Upload
others
View
3
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Nanoosakesed – ohutud või
ohtlikud?
Angela Ivask, PhDKeemilise ja Bioloogilise Füüsika Instituut
Keskkonnatoksikoloogia uurimisgrupp
Eesti Toksikoloogia Selts
�Nanoosakesed
�Nanoosakeste ja nanomaterjalide ohutus
�Nanoosakeste ja nanomaterjalide reguleerimine tarbekaupades�Nanoosakeste ja nanomaterjalide reguleerimine tarbekaupades
Angela Ivask
KBFI, Keskkonnatoksikoloogia laboratoorium
�Nanoosakesed
�Nanoosakeste ja nanomaterjalide ohutus
�Nanoosakeste ja nanomaterjalide reguleerimine tarbekaupades�Nanoosakeste ja nanomaterjalide reguleerimine tarbekaupades
Angela Ivask
KBFI, Keskkonnatoksikoloogia laboratoorium
Nanoosakesed
Euroopa Komisjoni soovitus nanoosakeste defineerimise kohta 18. oktoobrist 2011:
"Nanomaterjal” – looduslik, juhuslikult tekkinud või tööstuslikult toodetud materjal, mis
sisaldab osakesi sidumata olekus, agregaadi või aglomeraadi kujul ning mille arvulise
suurusjaotuse osakestest vähemalt 50 % on ühe või mitme välismõõtme poolestsuurusjaotuse osakestest vähemalt 50 % on ühe või mitme välismõõtme poolest
suurusvahemikus 1–100 nm”
Ka fullereene, grafeenihelbeid, süsinikust nanotorusid, mille läbimõõt on alla 1 nm,
käsitletakse kui nanomaterjale
Toodud definitsioon on aluseks enamikule nanomaterjalide kohta käivatele EL õigusaktidele
Angela Ivask
KBFI, Keskkonnatoksikoloogia laboratoorium
- Looduslikud nanoosakesed
- Juhuslikult tekkinud
Nanoosakesed
- Juhuslikult tekkinud
nanoosakesed
- Eesmärgipäraselt toodetud
nanoosakesed
Angela Ivask
KBFI, Keskkonnatoksikoloogia laboratoorium
- Juhuslikult tekkinud
Looduslikud ning juhuslikult tekkinud nanoosakesed on ehk kõige
paremini tuntud õhus. Suurlinnade õhk on saastatud – kõik
teavad seda!
Juba ammu mõõdetakse õhu kvaliteeti, hinnates õhus olevaid
väikseid osakesi PM10 (alla 10 µm ehk 10 000 nm) ja PM2.5 (alla
2.5 µm ehk 2 500 nm).
- Looduslikud nanoosakesed
Nanoosakesed
- Juhuslikult tekkinud
nanoosakesed
- Eesmärgipäraselt toodetud
nanoosakesed
Va
- Juhuslikult tekkinud
2011.a. uuriti Soome tervise ja heaolu instituudis 9
riskifaktori mõju inimese tervisele Soomes
- Looduslikud nanoosakesed
Nanoosakesed
- Juhuslikult tekkinud
nanoosakesed
- Eesmärgipäraselt toodetud
nanoosakesed
Va
Angela Ivask
KBFI, Keskkonnatoksikoloogia laboratoorium
http://www.thl.fi/thl-client/pdfs/b75f6999-e7c4-4550-a939-3bccb19e41c1
Õhusaastus on inimese tervist ohustavate faktorite järjekorras 9. kohal
- Juhuslikult tekkinud
- Looduslikud nanoosakesed
Nanoosakesed
- Juhuslikult tekkinud
nanoosakesed
- Eesmärgipäraselt toodetud
nanoosakesed
Selliseid ei ole
varem keskkonnas
esinenud!
Vaadakem ette!
Sünteetilisi nanoosakesi toodetakse selleks, et neid kas tarbetoodetesse või tööstuslikult kasutatavatesse
materjalidesse teatud omaduse saavutamiseks lisada.
Sünteetilised nanoosakesed
Nano-katted
Mida väiksemad osakesed, seda paremini
katavad pragusid, püsivad kauem autol
Nanotekstiilid
Võivad olla: metallidel baseeruvad nanoosakesed, immobiliseeritud polümeeridesse
Angela Ivask
KBFI, Keskkonnatoksikoloogia laboratoorium
Nanotekstiilid
Vetthülgavad, antimikroobsed
Nanomaterjalid
Kerged, tugevad materjalid, millest
ehitatakse nii spordivahendeid,
lennukikeresid. On ka planeeritud
ehitada kosmoselift!
Võivad olla: hüdrofoobsed orgaanilised nanoosakesed või hüdrofoobse kattega kaetud nanoosakesed, hõbeda nanoosakesed
Enamasti süsinikust nanotorukesed
Too
de
te a
rvTootegrupid, milles arvuliselt kõige enam sünteetilisi nanoosakesi kasutatakse
Sellist statistikat on teinud kuni 2011. aastani USAs Woodrow Wilson´i keskus
www.nanotechproject.com
Sünteetilised nanoosakesed
Too
de
te a
rv
Teh
nil
ise
d a
rap
aa
did
Ko
sme
eti
ka,
terv
is
Ko
du
ja
ae
d
Ele
ktro
on
ika
Toit
ja
jo
ok
Au
tota
rbe
d
Eri
ne
vad
se
ad
me
d
Last
eka
ub
ad
Angela Ivask
KBFI, Keskkonnatoksikoloogia laboratoorium
1400
Aastatega on eesmärgipäraselt toodetud nanoosakesi sisaldavate toodete hulk pidevalt
kasvanud.
Sellist statistikat on teinud kuni 2011. aastani USAs Woodrow Wilson´i keskus
www.nanotechproject.com
Sünteetilised nanoosakesed
0
200
400
600
800
1000
1200
2005 2006 2008 2008 2009 2010
Too
de
te a
rv
Aasta
Angela Ivask
KBFI, Keskkonnatoksikoloogia laboratoorium
Vabrik „nanoFormula“ valmis 2010. aastal ning toodab pinnakaitsevahendeid.
Vabrik pakub taskukohase hinnaga laiatarbekasutamiseks mõeldud
Eestis toodetakse nanoosakesi sisaldavaid pinnakaitsevahendeid
Sünteetilised nanoosakesed
laiatarbekasutamiseks mõeldud innovaatilisi tooteid, mis võimaldavad tunduvalt vähendada tavapärase olmekeemia kasutamist kodus, tööstuses ja teeniduses.
Tooteid müüakse Baltimaades, Hollandis, Norras, Hiinas.
Angela Ivask
KBFI, Keskkonnatoksikoloogia laboratoorium
NANOHAP põhielemendi - kaltsiumi (Ca) - adekvaatne kasutamine võib olla raviva efektiga mitmete haiguste või häirete puhul:•reumatism,
•luude valulisus,
•igemete veritsus,
Eestis toodetakse nanoosakesi sisaldavaid toidulisandeid
Sünteetilised nanoosakesed
•igemete veritsus,
•hemorroidid,
•aneemia,
•unetus,
•jalalihaste krambid,
•tuberkuloos,
•vinnlööve,
•mao- ja soolte haavandid,
•naha kahjustused /põletused jt.
•60 kapslit 34 Eur + km
Angela Ivask
KBFI, Keskkonnatoksikoloogia laboratoorium
Eestis arendatakse innovatiivseid nanoosakesi sisaldavaid materjale
Nanoklaas
Tavaolekus on see klaas peaaegu läbipaistmatu, näiteks klaasi taga paiknevast
inimnäost võib aimata vaid väga ähmast kontuuri. Lülitile vajutamine muudab
klaasi aga selgeks ja kirkaks aknaklaasiks.
Nagu võibki arvata klaasi loonud teadusasutuse nime põhjal, on efekt seotud
nanotehnoloogia saavutustega. Läbipaistvust muutev klaas koosneb tegelikult
kahest üksteise vastu liimitud klaasitahvlist. Kummalegi tahvlile on enne
kokkukleepimist kantud üliõhuke läbipaistev, elektrivoolu juhtiv indium-
Sünteetilised nanoosakesed
kokkukleepimist kantud üliõhuke läbipaistev, elektrivoolu juhtiv indium-
tinaoksiidi kiht, kahe oksiidikihi vahel aga on sool-geelklaasi kiht.
Viimane on teadlaste sõnul justkui tavaline klaas, ainult et vedel. Kiht tahkestub
alles pärast klaasitahvlitele kandmist. Kõige olulisem on aga see, et sool-
geelklaas sisaldab mikroskoopilisi vedelkristalli tilku. Just viimased muudavadki
klaasi kord läbipaistvaks, kord läbipaistmatuks.
Kui indium-tinaoksiidi kihtidesse lastakse elektrivool, siis reastuvad sool-
geelklaasis asuvad vedelkristalli molekulid elektrivälja mõjul nõnda, et klaasist
on võimalik läbi vaadata, selgitab Kristjan Saal. Kui vool lakkab, siis pööravad
vedelkristalli molekulid end tagasi suvalisse asendisse ning selle tulemusena
valgus hajub, klaasi optiline läbipaistvus kaob.
Angela Ivask
KBFI, Keskkonnatoksikoloogia laboratoorium
Nanoosakeste eesmärgipärane tootmine ja rakendamine on vana idee, ent uus teostus
1959.a.
„...Ma arvan, et aatomitega manööverdamine ei ole vastuolus füüsika
printsiipidega. See ei ole soov mitte ühegi seadusega pahuksisse minna
vaid midagi sellist, mida on teoreetiliselt kogu aeg saanud teha, ent
kunagi (varem) pole tehtud, kuna me oleme liialt suured...“
Eric Drexler 1986.a.
Sünteetilised nanoosakesed
Eric Drexler 1986.a.
avaldas Eric Drexler ulmeraamatu “Loomise masinad (Engines of creation: The coming era of Nanotechnology)”Näiteks arutletakse nanotehnoloogiliste
võimaluste üle luua iseseisvalt töötavad masinad, millel on kunstlik
intelligents. Näiteks rakku ise parandavad molekulaarsed masinad.
“Grey Goo”
Aatomite ja molekulide liigutamiseni ei ole veel tegelikult jõutud. Praegu käib
töö suurustes, kus mitu molekuli või aatomit on koos Angela Ivask
KBFI, Keskkonnatoksikoloogia laboratoorium
Praegu toodetakse nanoosakesi juba tonnides aastas
Sünteetilised nanoosakesed
Süsinikust nanotorud
Angela Ivask
KBFI, Keskkonnatoksikoloogia laboratoorium
�Nanoosakesed
�Nanoosakeste ja nanomaterjalide ohutus
�Nanoosakeste ja nanomaterjalide reguleerimine tarbekaupades�Nanoosakeste ja nanomaterjalide reguleerimine tarbekaupades
Angela Ivask
KBFI, Keskkonnatoksikoloogia laboratoorium
Kas oleks alust arvata, et nanoosakesed omavad kahjulikke mõjusid?
Ilmselt jah, sest need osakesed on võrreldes rakkudega
väga väiksed. Kuna nanoosakeste suurus sarnaneb
viiruste omaga, on väga tõenäoline, et need sisenevad
ka rakkudesse.
Artiklist ajakirjas Toxicology In Vitro (2012).
Nooltega on näidatud TiO2 nanoosakesed inimese epiteelirakkudes
500 nm
Nanoosakeste ja nanomaterjalide ohutus
500 nm
Angela Ivask
KBFI, Keskkonnatoksikoloogia laboratoorium
Sissehingamine Absorptsioon
naha kaudu
Sissesöömine
Nanoosakeste sisenemisteed inimese puhul
Nanoosakeste ja nanomaterjalide ohutus
Angela Ivask
KBFI, Keskkonnatoksikoloogia laboratoorium
Sissehingamine Absorptsioonnaha kaudu
Sissesöömine
Nanoosakeste sisenemisteed inimese puhul
Nanoosakeste ja nanomaterjalide ohutus
Absorptsioon naha kaudu ei ole väga tõenäoline nanoosakeste
sisenemistee. Enamasti ei ole näidatud, et nanoosakesed läbiksid
surnud nahakoe (stratum corneum) ning jõuaks naha-alustesse
kihtidesse.
ZnOnanoosakesed
Naha alused kihid
Angela Ivask
KBFI, Keskkonnatoksikoloogia laboratoorium
Sissehingamine Absorptsioon
naha kaudu
Sissesöömine
Ei ole näidatud olulisi mõjusid seedesüsteemis peale nanoosakeste sissesöömist.
Nanoosakeste sisenemisteed inimese puhul
Nanoosakeste ja nanomaterjalide ohutus
Angela Ivask
KBFI, Keskkonnatoksikoloogia laboratoorium
Ei ole näidatud olulisi mõjusid seedesüsteemis peale nanoosakeste sissesöömist.
Suuremad osakesed ei sisene seedesüsteemi rakkudesse. Teatud suuruses ja
teatud koostisega osakesed võivad pikaajalisel ekspositsioonil põhjustada
põletikku (nt. seotud Crohni haigusega).
Toidus leidub enamasti TiO2 nanoosakesi
Näiteks hõbeda (Ag) nanoosakesed võivad küll liikuda peale
suhu/ninna manustamist naharakkudesse ent nad kogunevad
seal ning midagi nähtavalt ohtlikku ei põhjusta. /See mees kasutas
hõbeda nanoosakesi sisaldavat medistiinilist preparaati ca 4
aastat/
Kuigi otseseid seedesüsteemist süsteemsesse ringlusesse sattunud nanoosakeste poolt
põhjustatud mõjusid ei ole inimestel täheldatud, ei saa neid välistada tulevikus
Sissehingamine Absorptsioon
naha kaudu
Sissesöömine
Nanoosakeste sissehingamine on inimeste puhul üks peamisi
Nanoosakeste sisenemisteed inimese puhul
Nanoosakeste ja nanomaterjalide ohutus
Angela Ivask
KBFI, Keskkonnatoksikoloogia laboratoorium
Nanoosakeste sissehingamine on inimeste puhul üks peamisi
absorptsiooniteid.
Nanoskaalas osakesed ladestuvad just kopsu alveoolides ja
trahheobronhiaalses osas.
See tähendab, et peaksime end hoidma lenduvate
nanoosakeste eest
Eriti oluline on see inimestele, kes osakesi valmistavad
ja nendega otseselt töötavad!Süsinikust nanotorukestele on seatud piir 0.007 mg/m3 õhu kohta
töökohal. Võrdluseks:
Tallinnas on ca 0.01 mg/m3 ja
Los Angeleses 0.07 mg/m3 õhu
kohta alla 2.5 mikromeetri osakesi
Aga mida teevad nanoosakesed keskkonnas?Nanoosakeste ja nanomaterjalide ohutus
Angela Ivask
KBFI, Keskkonnatoksikoloogia laboratoorium
Soure: internet
Nanoosakeste ja nanomaterjalide ohutusAga mida teevad nanoosakesed keskkonnas?
� Teatud nanoosakesed põhjustavad vetikate agregatsiooni ja seeläbi, nende kasvu pidurdumist
Aruoja jt. 2009 Science of the Total EnvironmentAruoja jt. 2009 Science of the Total Environment
� Paljud väiksed veeloomad söövad nanoosakesi, kuna nende suurus meenutab loomade
tavatoitu
Autor: Monika MortimerAngela Ivask
KBFI, Keskkonnatoksikoloogia laboratoorium
�Nanoosakesed
�Nanoosakeste ja nanomaterjalide ohutus
�Nanoosakeste ja nanomaterjalide reguleerimine tarbekaupades�Nanoosakeste ja nanomaterjalide reguleerimine tarbekaupades
Angela Ivask
KBFI, Keskkonnatoksikoloogia laboratoorium
Kuna on näiteid nanoosakestest, mis ühel või teisel moel nii inimest kui keskkonda
kahjulikult mõjutada võiks, on oluline, et nanoosakeste keskkonda paiskamine oleks
kontrollitud.
Kuidas eristada tooted, mis sisaldavad nanoosakesi?
� Praegu ei ole see nii lihtne, kuna pakenditele ei ole kohustust kirjutada, et tegu on
nanotehnoloogiaga või nanoosakestega.
Nanoosakeste ja nanomaterjalide reguleerimine tarbekaupades
nanotehnoloogiaga või nanoosakestega.
� Alates 2013. aasta juulist on nõutud, et kosmeetikatoodetele oleks neis sisalduvad nanoosakesed
märgitud.
� Vahel võib nanoosakeste märkimine toodetele olla ka suhteliselt keeruline, kuna tootjad ei ole
teadlikud nanoosakeste sisaldusest oma toodetes.
Angela Ivask
KBFI, Keskkonnatoksikoloogia laboratoorium
Nanoosakeste ja nanomaterjalide reguleerimine tarbekaupades
EL-s kehtib kemikaaliseadus REACH (Regulation evaluation, authorization and restriction of chemical substances). Selle järgi peavad tootjad vastutama selle eest, et nende toodetud
kemikaalid, ained või valmistised oleksid ohutud nii inimesele kui keskkonnale
Kemikaalide ohutuse eest vastutamine toimub läbi toodetud keemiliste ühendite testimise,
mis sõltub tootmise mahust ja algab alates 1. tonnist aastas
Süsinikust nanotorud
Nanoosakesi toodetakse üle 1 tonni aastas
Angela Ivask
KBFI, Keskkonnatoksikoloogia laboratoorium
EL-s kehtib kemikaaliseadus REACH (Regulation evaluation, authorization and restriction of chemical substances). Selle järgi peavad tootjad vastutama selle eest, et nende toodetud
kemikaalid, ained või valmistised oleksid ohutud nii inimesele kui keskkonnale
<<<< 1 tonni aastas ≥≥≥≥ 1 tonni aastas ≥≥≥≥10 tonni aastas ≥≥≥≥ 100 tonni aastas ≥≥≥≥ 1000 tonni aastas
Silma ja nahaärritus in vitro ei jah jah jah jah
Naha sensitiseerimine ei jah jah jah jah
Mutageensus in vitro ei jah jah jah jah
Akuutne toksilisus (söömine) ei jah/ei jah jah jah
Nanoosakeste ja nanomaterjalide reguleerimine tarbekaupades
Akuutne toksilisus (söömine) ei jah/ei jah jah jah
Akuutne toksilisus
(altenatiivne manustamistee)
ei ei jah jah jah
Subakuutne toksilisus (28
päeva)
ei ei jah jah jah
Subkrooniine toksilisus (90
päeva)
ei ei ei jah jah
Reproduktiivtoksilisus (1
põlvkond)
ei ei ei jah jah
Krooniline toksilisus ja
kantserogeensus
ei ei ei ei jah
In vivo (kas loom sureb, millal?, kas on mutageenne?) In vitro (loomast välja võetud rakud)
<<<< 1 tonni aastas ≥≥≥≥ 1 tonni aastas ≥≥≥≥10 tonni aastas ≥≥≥≥ 100 tonni aastas ≥≥≥≥ 1000 tonni aastas
Lühiajaline toksilisus
vesikirpudele
ei jah jah jah jah
Lühiajaline toksilisus vetikatele ei jah jah jah jah
Lühiajaline toksilisus kaladele ei ei jah jah jah
Mõju aktiivmuda aktiiivsusele ei ei jah jah jah
Nanoosakeste ja nanomaterjalide reguleerimine tarbekaupades
EL-s kehtib kemikaaliseadus REACH (Regulation evaluation, authorization and restriction of chemical substances). Selle järgi peavad tootjad vastutama selle eest, et nende toodetud
kemikaalid, ained või valmistised oleksid ohutud nii inimesele kui keskkonnale
Mõju aktiivmuda aktiiivsusele ei ei jah jah jah
Pikaajaline toksilisus kalale ja
vesikirbule
ei ei ei jah jah
Lühiajaline toksilisus
taimedele ja
maismaaloomadele
ei ei ei jah jah
Pikaajaline toksilisus
taimedele ja
maismaaloomadele
ei ei ei ei jah
Pikaajaline toksilisus
setteorganismidele
ei ei ei ei jah
Pikaajaline toksilisus lindudele ei ei ei ei jah
� EL-s kemikaali registreerides on nõutud, et tootja teavitaks
spetsiaalses ettevalmistatud süsteemis (IUCLID) enda toodetud
osakeste suuruse jaotuse
Kemikaalitootjad peavad vastutama ka toodetud nanoosakeste ohutuse eest!
Nanoosakeste ja nanomaterjalide reguleerimine tarbekaupades
EL-s kehtib kemikaaliseadus REACH (Regulation evaluation, authorization and restriction of chemical substances). Selle järgi peavad tootjad vastutama selle eest, et nende toodetud
kemikaalid, ained või valmistised oleksid ohutud nii inimesele kui keskkonnale
� On välja antud rida soovituslikke meetodeid selleks, kuidas tootjad
peaksid määrama oma toodetud nanoosakeste suuruse jaotuse ja
kuidas tootjad peaksid testima toodetud nanoosakeste ohtlikkust.
Üldiselt ei peeta oluliseks suurte koguste nanoosakeste akuutse toksilisuse testimist, pigem keskendutakse pikaajalise (kroonilise) toksilisuse testimisele
Ei ole võimalik andmete ülekandmine ühest uuringust teise, kuna enamasti on testitud nanoosakesed erinevad
Inimese puhul on väga olulised andmed süsteemse toksilisuse kohta
Angela Ivask
KBFI, Keskkonnatoksikoloogia laboratoorium
Nanoosakeste tulevik
Kõigepealt uurime, kas toodetud
nanoosakesed ei ole ohtlikud, ja siis
hakkame tootma!
Eestis viiakse läbi nanotoksikoloogilisi
uuringuid Keemilise ja Bioloogilise Füüsika
Instituudi Keskkonnatoksikoloogia
laboratooriumis
Angela Ivask
KBFI, Keskkonnatoksikoloogia laboratoorium