Tyto materiály byly vytvořeny v rámci projektu ESF OP VK: Inovace a rozvoj studia nanomateriálů na Technické univerzitě v Liberci

Inovace a rozvoj studia nanomateriálů na TUL

nano.tul.cz

Rizika Nanotechnologií (Semestrální práce)

Ivan Cícha, Jiří Stehno,

Michal Gabriel

1

2

1

Obsah

• Úvod do problematiky

• Zdroje nanočástic

• Cesty vstupu nanočástic

• Působení nanočástic

• Dopady na životní prostředí

• Politika řešení rizik nanotechnologií

• Závěr

• Zdroje

3

Úvod

• Vzhledem ke své velikosti by se mohly chovat neočekávaně

• Pokud se nanočástice shlukují, tak se vzniklé nanomateriály chovají jinak než jiné materiály

• Mohou pronikat do živých buněk, takže i do mozku

4

• Jelikož mají velký měrný povrch, jsou chemicky vysoce reaktivní, což může narušit biologické cesty

• Poznání všech rizik bude ještě nějakou dobu trvat; to je dáno tím, že z hlediska chemických a fyzikálních vlastností jde o nesmírně rozmanité materiály, jejichž možné nežádoucí účinky závisí na řadě parametrů

5

Zdroje nanočástic

• Spalovací motory

• Tryskové motory

• Emise tepelných elektráren

• Spalovny odpadu

• Sopečná činost

• Dým při svařování

Vedlejší produkt procesu Uměle připravené

•Chemicky

•Fyzikálně

•Mechanicky

6

7

Fullereny

• Výskyt v přírodě

• Výroba

• Použití

8

2

3

•hornina šungit • saze • kosmický prostor • fulgurit Výroba fullerenů

Výskyt v přírodě

• Ze sazí ochlazeného uhlíkového plazmatu • Spalováním organických sloučenin • koncentrovaným slunečním zářením s ohniskem umístěným na grafitu • Pyrolýzou organických sloučenin pomocí laseru

9

4

Použití

•Biofarmaceutika-neuroprotektory(alzhaimerově a parkinsonově nemoci), inhibitory Aids, leky proti arterosklerose •Kosmetika-kremy proti várskám, starnutí a na popáleniny •Polymery pro elektroniku-transistory,solární panely, fotodetektory •Speciální polymery-membrány pro vodíkové mikročlánky, polyimidy pro elektroniku,

10

Uhlíkové nanotrubice

• jednostěnné (SWCNTs) a vícestěnné (MWCNTs) • výroba ze sazí uhlíkového plazmatu •Roční výroba nad 120 tun ročně • použití: Vodivé plasty úložiště energie Molekulární elektronika Tepelné materiály Kompozitní materiály Vlákna a tkaniny

11

5

6

Kovové Nanočástice

• Částice kovů (Au, Ag, Cu, Fe…)

• Výroba :„shora dolů“ – mletí makročástic

„zdola nahoru“- redukce solí

• Využití: medicína

životní prostředí

příměsi do barev

12

Oxidy kovů

• TiO2, MnO, ZnO, Fe2O3,CuO

• Výroba -Reakce v reversních micelách

Syntéza komprecipitací solí železa

Vysokoteplotní reakce

Sol-gel reakce

• Využití –Čištění povrchových a odpadních vod

Fotokatalytické učinky

Katalyzátory

Součást opalovacích krémů

13

Cesty vstupu

• Inhalací

• Čichovým nervem

• Při požití s potravou

• Pokožkou

14

7

Vstup Inhalací

• Dýchání je nejvýznamnější cesta pro vstup nanočástic do organismu

• Pokud vdechneme částice větší než 10 mikrometrů, zachytávají se na sliznici ve skořepě nosní

• Částice menší, zvláště ty, které jsou menší než 100 nanometrů, se dostávají do plic

• Plíce jsou nanočásticemi nejhůře postižitelným orgánem z hlediska množství uchovaného materiálu

• V ostatních orgánech se uchovává méně materiálu

15

Vstup přes čichový nerv

• Uzoučké místo, skrz které se nanočástice mohou dostat rovnou do mozku

• Toto místo bylo „objeveno“

na potkanech

16

8

Při požití s potravou

• Současné znalosti týkající se orálního příjmu nanočástic jsou velmi omezené • Obecně platí, že malé částice snadněji procházejí sliznicí střeva • Studie potvrzují, že kladně nabité částice procházejí epitelem snadněji než částice neutrální nebo s negativním nábojem. • Příjem je realizován především přes specializované M-buňky Peyerského plaku.

17

9

• Dříve nehrozilo z nanotechnologií v potravinách takové nebezpečí, jelikož bylo vše ve fázi výzkumů

• Dnes hrozí větší nebezpečí, a proto vznikly různé organizace bezpečnosti nanotechnologií v potravinách

18

Vstup přes pokožku

• Nakazíme se přímým kontaktem s kontaminovanými povrchy

• Zdravá pokožka je vůči vstupu nanočástic skrz ní odolná

• Nanočástice do těla vstupují hlavně přes chlupy

19

20

10

21

11

22

12

23

Nebezpečné působení nanočástic

• nebezpečí pro zdraví (toxicita), • nebezpečí pro životní prostředí (EKOTOXICITA), • fyzikálně-chemické nebezpečí, tj. způsobení

požárů, exploze, neřízená a nežádoucí reakce.

24

13

14

Fyzikálně-chemické nebezpečí

• Hlavní nebezpečí při výrobě TOP-DOWN (řezání,broušeni, supermletí)

• Výbušnost prachu se zvyšuje zmenšením povrchu částic.

• Nanočástice Fe, Ni, Al, Co podlehájí samovznícení

25

5

15

Zdroje NPs Přírodní nebo antropogenní

Životní

prostředí Abiotické interakce

Cesty vstupu do ekosystému

Změny NPs v přírodním prostředí

Biotické interakce – absorpce, cesty

vstupu do organismu, osud NPs v

buňce

Účinek NPs na organismus

Populace, společenstva, ekosystém

Význam z pohledu velkých systémů,

analýza rizik

Toxické účinky organismus

Působení nanočástic

26

Faktory ovlivňující toxicitu

• Vliv velikosti

• snadný průchod buněčnými membránami

• schopnost selektivní kumulace uvnitř buňky v závislosti na velikosti NPs

•Vliv chemického složení • uvolňování toxických látek z povrchu nanočástic

• významné parametry - toxicita uvolňované látky, celkový povrch NPs • Inertní NPs - snadnější prostupnost buněčnými mebránami

• Vliv tvaru • vliv na průchodnost buněčnými membránami

• zvýšení toxicity uhlíkových nanotrubic vlivem aglomerace - analogie s azbestem

27

Ekotoxicita nanomateriálů

28

Co způsobují nanomateriály ??? •Fullereny- toxické účinky u bakterii, ryby a bezobratlých •Uhlíkové nanotrubice- díky tvaru přirovnávány k azbestu. Poškozují buňky dýchacích orgánů vlivem oxidativního stresu, genotoxické, zanáší žábry pulců, pronikají do nervové soustavy některých mořských živočichů a způsobují degeneraci

Snímek dokazující, že uhlíková nanotrubice je schopna procházet do lidské buňky.

29 16

Co způsobují nanomateriály???

Nano Ag- zhoršují funkci mitochondrii, zvyšují oxidativní stres a ničí antioxidanty.=>poškození DNA Proniká do mozku, jater, ničí dopamin a v játrech vyvolává záněty, u Danio rerio snižuje počet vylíhnutých jedinců, a u vylíhnutých deformuje ocas, oči.

30

17

Co způsobují nanomateriály???

•Nano TiO2 - působí záněty v plicích, a byli nalezeny stopy i v ledvinách a játrech. Při absorci TiO2 fotosyntezujících řas byla zjištěna snížená života schopnost z důsledku stínění

•Nano ZnO- indukce oxidativního stresu, toxické účinky u bakterii a korýšů i při nepřekonání buněčné membrány

31

18

Toxikologické Markery

• Přírůstek biomasy a životnost •Obsah celkových bílkovin •Obsah thiolových sloučenin •Antioxidační aktivita

32

Politika

• Centre for Nano Safety - multidisciplinární středisko zabývající se potenciálními vlivy nanomateriálů na člověka a životní prostředí, včetně humánní a environmentální toxikologie a mikrobiologie.

• Evropský úřad pro bezpečnost potravin (EFSA) -

představuje hlavní nezávislý orgán EU . V rámci EFSA existuje vědecká síť pro posuzování rizika při použití nanotechnologie.

• Pracovní skupina ES pro potraviny nového typu a

nanotechnologii

33

• Existují mnoho dalších organizací se zásadně negativními postoji k nanotechnologiím

• V r. 2006 dokonce proběhla soutěž o návrh značek, které reprezentují přítomnost nebezpečí nanotechnologií

34

19

• 29-30. listopadu 2010 u nás dokonce proběhla konference o bezpečnosti nanotechnologií, sjeli se odborníci z 16 evropských zemí a USA

• Hlavním cílem bylo, aby se do 5 let navrhla evropská legislativa v oblasti bezpečného používání nanomateriálů, a tak omezit rizika z nich vzniklá

35

Závěr

• profesor Oldřich Jirsák: „Říci, že nanočástice jsou nebezpečné lidskému zdraví, je totéž, jako říci, že nebezpečné lidskému zdraví jsou chemikálie.“

• Za neškodné považujeme nanomateriály, které se do týdne rozloží v tělních tekutinách. Ty nerozložitelné jsou zatím považovány za potencionálně nebezpečné a takto se s nimi také zachází, stejně jako s toxickými chemikáliemi.

36

Zdroje • http://www.nanocon.cz/files/proceedings/nanocon_09/Lists/Papers/028.pdf • Přednáška prof. Petra Loudy – Úvod do Nanotechnologie • http://www.osel.cz/index.php?clanek=542 • http://www.nanotechnologie.cz/view.php?cisloclanku=2009120011 • Úvod do Nanotechnologie – doc. Ing. Jan Hošek PhD. • http://www.socr.cz/assets/aktivity/publikace/nano-technologie-ceska-technologicka-platforma-pro-potraviny.pdf • http://www.agronavigator.cz/default.asp?ids=0&ch=15&typ=1&val=103774 • http://abicko.avcr.cz/2011/01/06/nanotechnologie.html • http://www.iem.cas.cz/tisk/rizika-nanocastic-si-zaslouzi-vic-pozornosti • http://vesmir.cz/clanek/je-nutne-studovat-mozna-rizika-nanomaterialu-pro-lidske-zdravi • http://www.khsova.cz/01_aktuality/nanotechnologie.php?datum=2009-03-18 • http://www.iem.cas.cz/tisk/rizika-nanocastic-si-zaslouzi-vic-pozornosti • http://www.khsova.cz/01_aktuality/nanotechnologie.php?datum=2009-03-18 • http://www.cztpis.cz/pracovni-skupiny/ps6-bezpecnost-nanotechnologii/ • http://biom.cz/cz/odborne-clanky/efektivita-filtru-emisnich-castic-i-ekologie-modernich-motoru-jsou-silne-diskutabilni • http://www.rozhlas.cz/leonardo/technologie/_zprava/634534 • http://aktualne.centrum.cz/veda/clanek.phtml?id=625468 • http://tuni.tul.cz/clanek/4256/ • http://www.zdn.cz/clanek/postgradualni-medicina/oxidativni-stres-biomarkery-oxidativniho-stresu-300319 • http://uoch.vscht.cz/cz/studium/magister/Design/dendrimers.pdf • http://www.osel.cz/index.php?clanek=676 • http://www.uochb.cas.cz/Zpravy/PostGrad2004/7_Lhotak.pdf • http://niniopera.blogspot.com/2010/09/fullereny.html • http://bylinka.cz/shop/sungitova-drt-aktivator-vody.html • http://www.bozpinfo.cz/win/knihovna-bozp/citarna/tema_tydne/nanozp10.vyskytf.html • http://www.arrowline.cz/pyrolyza-popis.html • http://disk.jabbim.cz/dl/6655b263dba596727c813faa0fcb20fe/4f678cb8/sef@njs.netlab.cz/nanotrubky.pdf • http://ksicht.natur.cuni.cz/serialy/nanocastice/1 • http://www.bioteq.cz/aktivni-stribro.php • http://is.muni.cz/th/175672/prif_m/Diplomova_prace_TISK.txt • http://leccos.com/index.php/clanky/koprecipitace • http://is.muni.cz/th/324220/prif_b/Bc_thesis_Libor_Vyslouzil_324220.pdf • http://www.ft.vslib.cz/depart/knt/web/index2.php?option=com_docman&task=doc_view&gid=169&Itemid=53 • http://nanosystemy.upol.cz/upload/31/panacek_rusava_2011.pdf • www.mpouzar.net/prednasky/econanotox.ppt • www.ufe.cz/media/nohavica-rizika-nanomaterialu-2011.pdf • www.ceskahlava.cz/2009/Zpravodaj%20VAM%204_09.pdf

37

Seznam obrázků

• [1] http://shop.t-yacht.cz/images/sklady/pirat.vlajka_v.jpg • [2]http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/82/Fullerene-

C60.png/250px-Fullerene-C60.png • [3] Nanotechnology. Health and Environmental Risks, 2008, str.194 • [6] http://automatizace.hw.cz/files/images/image/TiO2_nanotrubky.jpg • [7]http://nanogloss.com/wp-content/uploads/2009/08/white-light-

nanoparticles.jpg • [8] http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Head_olfactory_nerve.jpg • [9] http://www.yasamcafe.com/wp-content/uploads/2012/03/sindirim.jpg • [13] http://www.bezpecnaskolka.xf.cz/sign17.gif • [14] http://www.cytostatika.cz/res/image/biohazard.gif • [15] http://www.ufe.cz/media/nohavica-rizika-nanomaterialu-2011.pdf • [17] http://www.animalsholding.cz/zvirata/danio_rerio.jpg • [18] http://www.stefajir.cz/files/Pneumonia.jpg • [19]http://www.etcgroup.org/upload/body_image/21/01/winners_strip2.jpg

38

39