Efterhånden som mikroskopiske materialer formerer sig, er det en prioritet at sikre, at de er sikre

Forskere i Europa arbejder på at imødegå potentielle risici fra nanomaterialer, der bruges af en række industrier til teknologiske fremskridt.

Mens andre måske drømmer stort, drømmer Dr. Otmar Schmid småt. Det er fordi han arbejder på nanomaterialer, som er så små, at de er usynlige for det blotte øje.

Efterspørgslen rundt om i verden efter nanomaterialer er stigende. Industrier som elektronik, energi, fødevarer, medicin og transport er afhængige af nanomaterialer for at skabe en lang række teknologiske fremskridt.

Ny verden

Nanomaterialer omfatter syntetiske typer - fremstillet for eksempel af metaller eller kulstof - eller naturligt forekommende versioner som aske og cellulose. De bruges i produkter lige fra computere og tøj til cykler og maling.

I betragtning af de bølger, de skaber i adskillige fremstillingssektorer, betragtes nanomaterialer af nogle som grundlaget for en ny industriel revolution. Ved at påvirke interaktionerne mellem atomer holder disse materialer løftet om utallige nye produkter lige fra bedre medicin til renere energi.

For eksempel øger de allerede mængden af ​​elektricitet genereret af solpaneler og forbedrer holdbarheden af ​​byggematerialer. De kunne lige så godt føre til hurtigere databehandling, selvrensende tøj og mere tilpasset sundhedspleje.

Nobelprisen i kemi er blevet tildelt for videnskabelige fremskridt inden for nanoteknologi, hvor tre forskere fra Europa vandt prisen i 2016 og tre USA-baserede, der gjorde krav på den i 2023.

Alligevel har disse materialer så mikroskopiske komponenter, at traditionelle regler om produktsikkerhed måske ikke længere gælder.

"Der åbner sig en helt ny verden med disse nye materialer," sagde Schmid, leder af pulmonal aerosol-gruppen ved Helmholtz Research Center i München, Tyskland. "Mange har andre egenskaber end konventionelle materialer, hvilket kan ændre deres risiko for menneskers sundhed. Det betyder ikke, at nanomaterialer nødvendigvis er farligere, men det betyder, at vi har brug for forskellige metoder for at se, om der er grund til bekymring."

Schmid og kolleger er banebrydende måder at afgøre, hvornår nanomaterialer bliver en sikkerhedsrisiko – og hvornår virksomheder og regeringer skal gribe ind.

"Vi er nødt til at konstruere disse materialer på en sådan måde, at risikoen minimeres," sagde Miguel A. Bañares, forskningsprofessor ved det spanske nationale forskningsråd eller CSIC. "Dette skal være top of mind i designfasen."

Bañares ledede et forskningsprojekt for at udvikle computermodeller, der er i stand til at forudsige, om et nanomateriale kan være farligt. Projektet, kaldet NanoInformaTIX, sluttede i februar 2023 efter fire år.

Bañares understregede vigtigheden af ​​hele forskningsområdet ved at sammenligne nanomaterialer med sand.

"Tænk, hvis du har en lukket flaske sand," sagde han. "Hvis du åbner den flaske, sker der ikke noget. Hvis du derimod åbner en flaske med nanopartikler i, vil bare det at fjerne låget sprede partiklerne. Så du kan for eksempel indånde dem."

Bliv på forkant med kurven

Kort sagt har nanomaterialer en anden "risikoprofil" end traditionelle materialer.

"Vi forudsiger og modellerer egenskaberne af nanomaterialet," sagde Bañares. "På denne måde kan vi bedre forstå, hvordan de vil interagere med miljøet og den menneskelige krop."

Sådanne oplysninger kan være nyttige for virksomheder, når de designer disse materialer, og for regulatorer, når de vejer produktsikkerhed.

Indtil videre er reguleringsregimer i Europa og andre steder blevet opdateret til at dække simple nanomaterialer. Udfordringen er at sikre, at reglerne holder trit med udviklingen af ​​den næste generation af nanomaterialer, som vil have flere komponenter og større kompleksitet.

I nanomaterialer er de mindste enheder mindre end 100 nanometer. Det er tusind gange mindre end diameteren af ​​et menneskehår.

"Du har brug for elektronmikroskoper for at gøre det synligt," sagde Schmid.

Næste generation

Sammen med en kollega ved navn Dr. Tobias Stoeger koordinerer Schmid et forskningsprojekt for at sikre, at fremtidige nanomaterialer er sikre.

Projektet kaldes HARMLESS og løber i fire år indtil udgangen af ​​januar 2025 og fokuserer på materialer med nye former.

"Vi udvikler målemetoder og modelleringsteknikker," sagde Schmid. "Med dem kan vi og andre se, hvor stor risiko et materiale repræsenterer."

Han brugte eksemplet med batterier til at fremhæve forsknings- og reguleringsudfordringen og sagde, at de har en 'enorm mængde' af kemisk kompleksitet.

"Der er milliarder af parametre, som kan ændres for at optimere ydeevnen, men som også kan vise sig at være farlige," sagde Schmid.

Nanomaterialer kan kun være risikable, når de er til stede i visse mængder, eller når de anvendes sammen med andre materialer. At lære mere om de rigtige mængder og kombinationer af nanomaterialer er en prioritet for HARMLESS.

"Der er et vidensgab," sagde Schmid. "Vi er nødt til at forstå de underliggende biologiske mekanismer forbundet med disse materialer. Hvis vi ved dette, kan vi beslutte, hvilke sikre niveauer af eksponering er."

Sikker ved design

Et mål er at sikre sikkerheden i designfasen af ​​nye nanomaterialer.

Kaldet "Safe and Sustainable by Design" eller SSbD, ville dette undgå den nuværende situation, hvor virksomheder først skaber materialer og vurderer deres potentielle risici senere.

"Virksomheder skal lave sikre og bæredygtige produkter helt fra begyndelsen," sagde Schmid. "Du ønsker ikke at spilde penge på at producere noget, der viser sig at være farligt."

I 2022 offentliggjorde Europa-Kommissionen en SSbD-rapport om kemikalier og materialer for at etablere en ramme for yderligere handling fra tilsynsmyndigheder og virksomheder på dette område.

Rapporten og projekter som HARMLESS og NanoInformaTIX fremhæver behovet for, at regeringer og industrier arbejder sammen om fremtidens sikkerhed for nanomaterialer.

Hånd i hånd

EU-forskningsprojekter giver tilsynsmyndigheder information til at skærpe deres egen viden om materialerne og være et skridt foran, hvad der er et marked i hastig udvikling.

"Regulatorer er afhængige af deres viden," sagde Bañares. "Det er meget vigtigt, at den information, vi indsamler, præsenteres på en forståelig måde for dem."

Samtidig er nye nanomaterialer ofte så komplekse, at et vist ansvar for sikkerheden vil forblive hos virksomhederne selv, ifølge Schmid.

"Disse materialer er utroligt avancerede," sagde han. "De er bare meget svære at regulere på forhånd."

Flere oplysninger:

• NanoInformaTIX
• skadeløs

Leveret af Horizon:The EU Research &Innovation Magazine