Nanočástice – jejich vliv na lidský organismus Ing. Karla Barabaszová, Ph.D. Mgr. Jana Kukutschová, Ph.D.

Centrum nanotechnologií na VŠB-TUO  Založeno v r. 2007 jako vysokoškolský ústav na VŠB-TU Ostrava  Centrum nanotechnologií jako první v ČR začalo spolu s fakultami HGF, FMMI, FS vyučovat nový studijní program „Nanotechnologií“  Komplexní vývoj nanotechnologií a nano-materiálů od počítačového modelování přes technologii přípravy až po testování vlastností  Vývoj analytických a diagnostických metod pro studium vlastností nanomateriálů  Jako jediné pracoviště v ČR se zabýváme vlivem nanočástic na zdraví (nanopatologie)

Nanomateriály materiály, jejichž nové vlastnosti jsou určeny charakteristickými znaky o rozměrech mezi 1 - 100 nm, přinejmenším v jednom směru. uměle vytvořené nanostruktury májící zásadní význam pro funkci a vlastnosti materiálu. Ve škále nanorozměrů se hmota chová jinak než ve škále makrorozměrů a má odlišné vlastnosti. Využití těchto vlastností v materiálech, prvcích nebo systémech skýtá nové aplikační výstupy.

Struktury nanomateriálů: 3D nanotečky, nanočástice (všechny rozměry nano) 2D nanodestičky, vrstvy, filmy (dva rozměry nano) 1D nanodráty, trubičky, vlákna (jeden rozměr nano)

Hazard !!! Jaderná energie, biotechnologie, toxické látky – všechny tyto technologická rizika mají svůj univerzálně platný znak. Tak proč ne také (potenciálně nebezpečné) nanotechnologie?

Vyhlášena soutěž – navržení znaku nanohazardu. Znak nanohazardu ETC Group (Action Group on Erosion, Technology and Concentration) - kanadská společnost, která se orientuje na podporu udržitelného rozvoje v oblasti kultury, ekologie a lidských práv. www.etcgroup.org Vyhlášena soutěž – navržení znaku nanohazardu. Vybrány 3 vítězné návrhy:

Hodnocení rizik nanomateriálů

Zdroje (<100 nm) Přírodní – požáry, vulkanická činnost Vedlejší produkty – dieslové emise, svařování, pyrometalurgie, smažení, aj. Syntetické – oxidy kovů (TiO2, ZnO, ...), fullereny, aj.

Nanočástice v pracovním prostředí

Osud nanomateriálu v prostředí

Cesty expozice, distribuce a degradace nanočástic v přírodě UV degradace Příroda a lidé Příroda a lidé Ukládání Dekontaminace Vzduch Sorpce na organických materiálech Prášení Potravinový řetězec Potravinový řetězec Půda, flóra a fauna Biodegradace? Voda Filtrace Sediment Bentické organismy Biodegradace? Chemická degradace? Loužení Spodní voda

Saze z dieselových motorů Znečištění ovzduší prachovými částicemi: 42% doprava, 22% průmysl, 11% elektrárny, 9% domácnosti. U.S.-EPA: Emise prachových částic z dopravy – cca 210 000 t/rok (1999). - hlavní složky: organické sloučeniny, elementární uhlík - zdroje: diesel. motory (72%) a benzínové motory (28%). Většina prachových částic emitovaných spalováním nafty v dieselových motorech spadá do frakce pod 1 µm.

Toxikologicky významné parametry Rizikové vlastnosti: hmotnost → absence gravitačního působení povrch → reaktivita (ROS) velikost → schopnost difundovat přes biomembrány Particle content 10 µg cm-3

Problémy nanotoxikologie Dozimetrie – jak vyjadřovat dávku (např. hmotnost, velikost, povrch, počet částic) ? Jak zjistit zda je daný materiál vpraven do detekčního organismu v požadované formě? Je problematické detekovat a kvantifikovat nanomateriály v buňkách a tkáních. Potřeba charakterizovat nanomateriály ve všech fázích toxikologického hodnocení. Jaké jsou nejvhodnější sledované parametry v testech toxicity (biochemické, genetické nebo morfologické změny) ? Je možná extrapolace výsledků testů na zvířatech z hlediska vlivu na zdraví člověka ?

Inhalační expozice Rozdělení velikostí částic Nanočástice – snadno suspendovatelné Inhalace - nejčastější druh expozice. Rozdělení velikostí částic Inhalovatelná frakce (< 100 μm) částice schopné vstoupit do dých. traktu (vdechnuty nosem, ústy) Thorakální frakce (< 10 μm) → do plic Respirabilní frakce (< 5 μm) transport až do plic. sklípků Účinnost odchytu částic řasinkovým epitelem Průměr [μm] Záchyt [%] 10 100 5 50 3.5 25 2 Částice (<100 nm) – po inhalaci: - do 60 s → alveoly - do 60 min → jaterní tkáň

Chronická inhalace nanočástic (< 100 nm) – testy toxicity Testovací organismus – potkan (extrémně citlivý na vznik zánětlivých procesů po expozici částicím) Materiál – kovy a jejich oxidy (Ni, Cd) nanočástice TiO2 SEM snímek plíce potkana demonstrující zúžení v oblasti přechodu průdušek v alveolární část plic. SEM snímek depozice inhalovaných částic v alveolární části.

Dermální expozice

Opalovací krémy Nanočástice TiO2 a ZnO - součást opalovacích krémů díky své schopnosti odrážet UVA a UVB záření. Účinnost těchto ochranných filmů závisí na velikosti a množství částic dispergovaných v emulzi. Častěji se používají anorganické sloučeniny v důsledku nižší toxicity a chemické stability během expozice UV záření.

Nano Ag Dermální aplikace - antibakteriální účinky, (součást mastí, náplastí aj.) – léčebné použití Dermální a orální expozice – netoxická pro člověka, toxická pro zvířata Inhalace – akutní zdravotní dopady na člověka i zvířata Nanostrukturované Ag – vykazuje vyšší toxicitu v In.vitro testech inhalační toxicity. Soto K. F., et a.l.: Comparative in vitro cytotoxicity assessment of some manufacturednanoparticulate materials characterized by transmissionelectron microscopy. J. Nanopart. Res. 7(145-169), 2005. Porovnání účinků Ag-částic na člověka a zvířata (In Tox. Profile for Silver, ATSDR U.S.)

Nanočástice a ultrajemné nanočástice v lidském organismu BLOOD Oberdörster G., et. al: Environ. Health Persp. 113(7):823-839. 2005.

Hlavní nedostatky informací Není standardizována nomenklatura nanočástic. Nejsou vhodné metody pro měření expozic na pracovních místech. Pro posuzování expozic kůží nebo perorálně nejsou vhodné metody. Chybí zhodnocení efektivity řízení expozic při výrobě a zpracování.

Závěry ? Panika není na místě !!! Nebezpečí vzniku psychologického odmítání nanomateriálů Průmysl je odpovědný za posuzování možných rizik z výroby a používání nanomateriálů Předpokládá se samostatná legislativa Nanotechnologie: → nové příležitosti pro zlepšování kvality života, → potenciál pro dosud nepoznané ekologické důsledky.