نانوذرات تولید شده

عبارت نانوذرات تولید شده (manufactured nanoparticle) در واقع در اینجا به معنای ذراتی است که دارای اندازه ی فیزیکی کمتر از 100 نانومتر در حداقل دو بعد می باشند. این نانوذرات به صورت عمدی تولید شده اند و محصول فرعی واکنش دیگری مانند فرایند احتراق و یا جوشکاری، نیستند. در حالی که یک تعریف دقیق تر هیچ پارامتری از جمله توزیع اندازه و قطر نفوذی را در نظر نمی گیرد، عبارت نانوذره باید در اینجا، به عنوان یک واژه ی عمومی تر استفاده شود. در واقع این مواد آگلومره هایی از ذرات اولیه هستند. نانوذرات در اشکال مختلفی مانند پودر، سوسپانسیون و یا پراکنده شده در زمینه، یافت می شوند.
به صورت تئوری، نانوذرات تولید شده می توانند از هر واکنش شیمیایی تولید شوند. به هر حال، بیشتر نانوذراتی که هم اکنون استفاده می شوند، از فلزات انتقالی، سیلیکون، کربن و اکسیدهای فلزی، تشکیل شده اند. تعداد اندکی از این نانوذرات برای چندین دهه است که در مقیاس صنعتی تولید می شوند اما برخی از انواع جدید این مواد مانند نانوتیوب های کربنی، فولرن ها و یا کوانتم دات ها، در طی دهه های اخیر، تولید شده اند. توسعه ی نانومواد سریعا در حال پیشرفت است در جدول 1 می توانید نمونه هایی از نانوذرات تولیدی را مشاهده کنید:

نانوذرات و سلامت بشر

رشد اقتصادی در زمینه ی نانوتکنولوژی منجر به افزایش در تنوع و حجم نانوذرات مهندسی تولید شده، شده است. حتی اگر برخی از داده ها و اطلاعات در نظر گرفته نشده باشند، این تا حدی قابل پیش بینی است که نانوذرات مهندسی در انواع مختلف به صورت روز افزون در حال تولید می باشند.
این مسئله را در نظر داشته باشید که نانوذرات آزاد می توانند به شیوه های مختلفی وارد بدن انسان شوند و یا در محیط زیست پراکنده شوند. در این میان، اثر این مواد آزاد بر روی سلامت انسان و اکوسیستم ها، مهم می باشند.
برای ارزیابی ریسک های مربوط به نانوذرات، روش هایی برای ارزیابی ایمنی شیمیایی توسعه یافته اند که بوسیله ی آنها می توان ویژگی های خاص مربوط به نانوذات را تشخیص داد. تفاوت اصلی ارزیابی مواد بالک، این حقیقت است که پارامترهای اضافی مانند اندازه، شکل و یا خواص سطحی، می توانند در این مواد، نقش ایفا کنند. به همین دلیل است که نانوذرات به صورت فنی مواد مورد نظری هستند و گونه های سمی جدیدی محسوب می شوند. برهمکنش بدن انسان و اثرات آن بر روی سلامتی، هم به نوع ماده و هم به اندازه، وابسته است.
این ضروری است که هم خطرات مربوط به نانوذرات و هم میزان برخورد آن ها با بدن، مورد بررسی قرار گیرد. در هر دو زمینه، دانش موجود کاملا محدود است و این ضروری خواهد بود که داده های جدیدی در این مورد در آینده، تهیه شوند.
در توصیف زیر، وضعیت کنونی مربوط به خطرات و مسائل مربوط به برخورد نانوذرات با بدن، به صورت خلاصه، آورده شده است.

خطرات مربوط به نانوذرات مهندسی

وقتی مواد بالک به صورت نانوذره درمی آیند، این مواد از لحاظ شیمیایی فعال تر می شوند و این دلیل این مسئله است که چرا این مواد برای تولید کاتالیست ها، مناسب می باشند. این مسئله حتی در مواد خنثایی مانند پلاتین و طلا نیز یافت می شود. این مواد قابلیت کاتالیست واکنش های شیمیایی را در حالت پودری و نانومتری، دارند.
بسیاری از مطالعه ها نشان داده اند که نانوذرات عموماً در زمان ورود به بدن، سمی تر می شوند. متخصصین به شدت بر این ایده تأکید دارند که اثرات نامطلوب نانوذرات نمی تواند به صورت قابل اعتماد، پیش بینی شود و میزان سمیت این مواد، با سمیت مربوط به مواد بالک، قابل مقایسه نمی باشد.
بزرگترین دغدغه در این زمینه، این است که نانوذرات و یا نانوتیوب های آزاد می توانند بوسیله پوست و یا بلعیدن، وارد بدن شوند.

جذب نانوذرات از طریق ریه ها

همانگونه که بوسیله ی یک مقاله ی مروری بوسیله ی Hoet در ژورنال نانوتکنولوژی گفته شده است: بیشتر نانوذرات جامد و کروی، به سهولت وارد ریه می شوند و به حبابچه های ریه وارد می شوند.
ذرات وارد شده می توانند دو اثر اصلی بر روی بدن داشته باشند:
• اثر سمی آنها در اصل موجب سوزش در مسیر تنفسی می شود که در واقع این مسئله به واسطه ی تخریب بافت و اثرات سیستماتیک متعاقب، ایجاد می شود. خاصیتی که موجب بروز التهاب نانوذرات می شود، ناشناخته است، اما این انتظار وجود دارد که این التهاب ها در ارتباط با مساحت سطح و تعداد نانوذرات می باشد. نانوذرات می توانند موجب تخریب قابلیت ماکروفاژها به فاگوسیتوز و ذرات تمیز می شود و در واقع موجب انجام واکنش های التهابی می شود.
• انتقال از میان جریان خون به سایر اندام های حیاتی و یافت های بدن: این مسئله منجر به اثرات قلبی و عروقی و بروز اثرات فوق ریوی می شود.
برخی از محققین نانوتیوب ها را با آزبست مقایسه می کنند و ریسک مربوط به نانوتیوب ها را مشابه این مواد می دانند. علت این مسئله، در واقع شکل سوزنی شکل مربوط به نانوتیوب ها می باشد. دغدغه ی آنها به صورت خاص در مورد الیاف با مقاومت بیولوژیک بالا نیز مشاهده می شود. اگر چه مقایسه این موارد محتمل است، این مسئله اشاره شده است که الیاف نانوتیوبی تمایل به توده ای شدن را دارند و کمتر به صورت منفرد یافت می شوند و بنابراین، احتمال کاهش میزان برخورد و همچنین پتانسیل آسیب رساندن این مواد، وجود دارد.

جذب از طریق سایر روش ها

بررسی های علمی نشاندهنده ی این است که ذرات نانوسایز، می توانند از طریق سایر روش ها نیز وارد بدن شوند. این موارد شامل ورود از طریق بینی بالایی و روده ها، می باشد.
نفوذ از طریق پوست، کمتر مشهود است اما محققین در حال بررسی این مسئله نیز می باشند. تغییر در نفوذ به اندازه و خواص سطحی مربوط به ذرات و همچنین میزان تماس، وابسته می باشد. اگر نانوذرات از طریق پوستن نفوذ کنند، این مسئله موجب احتمال تخریب سلولی می شود. برخی شواهد مبنی بر این موضوع وجود دارد که نانوذرات دی اکسید تیتانیم نمی توانند از طریق پوست نفوذ کنند اما این واضح نیست که آیا همین مسئله در مورد همه ی افراد صدق می کند و یا افرادی که مبتلا به بیماری هایی از جمله اگزما هستند، از این قاعده مستثنی هستند یا نه! همچنین اطلاعات ناکافی در مورد این مسئله وجود دارد که آیا سایر نانوذرات مورد استفاده در صنعت آرایشی و بهداشتی (مانند اکسید روی) می تواند از طریق پوست نفوذ کند یا نه! بنابراین، این نیاز وجود دارد که تحقیقات بیشتری در این زمینه، انجام شود. بیشتر اطلاعات مربوط به این زمینه، بوسیله ی بخش های صنعتی ارائه شده است و مقالات علمی در این زمینه، اندک می باشند.

توزیع در بدن

در بدن، توزیع ذرات به طور قابل توجهی به خواص نانوذرات مثلا ترکیب، اندازه و ویژگی های سطحی ذرات، وابسته می باشد. این به نظر می رسد که جایگیری از تمام روش های جذب، انجام می شود. یک چنین جایگیری بوسیله ی گرایش به ورود به سلول ها، تسهیل می شود. این کار از طریق غشاهای سلولی انجام می شود و در واقع به سمت اکسون ها و دندریمرها ادامه می یابد. این بخش ها، به اعصاب سلول متصل می باشند. پوشش های سطحی دارای اثر اصلی می باشند. موبیلیته ی مربوط به انواع مختلف از نانوذرات نیازمند بررسی های جزئی تر می باشد که هنوز انجام نشده است.
برای مثال، این واضح نیست که آیا نانوذرات می توانند از بدن زنان باردار عبور کنند و از طریق جفت وارد بدن جنین بشوند یا نه!
این ممکن است که نانوذرات با دوام بالا و با مقاومت زیستی در بدن انباشته شوند. این مسئله مخصوصاً در ریه ها، مغز و کبد، مشکل آفرین است.
برای اکثر نانوذرات، داده های مربوط به سمیت این مواد در محیط زیست، باید گرد آوری شود. حتی اگر جزئیات نیز هنوز واضح نباشد، این مسئله مشهود است که برهمکنش میان بدن انسان و این مواد به پارامترهای مختلفی از جمله، ترکیب شیمیایی، اندازه ی ذره، مساحت سطح، مقاومت بیولوژیکی و پوشش های سطحی این مواد، وابسته می باشد. بنابراین، تا زمانی که یک تئوری در مورد اثر نانوذرات بر روی سلامتی بدن تدوین شود، هر نانوماده ای باید به صورت مفرد مورد بررسی قرار گیرد و میزان سمیت آن بر روی سلامت، ارزیابی گردد. در واقع یک غربال گری ریسک سیستماتیک، برای تدوین آگاهی در مورد برهمکنش های بدن انسان و محیط زیست با این مواد، مفید می باشد.
علاوه بر اثرات سمیت، برهمکنش نانوذرات که وارد سلول ها می شوند، یک زمینه ی بالقوه برای بررسی اثرات برهمکنش ها و برهمکنش ها با ساختارهای سلولی مانند ریبوزوم ها و DNA ارائه می دهد.

قرارگیری در معرض نانوذرات

آسیب می تواند بوسیله مواد شیمیایی ایجاد شود اگر، بخش های حساس یک فرد در مدت زمان طولانی، در معرض غلظت های بالایی از مواد سمی قرار گیرند. علاوه بر این، خواص فیزیکی- شیمیایی مربوط به نانوذرات، طبیعت شرایط برخورد و حالت سلامتی افراد در معرض ریسک، در نظر گرفته شوند.
نانوذرات در طبیعت رها می شوند (مثلا در فوران آتش فشان و یا در زمان آتش گرفتن جنگل ها) و یا می توانند بوسیله ی فعالیت های انسانی تولید شوند. نانوذراتی که به صورت عمدی وارد طبیعت می شوند، تحت شرایط کنترل شده، تولید می شوند در حالی که نانوذراتی که به صورت غیر عمد وارد طبیعت می شوند، از طریق احتراق، انفجار، سایش مکانیکی و یا سایر فعالیت های صنعتی در دماهای بالا منتج می شوند. منبع اصلی مربوط به تولید نانوذرات غیر عمدی که در حقیقت به آنها ریزگرد می گویند، ترافیک خودرو است.
ما در محیطی از نانوذرات زندگی می کنیم. برای مثال، یک اتاق معمولی می تواند حاوی 10000 تا 20000 نانوذره در هر سانتیمتر مکعب باشد؛ در حالی که این مقادیر می تواند در جنگل ها به 50000 و در خیابان ها، به 100000 نانوذره در هر سانتیمتر مکعب برسد.
در حال حاضر، نانوذرات منتج شده از تولید صنعتی، نسبت به نانوذرات تولید شده به صورت غیر عمدی، ناچیز است.
به هر حال، سطوح بالا از برخورد با این نانوذرات در حین انجام فرایندهای صنعتی، مورد انتظار می باشد. در این فرایندها، نانوذرات به صورت عمدی تولید و استفاده می شوند. علاوه بر این، از آنجایی که نانوذرات تولیدی به صورت گسترده ای استفاده می شوند، گستره ای از سناریوهای مربوط به برخورد با این مواد، رخ می دهد.
ارزیابی های برخورد برای نانوذرات مهندسی شده، باید تمام استفاده های ایده آل را پوشش دهی دهد. این موارد شامل فرایندهای زیر است:
• فرایندهای تولید
• فرایندهای مربوط به استفاده ی شناخته شده
• فعالیت های مربوط به کارگرانی که با این فرایندها مرتبط می باشند و به صورت مکرر و طولانی با نانوذرات در ارتباطند
• اقدامات مدیریت ریسک برای کاهش و جلوگیری از برخوردهای انسانی با این مواد
• اقدامات مربوط به مدیریت ضایعات
• فعالیت های مربوط به مشتری ها و دوره ی زمانی و تعداد برخورد ها با این مواد
نانوذرات هم اکنون در حجم های کوچک تولید می شوند و صرفنظر از استفاده ی آنها در مواد آرایشی و بهداشتی، مقادیر برخورد این نانومواد با افراد معمولی، بسیار پایین است. به هر حال، این را باید در نظر داشته باشید که رشد حجم تولید و گسترش میزان محصولات حاوی این مواد، موجب می شود تا این مسئله در سال های آینده، به طور کلی، تغییر کند.
با افزایش تعداد شرکت های شاغل در نانوتکنولوژی، کیفیت مدیریت ریسکی که به صورت عملی با آن مواجه هستیم، بسیار پیچیده و ضعیف می شود. سطح مدیریت ریسک اغلب به نوع صنعت و اقدامات مربوط به مدیریت منفرد و میزان توجه در آن شرکت، وابسته می باشد. با توجه به این مسئله، ارزیابی میزان برخورد با این مواد، باید اقدامات مربوط به مدیریت ریسک ضعیف را در نظر بگیرد مخصوصاً در غیاب مقررات خاص.
با توجه به مخاطرات موجود، شواهد کافی وجود دارد که طبق آنها، پیشنهاد داده می شود که برخورد با نانوذرات، به صورت خاص نانوذرات غیر محلول در آب، باید تا حد ممکنه کاهش یابد
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.
منبع مقاله :
Opportunities and risks of nanotechnologies/ Report in co-operation with the OECD international futures programme