Nanopartikler vil ændre verden, men om det er til det bedre afhænger af beslutninger, der træffes nu
Teknologier baseret på materialer i nanoskala – for eksempel partikler, der er mere end 10.000 gange mindre end perioden i slutningen af denne sætning – spiller en voksende rolle i vores verden.
Kulstofnanofibre styrker fly og cykelstel, sølvnanopartikler fremstiller bakterieresistente stoffer, og fugtgivende nanopartikler kaldet nanoliposomer bruges i kosmetik.
Nanoteknologi revolutionerer også medicin og flytter grænserne for menneskelig præstation. Hvis du modtog en COVID-19-vaccine i USA, indeholdt den nanopartikler.
I fremtiden kan nanoteknologi give læger mulighed for bedre at behandle hjernesygdomme og lidelser som kræft og demens, fordi nanopartikler let passerer gennem blod-hjerne-barrieren.
Nanopartikler i øjendråber kan midlertidigt korrigere synet. Og strategisk implanterede nanopartikler i øjne, ører eller hjerne kan muliggøre nattesyn eller hørelse, der er lige så god som en hunds. Nanopartikler kunne endda give folk mulighed for at kontrollere deres smarte hjem og biler med deres hjerner.
Dette er ikke science fiction. Disse er alle aktive forskningsområder.
Men rammerne for vurdering af nanopartiklers sikkerhed og etik har ikke holdt trit med forskningen. Som kemiker, der arbejder i biovidenskab, bekymrer dette begrænsede tilsyn mig. Uden opdaterede rammer er det svært at sige, om nanoteknologi vil gøre verden til et bedre sted.
Nano – hvad og hvorfor?
Enhver partikel eller materiale mellem 1 og 100 nanometer i én dimension kan klassificeres som "nano". Perioden i slutningen af denne sætning er 1.000.000 nanometer, og et menneskehår er omkring 100.000 nm i diameter. Begge er alt for store til at blive betragtet som "nano". En enkelt coronavirus er omkring 100 nanometer i diameter, og sodpartikler fra skovbrande kan være så små som 10 nanometer i diameter - to eksempler på naturligt forekommende nanopartikler.
Nanopartikler kan også fremstilles i et laboratorium. Adenovirusvektorerne, nanolipopartiklerne og mRNA, der bruges i COVID-19-vacciner, er konstruerede nanopartikler. Den zinkoxid og titaniumdioxid, der bruges i rene mineralske solcremer, er også konstruerede nanopartikler, ligesom kulstofnanofiberen i fly og cykelstel.
Nanopartikler er nyttige, fordi de har andre egenskaber end større materialer, selv når de har samme kemiske sammensætning. For eksempel kan store partikler af zinkoxid ikke opløses i vand og bruges som pigment i hvid maling.
Zinkoxid i nanoskala bruges i solcreme, hvor det ser næsten gennemsigtigt ud, men reflekterer sollys væk fra din hud for at forhindre solskoldning.
Zinkoxid i nanoskala udviser også svampedræbende og antibakterielle egenskaber, der kunne være nyttige til fremstilling af antimikrobielle overflader, men årsagen til dets antimikrobielle egenskaber er ikke helt forstået.
Og deri ligger problemet. Mens mange videnskabsmænd er interesserede i at udnytte de positive egenskaber ved nanomaterialer, er mine kolleger og jeg bekymrede over, at videnskabsmænd stadig ikke ved nok om deres adfærd.
Nanoteknologisk sikkerhed
Nanopartikler er attraktive for biomedicinske forskere, fordi de kan glide gennem cellemembraner. De antimikrobielle egenskaber af zinkoxid i nanoskala er sandsynligvis relateret til deres evne til at krydse bakterielle cellemembraner. Men disse nanopartikler kan også krydse menneskelige cellemembraner.
I USA er zinkoxid "generelt anerkendt som sikkert og effektivt" af Food and Drug Administration for produkter som solcreme, fordi det er usandsynligt - i solcreme - at det er giftigt for mennesker.
Men selvom forskerne forstår sundhedseffekterne af store zinkoxidpartikler ret godt, forstår de ikke fuldt ud sundhedseffekterne af zinkoxid i nanoskala. Laboratorieundersøgelser med humane celler har givet modstridende resultater, lige fra betændelse til celledød.
Jeg er stor tilhænger af solcreme. Men jeg bekymrer mig også om miljøeffekterne af partikler, der vides at krydse cellemembraner.
Der produceres hundredvis af tons nano-zinkoxid hvert år, og det nedbrydes ikke let. Hvis vi ikke forstår dens adfærd bedre, er der ingen måde at forudsige, om det i sidste ende vil blive et problem – selvom stigende beviser tyder på, at nano-zinkoxid fra solcreme skader koralrevene.
Nanoteknologisk etik
Nanopartiklers evne til at krydse cellemembraner gør dem effektive i terapeutika som vacciner. Nanopartikler viser løfte om at regenerere skeletmuskler, og de kunne en dag behandle muskeldystrofi eller den naturlige atrofi, der kommer med alderen.
Men COVID-19-vacciner giver en advarsel - nanopartikel-aktiverede COVID-19-vacciner blev hurtigt adopteret af USA og Europa, men lande med lavere indkomst havde langt mindre adgang på grund af patentbeskyttelse på vaccinen og mangel på produktions- og lagerinfrastruktur .
Nanopartikler kan også give mulighed for forbedringer af menneskelig præstation, lige fra bedre syn til soldater, der er udviklet til at være mere effektive i kamp.
Uden en etisk ramme for deres brug kunne præstationsfremmende nanoteknologier, som kun er tilgængelige visse steder, uddybe velstandskløften mellem høj- og lavindkomstlande.
Ny tilsyn
I dag behandler forskellige lande nanopartikler forskelligt. For eksempel har Den Europæiske Unions videnskabelige komité for forbrugersikkerhed forbudt brugen af zinkoxid i nanoskala i aerosolsolcremer i hele EU, med henvisning til deres potentiale til at komme ind i lungeceller og derfra flytte til andre dele af kroppen. USA har ikke truffet lignende foranstaltninger.
Den Europæiske Union har etableret et nanobioteknologisk laboratorium for at studere sundheds- og miljøvirkningerne af nanopartikler.
I USA arbejder National Nanotechnology Initiative, en koordineret regeringssponsoreret forsknings- og udviklingsindsats, på at bringe juridiske og etiske eksperter sammen med videnskabsmænd. De vil afveje fordele og risici ved nanoteknologier og formidle information til andre videnskabsmænd og offentligheden.
At overvinde forskellen i nanopartikel-aktiveret vaccinedistribution er et helt andet problem. Verdenssundhedsorganisationens COVAX-program søgte at sikre fair og lige adgang til COVID-relateret behandling. Lignende foranstaltninger bør overvejes for al nanoteknologi-aktiveret medicin, så alle kan få gavn af det.
Syntetisk biologi er et område, der oplever tilsvarende hurtig vækst. I de sidste 20 år har nonprofitorganisationen iGEM Foundation afholdt en årlig verdensomspændende studenterkonkurrence, som den bruger som en platform til at lære unge videnskabsmænd at tænke over de bredere implikationer af deres arbejde.
iGEM Foundation kræver, at deltagerne overvejer sikkerhed, sikkerhed og om deres projekt er "godt for verden." Det nanoteknologiske forskningsmiljø ville have stor gavn af at vedtage en lignende model. Nanoteknologier, der ændrer verden til det bedre, kræver koordinering af videnskab og etik for at forme, hvordan de bruges og kontrolleres længe efter, vi har skabt dem.
Leveret af The Conversation
Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel. 
Varme artikler
-
Forskning i landplanter viser, at nanoplast akkumuleres i vævEn grafik, der viser rødder og rodhår, der absorberer nanoplast. I bunden ligger stykker plastikaffald. Kredit:UMass Amherst/Xing labShandong University/Yuan og Wang labs Efterhånden som miljøfork -
Verdens letteste materiale udvikletUltralet metallisk mikrogitter med en densitet på 0,9 mg/cm3. Billede:HRL Laboratories, Foto af Dan Little Et team af forskere fra UC Irvine, HRL Laboratories og California Institute of Technology -
En søgen efter stabilitet for platinkatalysatorerTransmissionselektronmikroskopisk billede af små platinkatalysatorpartikler understøttet på et funktionaliseret grafenark. (PhysOrg.com) - En ny kulstofstøtte, der i høj grad øger holdbarheden af -
Forskere sætter rekordopløsning for tegning på en nanometer længdeskalaEn skematisk visning af en fokuseret elektronstråle (grøn), der skinner gennem en polymerfilm (grå:carbonatomer; rød:oxygenatomer; hvid:hydrogenatomer). Det glødende område (gult) angiver det molekylæ
- Nyt brændselscelledesign drevet af grafen-omviklede nanokrystaller
- At finde spormateriale i affaldsmaterialer
- Forskere skaber den første metalfri katalysator til genopladelige zink-luft-batterier
- Sådan beregnes bindingsenergi
- Kinesisk Robotic Sub ligner en klovnefisk
- At se farven på sammenfiltrede fotoner i molekylære systemer