Istraživači su potrošili mnogo vremena i novca istražujući nove primjene nanotehnologije, ali relativno malo je potrošeno na istraživanje učinaka ovih čestica na ljudsko zdravlje i okoliš. Elementi se ponašaju drugačije kada su napravljeni u iznimno maloj mjeri, pa mogu reagirati na svoje okruženje na neočekivane načine. Možda će moći ući u tijelo na načine na koje prije nisu mogli, utječući na mozak ili druga tkiva; budući da mnogi od ovih elemenata ne mogu probiti krvnu/moždanu barijeru u svom standardnom obliku, nitko zapravo ne zna što će se dogoditi kada to učine. Oblici nanočestica također mogu biti prilično različiti od uobičajenih za element, što može uzrokovati da živi sustavi ne znaju kako na njih reagirati ili reagirati negativno.
Što je nanotehnologija?
Nanotehnologija je područje znanosti i inženjerstva koje uključuje proučavanje i manipulaciju česticama veličine 1-100 nanometara. Nanometar je milijarda metra, a metar je oko 39 inča. Čestice u ovom rasponu veličina često imaju neobična svojstva, a nadamo se da se ona mogu iskoristiti kako bi donijele velike koristi u područjima kao što su znanost, inženjerstvo, medicina i računalstvo.
Ponašanje nanočestica
Prema riječima stručnjaka, problem je u tome što se elementi na nanorazini ponašaju drugačije od čestica veće veličine u kojima se inače susreću. Kao primjer, svojstva grafita su dobro poznata: on ima specifičnu poziciju u toksikološkim smjernicama i ne smatra se opasnim ili reaktivnim materijalom ni pod kojim normalnim okolnostima. Nobelov dobitnik fizike Richard Smalley sa Sveučilišta Rice otkrio je ugljikove nanocijevi i fulerene (buckyballs) – nanočestice ugljika – koje su kategorizirane kao oblici grafita zbog načina na koji su atomi ugljika raspoređeni. Te se čestice, međutim, ponašaju drugačije od grafita, što njihovu klasifikaciju čini potencijalno opasnom.
Znanstvenici znaju da tvari postaju reaktivnije kako se njihove čestice smanjuju jer je površina veća u odnosu na volumen, osiguravajući veću površinu na kojoj se mogu dogoditi kemijske reakcije za određenu količinu tvari. Jedan primjer se odnosi na element željezo. Željezni čavao neće izgorjeti, ali će se ista količina elementa u obliku izuzetno finog praha spontano zapaliti kada je izložena zraku. Slično, tvari koje su inače prilično inertne mogu proći neočekivane kemijske reakcije u ljudskom tijelu ili u okolišu kada su u obliku nanočestica.
Kako nanočestice komuniciraju sa živim sustavima
Svaka procjena opasnosti od nanotehnologije komplicirana je činjenicom da veličina i oblik nanočestica mogu utjecati na njihovu bioaktivnost i toksičnost. Kao rezultat toga, jednostavna kategorizacija temeljena na poznatim svojstvima elemenata možda neće biti moguća. Njihova sposobnost interakcije sa živim sustavima se povećava jer često mogu prodrijeti u kožu, ući u krvotok preko pluća i prijeći krvno-moždanu barijeru. Nakon što uđu u tijelo, mogu doći do daljnjih biokemijskih reakcija, poput stvaranja slobodnih radikala koji oštećuju stanice i DNK. Drugi problem je da dok tijelo ima ugrađenu obranu za prirodne čestice s kojima se susreće, nanotehnologija uvodi potpuno nove tvari koje tijelo ne bi prepoznalo niti se moglo nositi s njima.
Ponekad ih fizička svojstva, za razliku od kemijskih, mogu sama učiniti opasnima na neočekivane načine. Azbest je jedan primjer. Budući da je kemijski prilično inertan, u početku se smatralo da je bezopasan i da je bio naširoko korišten, ali kada se reže ili slomi, ovaj materijal proizvodi sićušna vlakna koja se prenose zrakom koja se mogu udahnuti. Sada je utvrđeno da ova vlakna mogu uzrokovati rak kada se zadrže u plućima, a čini se da je učinak posljedica njihove veličine i oblika te načina na koji mehanički stupaju u interakciju s plućnim stanicama.
Jedna znanstvena studija pokazala je da neke vrste ugljikovih nanocijevi po svojim dimenzijama i obliku vrlo podsjećaju na azbestna vlakna, a testovi na životinjama pokazali su da nanocijevi uzrokuju upalu i lezije u tkivu izloženom njima. Još nije dokazana veza s rakom, ali u slučaju azbesta, bolest se može razviti tek nekoliko desetljeća nakon izlaganja. Danas se 3,000 smrtnih slučajeva godišnje pripisuje azbestu od desetljeća stare upotrebe. Oni koji se brinu o mogućim opasnostima nanotehnologije nadaju se da će izbjeći sličan ili još gori budući scenarij, posebno s obzirom na rastuće tržište nanočestica u tako raznolikim proizvodima kao što su boje za automobile, teniski reketi i šminka.
Studije o učincima nanočestica
U ožujku 2004., testovi koje je provela toksikologinja za okoliš Eva Oberdörster, dr. s. Southern Methodist University u Teksasu, otkrila su opsežna oštećenja mozga kod riba izloženih fulerenima u razdoblju od samo 48 sati pri relativno umjerenoj dozi od 0.5 dijelova na milijun — usporediv s razinama drugih onečišćujućih tvari u sličnim okolišima. Ribe su također pokazale promijenjene genske markere u jetrima, što ukazuje na to da im je cijela fiziologija pogođena. U istodobnom testu, fulereni su ubili vodene buhe, važnu kariku u lancu hrane u moru.
Oberdörster nije mogla reći hoće li fulereni također uzrokovati oštećenje mozga kod ljudi, ali je upozorila da je potrebno više studija i da bi akumulacija fulerena tijekom vremena mogla biti zabrinjavajuća, osobito ako im se dopusti da uđu u lanac ishrane. Ranije studije Centra za biološku i ekološku nanotehnologiju (CBEN) iz 2002. pokazale su nanočestice nakupljene u tijelima laboratorijskih životinja, a druge studije su pokazale da fulerini slobodno putuju kroz tlo i da ih gliste mogu apsorbirati. Ovo je potencijalna poveznica u prehrambenom lancu do ljudi i predstavlja jednu od mogućih opasnosti nanotehnologije.
Pokazalo se da i druge nanočestice imaju štetne učinke. Istraživanje s Kalifornijskog sveučilišta u San Diegu početkom 2002. otkrilo je da nanočestice kadmij selenida, koje se nazivaju i kvantne točke, mogu uzrokovati trovanje kadmijem kod ljudi. Kadmij je otrovan u bilo kojem obliku koji tijelo može apsorbirati, ali mala veličina tih čestica može povećati rizik od slučajnog izlaganja. Godine 2004. britanski znanstvenik Vyvyan Howard objavio je početne nalaze koji ukazuju na to da bi se nanočestice zlata mogle kretati kroz placentu trudnice do njenog fetusa. Još davne 1997. znanstvenici s Oxforda otkrili su da nanočestice korištene u kremama za sunčanje stvaraju slobodne radikale koji oštećuju DNK.
Budućnost
Nema sumnje da nanočestice imaju zanimljiva i korisna svojstva i mogu donijeti velike koristi, ali istraživanja o njihovim mogućim štetnim učincima još su u tijeku, a ljudi su im već izloženi. Radnici zaposleni u proizvodnji proizvoda koji sadrže nanočestice najviše su izloženi riziku: američki Nacionalni institut za sigurnost i zdravlje na radu (NIOSH) izvještava da je više od 2 milijuna Amerikanaca izloženo visokim razinama tih čestica, a vjeruju da će se ta brojka povećati na 4 milijuna u bliskoj budućnosti. Brojne skupine predložile su moratorij na proizvodnju i marketing proizvoda koji sadrže nanočestice i pozivaju na istraživanje da prethodi proizvodnji, a ne da je slijedi. Postoji zabrinutost da bi snažni gospodarski porivi i konkurencija na tržištu mogli imati prednost nad znanstvenom razboritošću kada je u pitanju javno zdravlje i potencijalne opasnosti nanotehnologije.