At finde nano-nålen i høstakken

Norske forskere er blandt de første i verden til at bruge radioaktivitet til at spore nanopartikler i forsøgsdyr og jord. Deres resultater har gjort det lettere at identificere eventuelle negative miljøpåvirkninger af nanopartikler, som findes i et stigende antal produkter.

Nanoteknologi kan bruges til at forbedre egenskaberne af kommercielle produkter, at dræbe bakterier, bekæmpe lugt og mere. Men hvad sker der, når disse produkter kasseres, og disse ubegribeligt små partikler frigives til miljøet? Kan de samme egenskaber, der dræber bakterier i sportstøj, vaskemaskiner og køleskabe også har en utilsigtet skadelig indvirkning på sundhed og miljø?

Milliontedele af en millimeter

Brug af nanopartikler stiller nye spørgsmål til forskere, der studerer miljøfarlige stoffer. Størrelsen af ​​nanopartikler måles faktisk i milliontedele af en millimeter. De er alt for små til de undersøgelsesmetoder, der bruges med almindelige kemikalier.

Den første udfordring er at finde en måde at spore, hvor disse partikler ender. Medmindre de kan lokaliseres, vil det ikke være muligt at fastslå meget om deres indvirkning. Så hvad skal der gøres for at spore dem?

"Simpelt sagt, det er nemmere at finde en nål i en høstak, når nålen er radioaktiv, ” siger Dr. Deborah H. Oughton. Dr. Oughton er professor ved Norges Biovidenskabelige Universitet (UMB), med speciale i nuklear kemi. Som en del af et fælles forskningsprojekt, der involverer UMB, Norsk Institut for Vandforskning (NIVA), Bioforsk og internationale forskningspartnere, hun har stået i spidsen for bestræbelserne på at udvikle metoder til at spore nanopartikler ved at gøre dem radioaktive. Projektet er en del af Norges Forskningsråds program om norsk miljøforskning frem mod 2015 (MILJO2015).

Svært at opdage

»Nanopartikler er så små, at de er svære at finde ved hjælp af metoder, der er fælles for andre miljøfarlige stoffer. Forskere, der leder efter potentielle virkninger af forurening af nanopartikler, tyer ofte til brugen af ​​urealistisk høje koncentrationer af partikler i deres eksperimenter, ” fastslår Dr. Oughton.

Men der er flere ulemper ved en sådan tilgang. Først og fremmest, partiklernes egenskaber ændres, når koncentrationerne bliver så tætte. For det andet sådanne metoder afslører meget lidt om nanopartiklernes spredningsmønstre, nedbrydes over tid eller nanopartiklers evne til at akkumulere i koncentrationer, der formodes normalt at forekomme i naturen.

"Det er derfor, vi ønskede at teste, om det var muligt at spore nanopartikler ved hjælp af radioaktivitet, ” forklarer Dr. Oughton.

Radioaktivitet som markør

Dr. Oughton har sin baggrund i nuklear kemi og tog ideen om, at radioaktivitet kunne bruges som en markør fra dette og flere andre områder. Beslægtede metoder er allerede i brug til undersøgelser af radioaktiv miljøforurening såvel som i medicinsk diagnostik.

"Vi kiggede på metoder, der blev brugt på andre områder og arbejdede os hen imod noget, der ville fungere for nanopartikler. Tanken er, at når partikler er radioaktive, de kan spores. Vores forsøg viser, at vi kan opnå en stor mængde ny og værdifuld information ved hjælp af denne metode selv med en meget lav koncentration af partikler, siger Dr. Oughton.

Meget farlig at fiske

Dr. Oughton og kollega Dr. Erik Joner fra Bioforsk, blandt andre, kom med en metode, hvor regnorme blev fodret med hestemøg indeholdende radioaktive nanopartikler af sølv, kobolt og uran. Efterfølgende de var i stand til at studere optagelsen og akkumuleringen af ​​nanopartiklerne ved at observere, hvordan radioaktiviteten var fordelt og derefter sammenligne deres observationer med fysiologiske fund. I andre eksperimenter fra samme projekt, fisk blev udsat for forskellige koncentrationer af nanopartikler.

"En af vores opdagelser viste, at nanopartikler kan ophobes i forskellige dele af en organisme. I laks, vi var vidne til, at visse nanopartikler påvirkede gællefunktionen og havde en alvorlig toksisk effekt. Tilstedeværelsen af ​​overraskende lave koncentrationer af visse typer nanosølv førte til gællefejl og resulterende død af fiskene."

Undersøgelsen brugte søvand for at optimere relevansen af ​​resultaterne. Vandet i mange søer i Norge er relativt lavt i calcium. Vi fandt ud af, at dette øger den tid, nanopartikler opholder sig i vandet, siger Dr. Oughton.

Konstateringen af, at nanopartikler kan have skadelige virkninger på fisk, giver anledning til bekymring, da tilstedeværelsen af ​​nanosølv tidligere er blevet påvist i spildevand fra spildevandsrensningsanlæg. Nanosølv er også meget brugt i tøj, og undersøgelser viser, at tøjvask afgiver nanosølv i vandafløbet. Nanosølv bruges endda i selve vaskemaskinerne i mange lande, selvom dette ikke er tilladt i Norge.

Nanopartikler kan frigive ioner over lange perioder

Forskerne fandt også ud af ny information om nanopartiklers langsigtede adfærd i jorden.

"Nanopartikler nedbrydes over tid gennem langsom frigivelse af ioner. For nogle nanopartikler, disse ioner er de midler, der er ansvarlige for toksiske virkninger på organismer. Denne gradvise lækage af ioner betyder, at frie nanopartikler fortsætter med at forurene miljøet over lang tid, ” fastslår Dr. Oughton.

Nogle mere giftige end andre

Forskerne opdagede også forskelle mellem nanopartikler. Nanosølv var det mest giftige i gruppen.

”Nogle typer nanosølv havde en større toksisk effekt end andre. Det er vigtigt for regeringer og industri at lære mere om de risici, der er forbundet med de forskellige typer nanopartikler. Vores forskningsresultater, sammen med anden forskning i miljøpåvirkningen af ​​nanopartikler, betyder, at vi snart ved nok til at vide, hvordan vi skal regulere brugen for at forhindre skader på miljøet, siger Dr. Oughton.

Voksende marked, spirende forskningsaktivitet

Brugen af ​​nanopartikler er steget meget de seneste år. Anvendelsesområder omfatter kosmetik, tøj, legetøj og mad. Brugen af ​​nanosølv som en antibakteriel belægning i køleskabe, sportstøj og bandager er blandt de mest almindelige anvendelser.

Der forskes meget i nanosølv og andre nanopartiklers effekt på sundhed og miljø både i Norge og andre lande.

”Resultaterne fra vores forskningsprojekt er blevet publiceret internationalt og har tiltrukket sig interesse fra mange lande. Vi samarbejder i øjeblikket med forskere i Frankrig, blandt andre, at udvikle målemetoder baseret på radioaktive markører. På samme tid, forskningsinstitutioner i Norge og EU har også tilkendegivet deres interesse. Arbejdet fortsættes under flere projekter finansieret af Norges Forskningsråd og europæiske forskningsinstitutioner, ” påpeger Dr. Oughton.