могут поступать в организм человека при медицинских, косметических или оздоровительных процедурах или за счёт контакта с бытовыми предметами и материалами, выполненными с использованием НЧ[53].

Опираясь на накопленные к настоящему моменту знания о свойствах различных НЧ и учитывая их пути поступления и накопления в органах, можно выделить следующие виды повреждающего действия на организм человека: нейротоксичность, кардиотоксичность, генотоксичность, тератогенность, эмбриотоксичность, канцерогенность, мутагенность, аллергенность, влияние на гормональный и иммунный статус.

Значимой представляется способность НЧ проникать через гематоэнцефалический барьер, эпителиальный барьер слизистой оболочки кишки, поступая в лимфу, и плацентарный барьер [29,124,137,138]. При интраназальном введении мышам НЧ цинка оксида отмечалось их поступление в мозг через обонятельные нервы [158].

Таким образом, имеющиеся на сегодняшний день данные свидетельствуют о важности и необходимости продолжения исследований по оценке токсических свойств НЧ.

Не вызывает сомнений, что реализация исследований по изучению токсичности и опасности НЧ на различных моделях, оценка степени потенциального вреда здоровью и расчет рисков для персонала и населения, а также мероприятия по созданию системы безопасности при контакте

человека с НМ должны предшествовать широкому внедрению нанотехнологий в производство.

<< | >>
Источник: Гуськова Оксана Альбертовна. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКСПРЕСС-МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ ТОКСИЧЕСКИХ СВОЙСТВ НАНОМАТЕРИАЛОВ. ДИССЕРТАЦИЯ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ КАНДИДАТА МЕДИЦИНСКИХ НАУК. Москва - 2014.

Еще по теме 1.1. Общие сведения о наночастицах и наноматериалах:

  1. Общие сведения о связи вариабельности сердечного ритма и показателей гемостаза
  2. Общие сведения о вирусе папилломы человека. Классификация папилломавирусной инфекции. Пути передачи вируса.
  3. Современные методы оценки безопасности наноматериалов
  4. Основные сведения
  5. ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Карта больного для учёта сведений о случае ТЭЛА
  6. ЗНАЧЕНИЕ ОТСУТСТВИЯ СВЕДЕНИЙ О ГЕПАТИТЕ В.
  7. Законодательная и нормативно-методическая база по оценке и контролю за безопасностью нанотехнологий и наноматериалов в РФ и за рубежом
  8. Гуськова Оксана Альбертовна. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКСПРЕСС-МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ ТОКСИЧЕСКИХ СВОЙСТВ НАНОМАТЕРИАЛОВ. ДИССЕРТАЦИЯ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ КАНДИДАТА МЕДИЦИНСКИХ НАУК. Москва - 2014,
  9. Общие положения
  10. Общие положения
  11. Общие концепции .