Nanopartikler:Stort potentiale eller stor trussel?

Zinkoxid ville være den perfekte solcreme ingrediens, hvis det resulterende produkt ikke så helt dumt ud. Tyk, hvid og pastaagtig, det blev engang set mest på livreddere, surfere og andre, der havde brug for seriøs solbeskyttelse.

Men når solcreme er lavet med nanopartikler, bliver de klare - hvilket gør dem mere brugervenlige.

Forbedrede solcremer er blot en af ​​de mange innovative anvendelser af nanoteknologi, hvilket indebærer drastisk krympning og grundlæggende ændring af strukturen af ​​kemiske forbindelser. Men produkter fremstillet med nanomaterialer rejser også stort set ubesvarede sikkerhedsspørgsmål - f.eks. Om partiklerne, der gør dem effektive, kan optages i blodbanen og er giftige for levende celler.

Mindre end to årtier gammel, nanoteknologiindustrien blomstrer. Nanopartikler - målt i milliarddele af en meter - findes allerede i tusindvis af forbrugerprodukter, herunder kosmetik, lægemidler, antimikrobielt babylegetøj, sportsudstyr, mademballage og elektronik. Udover at producere gennemsigtige solcremer, nanomaterialer hjælper med at lave lette og robuste tennisracketere, tøj, der ikke pletter og stinker uden strømper.

Partiklerne kan ændre, hvordan produkter ser ud eller fungerer, fordi stof opfører sig anderledes på nanoskalaen, antager unikke og mystiske kemiske og fysiske egenskaber. Materialer fremstillet af nanopartikler kan være mere ledende, stærkere eller mere kemisk reaktive end dem, der indeholder større partikler af den samme forbindelse.

"Alt gammelt bliver nyt, når det miniatureres, sagde Chad Mirkin, direktør for International Institute for Nanotechnology ved Northwestern University. "Dette giver forskere en ny legeplads, den ene fokuserede på at bestemme, hvad disse forskelle er, og hvordan de kan bruges til at gøre tingene bedre. "

Men udviklingen af ​​applikationer til nanoteknologi er hurtigere end forskerne ved om sikker brug. De samme usædvanlige egenskaber, der gør materialer i nanoskala attraktive, kan også udgøre uventede risici for menneskers sundhed og miljøet, ifølge den videnskabelige litteratur.

"Vi har endnu ikke karakteriseret disse materialer særlig godt med hensyn til, hvad den potentielle indvirkning på levende organismer kan være, "sagde Kathleen Eggleson, en forsker ved Center for Nanovidenskab og Teknologi ved University of Notre Dame.

Forskere ved endnu ikke, hvor længe nanopartikler er tilbage i menneskekroppen, eller hvad de kan gøre der. Men forskning på dyr har fundet ud af, at inhalerede nanopartikler kan nå alle områder af luftvejene; på grund af deres lille størrelse og form, de kan migrere hurtigt ind i celler og organer. De mindre partikler kan også udgøre en risiko for hjertet og blodkarrene, centralnervesystemet og immunsystemet, ifølge Food and Drug Administration.

Dyreforsøg har vist, at nogle nanoskala-materialer kan krydse den beskyttende blod-hjerne-barriere, som kunne give lægemidler mulighed for at levere medicin direkte til hjernen til behandling af tumorer eller andre tilstande. Men der er også tegn på, at nogle nanopartikler kan forårsage skade gennem oxidativ stress og andre mekanismer, hvis de kommer til hjernen.

Stadig ukendt er "hvor betydelig (potentiel skade) ville være, hvor meget nanomateriale ville være nødvendigt for at forårsage mærkbar skade, og hvor godt kroppen ville være i stand til at håndtere materialet og komme sig, "sagde Andrew Maynard, direktør for University of Michigan Risk Science Center.

Selvom nanomaterialer har været brugt i forbrugerprodukter i mere end et årti, FDA anerkendte for første gang i april, at de adskiller sig fra deres bulk -modstykker og har potentielle nye risici, der kan kræve test. I udkastet til retningslinjer for nanomaterialers sikkerhed i kosmetiske produkter, det rådede virksomheder til at rådføre sig med FDA for at finde ud af den bedste måde at teste deres produkter på.

I stedet for at anvende en one-size-fits-all tilgang, FDA planlægger at vurdere nano-aktiverede produkter fra sag til sag, i henhold til retningslinjerne. "Der er ikke noget i sig selv godt eller dårligt ved et nanomateriale, sagde Mirkin, der alligevel mener, at hver klasse af materialer bør betragtes som en ny form for stof og korrekt gennemgået af hensyn til sikkerheden.

Flere regeringsrapporter har givet anledning til bekymring over manglen på miljø, sundheds- og sikkerhedstest af nanomaterialer, der forventes at komme på markedet i løbet af det næste årti. I 2009, udviklere genererede $ 1 mia. fra salg af nanomaterialer; markedet forventes at eksplodere til $ 3 billioner i 2015, ifølge en rapport fra National Research Council.

Sidste år fandt Miljøstyrelsen datagab i seks kritiske områder, herunder en gennemgang af menneskers sundhed og toksikologiske data. I en januarrapport, forskningsrådet advarede om, at "der er gjort få fremskridt med indtagelse af nanomaterialer på menneskers sundhed."

Selvom føderal finansiering øremærket til forskning i sundhed og sikkerhed i miljøet er fordoblet mellem 2006 og 2010 - fra $ 38 millioner til $ 90 millioner - udgør den kun en brøkdel af det føderale budget på milliarder dollar til forskning og udvikling i nanoteknologi, sagde regeringsansvarskontoret i en rapport fra maj. GAO fandt også alvorlige problemer med måden, hvorpå sundheds- og sikkerhedsdata blev indsamlet og rapporteret.

Grundlæggende ubesvarede spørgsmål omfatter hvilke materialer, der er skadelige for mennesker eller miljøet, hvordan eksponeringen skal måles, og hvad der sker med nanopartikler, når de kommer ind i en vandmasse eller jorden. I nogle tilfælde, nanomaterialer er blevet forbundet med toksiske virkninger, men forskere ved ikke, hvorfor problemerne opstår.

"Folk tror, ​​at (nanomaterialerne) kan være dårlige, fordi de er i størrelsesområdet for en virus; så de kan gå, hvor vira går, måske, udløser et immunrespons, "sagde Nancy Monteiro-Riviere, professor i undersøgende dermatologi og toksikologi ved North Carolina State University. "Celler i lymfeknuderne kan samle det op og distribuere det."

Men "der er så mange forskellige typer nanomaterialer og former og størrelser, at alle skal ses på som en individuel partikel, "Sagde Monteiro-Riviere." Du kan ikke generalisere. "

I tilfælde af solcreme, nanopartikeltoksicitet afhænger af en række faktorer, herunder deres størrelse struktur, overfladeegenskaber eller belægning og evne til at aggregeres eller klumpes sammen, danner større partikler.

Den største bekymring er, om partiklerne kan trænge ind i hudbarrieren. "Indtil nu, de har ikke vist penetration, "sagde Dr. Steven Q. Wang, direktør for dermatologisk kirurgi og dermatologi ved Memorial Sloan-Kettering Cancer Center i New Jersey. "Men vi ved virkelig ikke (hvad der sker), hvis nogen bliver brændt, har eksem eller en hudtilstand, eller huden er ikke intakt. "Selvom Wang mener, at nano-solcremer er sikre for de fleste mennesker, han sagde, at det også er uklart, hvad risikoen kan være, hvis et barn skulle slikke en hånd eller arm og indtage nano -solskærmen.

At udsætte nanomaterialerne, der bruges i solcremer, for solens ultraviolette stråler genererer også frie radikaler, som kan beskadige cellemembraner. Faktisk, størrelsen og koncentrationerne af nanopartikler, der leverer den bedste solbeskyttelsesfaktor og gennemsigtige udseende, kan også generere de fleste frie radikaler, ifølge en undersøgelse foretaget af Amanda Barnard, en australsk forsker og teoretisk fysiker, der har specialiseret sig i at forudsige nanopartiklers adfærd i den virkelige verden.

Som en beskyttelsesforanstaltning, nanopartiklerne er ofte belagt med en skal, der absorberer de frie radikaler, Sagde Wang. Men nogle er stadig urolige over belægningernes potentielle toksicitet og om partiklerne kan trænge ind i celler. For at en solcreme kan noteres på MightyNest.com, en markedsplads for naturlige produkter online, det skal være mineralbaseret, bredspektret og fri for nanopartikler.

"Da det ikke er nødvendigt for en solcreme at have nanopartikler for at være effektive, vi spiller det sikkert, "sagde Mighty Nest medstifter Kristen Conn fra Evanston, Syg., der sagde, at hun var bekymret for mulig produktion af frie radikaler.

I april, som svar på et andragende, der kræver større tilsyn med nanoteknologi, FDA fastslog, at lokal brug af nano -zinkoxid og titandioxid solcreme er sikkert. Med henvisning til Monteiro-Riviere's forskning, som FDA kaldte "den mest endelige til dato, "agenturet fandt" minimalt bevis på den yderligere penetration ned til kapillærsenge, der ville være nødvendig for systemisk levering til organerne, hvor det kan have potentielt skadelige virkninger. "

Dr. Martha Howard, en integrerende læge i Chicago, er endnu ikke overbevist. Den 70-årige bruger solcreme, der ikke er nano-zink, når hun svømmer og vandrer, fordi de er ekstremt effektive og "man ved ikke nok om, hvor længe nanopartikler forbliver i kroppen, og hvor de ophobes, og hvilken slags skade de kan gøre, " hun sagde.

Selvom nano -zink og titanium menes at blive udbredt i amerikanske solcremer, de er sjældent mærket som sådanne. Hvis produktet indeholder zinkoxid eller titandioxid - kendt som fysiske solcreme, fordi de blokerer solens stråler - og fremstår hvidt, når det påføres, det er højst sandsynligt en nano solcreme. Udtryk som "mikroniseret og" ultrafin "kan også referere til partikler i nanostørrelse. (Det er uklart hvilket, hvis nogen, kemiske solcremer bruger nanopartikler.)

Tilhængere af nanoteknologi siger, at de potentielle fordele når langt ud over solcreme. Kontrollerende materie i atomskala hyldes som den næste "industrielle revolution", fordi det kan hjælpe med at løse alt fra klimaændringer og verdenssult til energimangel og tab af biodiversitet. I medicin, forskere forestiller sig mikroskopiske robotter, der kan svømme rundt i blodbanen, reparation af celler og diagnosticering af sygdomme. Nanoteknologi kan også frigive kraftfulde nye terapeutiske våben til behandling af mange af de værre former for kræft, kardiovaskulære problemer og neurodegenerativ sygdom.

Men da feltet løb fremad, nogle rådgiver en forsigtighedstilgang. Flere fortalergrupper, herunder International Center for Technology Assessment, Jordens venner og Natural Resources Defense Council, har opfordret til et moratorium for salg af "usikre, ikke testet og ureguleret brug "af nanomaterialer.

Miljøarbejdsgruppen, en fortalergruppe, der udsteder en årlig liste over solcreme -sikkerhedsvurderinger, overraskede nogle observatører ved at kalde nano solcremer blandt de "sikreste og mest effektive" valg. Men det godkender ikke nanomaterialer generelt, og gruppen anbefaler, at forbrugere undgår dem, der findes i kosmetik, som let kunne indåndes. "Vi er fortsat dybt bekymrede over den overordnede sikkerhed og overvågning af nanoteknologi samt indvirkninger på arbejdstagere og miljø, "sagde David Andrews, seniorforsker ved EWG.

Eggleson mener, at det ville være en fejl at placere et moratorium på alle ting nano. "Det ville være at sætte bremserne på ting, vi ønsker og har brug for, men det hviler på os at være gode forvaltere af den teknologi, vi har, "sagde hun." De menneskelige fejl har været et større problem end selve teknologien. "

(c) Chicago Tribune i 2012
Distribueret af MCT Information Services