Контрольные вопросы

Источники поступления и пути миграции наночастиц в окружающей среде и организме человека

Контрольные вопросы

1.Спектр продуктов современных нанотехнологий.

Спектр продуктов современных нанотехнологий велик и может быть представлен разными классами в соответствии с их физико-химическими особенностями, составом и формой. Классы наноматериалов представляют следующим образом:

1)углеродсодержащие ‒ фуллерены, многослойные и однослойные нанотрубки, графены, наноалмазы;

2)металлсодержащие ‒ оксиды металлов, такие как диоксид титана (TiO2), оксид цинка (ZnO), диоксид церия (CeO) и др.;

3)квантовые точки (КТ) ‒ полупроводниковые нанокристаллы, имеющиереактивноеядроизметалловилиполупроводников(селенидкадмия (CdSe), теллурид кадмия (CdTe), фосфид индия (InP) или селенид цинка (ZnSe), которое защищено от окисления оболочкой (диоксид кремния);

4)инертныеметаллы‒железо,сереброизолото(приэтомотмечают,что наиболее распространенными в потребительской сфере являются наноматериалы с частицами серебра);

5)дендримеры, или многофункциональные полимеры, размером, структурой и молекулярной массой которых можно управлять.

2.Источники поступления наночастиц в окружающую среду.

Естественные наночастицы в окружающей среде существовали всегда.

Вулканическая активность или гидротермальные процессы естественным образом производят частицы нанометрового масштаба, но в результате деятельности человека появились неестественные (спроектированные) очень мелкие частицы в окружающей среде.

Природные и антропогенные источники поступления наночастиц в окружающую среду представлены в таблице 1.

Таблица 1 ‒ Источники поступления наночастиц в окружающую среду

Случайно полученные наночастицы ‒ это нефильтрованные выхлопные газы, которые содержат потенциально большое количество вредных веществ, полученных в результате неполного сгорания горючего. При сгорании дров в домашнемкаминеобразуютсяфуллереныилинанотрубки.Достаточноодного лесного пожара, чтобы образовалось огромное количество фуллеренов, нанотрубок,графенов.Ещеодинисточникобразованиянаночастиц‒пылевые бури Сахары, которые разносят столько песка над океаном, что он виден из космоса. Пыль Сахары состоит из наномаштабных смешанных оксидов

кремния, алюминия, титана, железа, калия и кальция, а также железистые соединения, которые удобряют морские регионы, в которых она оседает. В результате этого быстро растущие водоросли производят деметилсульфид, молекулы которого образуют в воздухе мелкие кристаллы.

Самыми крупными поставщиками наночастиц на большие высоты в атмосфере служат вулканы (вулканическая пыль).

3. Пути поступления наночастиц и перенос наночастиц (НЧ) в организме человека.

Поступление нанообъектов в организм человека не отличается от поступления других загрязнений и происходит:

−через дыхательные пути (домашний текстиль);

−с водой и пищей через кишечный тракт;

−через кожные покровы (одежда, белье) и слизистые оболочки;

−от загрязненных поверхностей.

В тоже время нанообъекты могут поступать в организм человека не как загрязнения, а по другим причинам:

−при использовании нанолекарств, нанокосметики, нанотекстиля;

−при постоянном контакте с бытовыми предметами и материалами, содержащими нанообъекты и наночастицы.

Дозы нанопорошков, способные поступать в организм из внешней среды, не велики. Так, при средней концентрации наночастиц в стабильных водных дисперсионных системах порядка 1 мг/л, указанная для крысы токсикодоза содержится в 1 кубометре воды. Даже при аккумуляции наночастиц в растениях указанная токсикодоза может быть получена только с 30 килограммами пищи.

Обобщенная схема доказанных и возможных путей передвижения наночастицворганизмечеловека,ихраспределенияивыведенияизорганизма представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 − Схема распространения наночастиц в организме человека

Маленькие размеры облегчают поступление наночастиц в клетки и переносихвсистемукровообращения,лимфатическуюсистему,центральную нервную систему, при этом наночастицы достигают таких потенциально чувствительных мишеней, как костный мозг, лимфоузлы, селезенка и сердце. Таким образом, наночастицы могут преодолевать защитные механизмы дыхательной, мочевыделительной, кровеносной и других систем человека.

Как только наночастицы проникли в систему кровообращения, лимфу или нервные волокна и окончания, они могут участвовать в биохимических реакциях, следовательно, приводить к различным биологическим эффектам. Например, внутривенные инъекции крысам смеси углеродных наночастиц и нанотрубок приводят к агрегации тромбоцитов и к ускорению тромбообразования в сонной артерии этих животных. Более того, наночастицы могут приводить к цитотоксическим морфологическим изменениям в эндотелиальных клетках в вене человека, возникновению

воспалительных реакций, подавлению роста клеток и уменьшению эндотелиального синтеза оксида азота. Попадание многостенных углеродных нанотрубок в почки инициирует смерть клеток.

Наночастицы попадают с кровью в селезенку, почки, сердце и печень. Так,частицысеребра(20-65нм)обладаютспособностьюосаждатьсявпечени. Наночастицы (20 нм) TiO2 при ингаляционном способе введения способны накапливаться в лимфоидных тканях.

Наночастицы могут эффективно проникать во все три области респираторного тракта. При этом они могут покидать респираторный тракт и поступать в другие системы (через кровь и лимфу). Например, вдыхаемые углеродныечастицы(20нм),помеченныетехнецием(Tc),проникаютвпечень и накапливаются в ней.

Попадание наночастиц из респираторного тракта в кровеносную систему происходитчерез эпителий респираторного тракта прямо в кровь или лимфу, откуда через лимфатические узлы частицы поступают в кровеносную систему.

4.Опасности нанотехнологий и пути их преодоления.

Опасности от нанотехнологий делят на специфические и

неспецифические. Основные опасности нанотехнологий и пути их преодоления представлены в таблице 2.

Таблица 2 ‒ Опасности нанотехнологий и пути их преодоления

Попадающие в окружающую среду искусственные наночастицы и наноматериалы представляют собой особый, беспрецедентный класс промышленных загрязнений (чаще всего искусственные материалы, не производимые самой природой, не дружественные ей, которые очень трудно биологически разлагаются или усваиваются). Их особый вред может быть

связан с необычными свойствами веществ (из которых их производят), включая их мобильность и устойчивость в почве, воде, воздухе, бионакопление, непредсказуемое взаимодействие с химическими и биологическими материалами.

Наноразмерныйалюминийвбольшойконцентрацииостанавливаетрост корней пяти сельскохозяйственных культур; побочные продукты производства одностенных углеродных нанотрубок повышают смертность и задержку развития мелких ракообразных.

Научное, экспертное сообщество в последнее время стало осознавать опасности и риски нерегулируемого развития наноиндустрии и нанопродукции из-за токсичности наноматериалов для живых систем и нехватки исследований по этой проблеме.

Это означает, что с самого начала следует производить оценку безопасности всего цикла любых вводимых в практику нанотехнологий и наноматериалов: на экспериментальной стадии, безопасности пилотных разработок, промышленного производства, во всех сферах использования, безопасности в потенциальных авариях, при остановке технологии, при хранении, захоронении отходов, содержащих наноматериалы.