Tutkijat ovat käyttäneet paljon aikaa ja rahaa tutkimalla uusia nanoteknologian sovelluksia, mutta suhteellisen vähän on käytetty tutkimukseen näiden hiukkasten vaikutuksista ihmisten terveyteen ja ympäristöön. Elementit käyttäytyvät eri tavalla, kun ne on valmistettu erittäin pienessä mittakaavassa, joten ne voivat reagoida ympäristöönsä odottamattomilla tavoilla. He voivat päästä kehoon tavoilla, joita he eivät ole voineet aiemmin vaikuttaa aivoihin tai muihin kudoksiin; koska monet näistä elementeistä eivät voi rikkoa veren/aivojen esteitä normaalimuodossaan, kukaan ei todellakaan tiedä, mitä tapahtuu, kun he tekevät. Nanohiukkasten muodot voivat myös olla hyvin erilaisia kuin elementille tavanomaiset, mikä voi aiheuttaa elävien järjestelmien tietämättömyyden reagoida niihin tai vastata negatiivisesti.
Mikä on nanoteknologia?
Nanoteknologia on tieteen ja tekniikan ala, joka sisältää 1-100 nanometrin kokoisten hiukkasten tutkimuksen ja käsittelyn. Nanometri on metrin miljardisosa, ja mittari on noin 39 tuumaa. Tämän kokoluokan hiukkasilla on usein epätavallisia ominaisuuksia, ja toivotaan, että niitä voidaan hyödyntää tuottamaan valtavia etuja tieteen, tekniikan, lääketieteen ja tietojenkäsittelyn kaltaisilla aloilla.
Nanohiukkasten käyttäytyminen
Asiantuntijoiden mukaan kysymys on siitä, että nanomittakaavan elementit käyttäytyvät eri tavalla kuin suuremmat hiukkaset, joissa ne normaalisti kohtaavat. Esimerkiksi grafiitin ominaisuudet ovat hyvin tunnettuja: sillä on erityinen asema toksikologisissa ohjeissa eikä sitä pidetä vaarallisena tai reaktiivisena materiaalina missään normaaliolosuhteissa. Nobelin palkittu fyysikko Richard Smalley Rice -yliopistosta löysi hiilinanoputket ja fullereenit (buckyballs) – hiilen nanohiukkaset -, jotka luokitellaan grafiittimuodoiksi hiiliatomien järjestyksen vuoksi. Nämä hiukkaset käyttäytyvät kuitenkin toisin kuin grafiitti, joten niiden luokittelu on mahdollisesti vaarallinen.
Tutkijat tietävät, että aineista tulee reaktiivisempia, kun niiden hiukkaset pienenevät, koska pinta -ala on suurempi kuin tilavuus, mikä tarjoaa suuremman pinnan, jolla kemialliset reaktiot voivat tapahtua tietylle aineen määrälle. Yksi esimerkki koskee elementtiä rauta. Rautakynsi ei pala, mutta sama määrä erittäin hienojakoisen jauheen muodossa olevaa elementtiä syttyy spontaanisti altistuessaan ilmalle. Samoin aineet, jotka ovat yleensä melko inerttejä, voivat joutua odottamattomiin kemiallisiin reaktioihin ihmiskehossa tai ympäristössä, kun ne ovat nanopartikkeleina.
Miten nanohiukkaset ovat vuorovaikutuksessa elävien järjestelmien kanssa
Nanoteknologian vaarojen arviointia vaikeuttaa se, että nanohiukkasten koko ja muoto voivat vaikuttaa niiden bioaktiivisuuteen ja myrkyllisyyteen. Tämän seurauksena yksinkertainen luokittelu elementtien tunnettujen ominaisuuksien perusteella ei ehkä ole mahdollista. Heidän kykynsä olla vuorovaikutuksessa elävien järjestelmien kanssa lisääntyy, koska ne voivat usein tunkeutua ihon läpi, päästä verenkiertoon keuhkojen kautta ja ylittää veren/aivojen esteen. Kun se on kehon sisällä, voi esiintyä lisää biokemiallisia reaktioita, kuten solujen ja DNA: ta vahingoittavien vapaiden radikaalien muodostuminen. Toinen ongelma on se, että vaikka kehossa on sisäänrakennettu suojakeino luonnollisille hiukkasille, joita se kohtaa, nanoteknologia tuo markkinoille täysin uusia aineita, joita keho ei tunnista tai pysty käsittelemään.
Joskus hiukkasten fyysiset ominaisuudet, toisin kuin kemialliset, voivat yksin tehdä niistä vaarallisia odottamattomilla tavoilla. Asbesti on yksi esimerkki. Koska se on kemiallisesti melko inertti, sitä pidettiin aluksi vaarattomana ja sitä käytettiin laajalti, mutta kun se leikataan tai rikkoutuu, tämä materiaali tuottaa pieniä ilmassa olevia kuituja, joita voidaan hengittää. Nyt on todettu, että nämä kuidut voivat aiheuttaa syöpää joutuessaan keuhkoihin, ja vaikuttaa siltä, että vaikutus johtuu niiden koosta ja muodosta sekä tavasta, jolla ne vaikuttavat mekaanisesti keuhkosolujen kanssa.
Eräässä tieteellisessä tutkimuksessa havaittiin, että jotkin hiilinanoputketyypit muistuttavat mitoiltaan ja muodoltaan läheisesti asbestikuituja, ja eläinkokeet osoittivat, että nanoputket aiheuttavat tulehdusta ja vaurioita niille altistuneessa kudoksessa. Yhteyttä syöpään ei ole vielä osoitettu, mutta asbestin tapauksessa tauti voi kehittyä vasta useita vuosikymmeniä altistumisen jälkeen. Nykyään vuosittain vuosikymmeniä vanhasta käytöstä johtuvan asbestin syyksi luetaan edelleen 3,000 kuolemaa vuodessa. Nanoteknologian mahdollisista vaaroista kiinnostuneet toivovat välttävänsä vastaavan tai jopa pahemman tulevaisuuden skenaarion, etenkin kun otetaan huomioon kasvavat nanohiukkasten markkinat sellaisissa eri tuotteissa kuin auton maali, tennismailat ja meikit.
Tutkimukset nanohiukkasten vaikutuksista
Maaliskuussa 2004 ympäristötoksikologi Eva Oberdörster, Ph.D., Texasin eteläisen metodistisen yliopiston suorittamista testeistä havaitsi laajoja aivovaurioita kaloille, jotka olivat altistuneet fullereenille vain 48 tunnin ajaksi suhteellisen maltillisella 0.5 miljoonasosan annoksella – verrattavissa muiden samanlaisissa ympäristöissä esiintyvien epäpuhtauksien pitoisuuksiin. Kalat osoittivat myös muuttuneita geenimarkkereita maksassaan, mikä osoittaa niiden koko fysiologian vaikuttaneen. Samanaikaisessa testissä fullereenit tappoivat vesikirput, mikä on tärkeä linkki meren ravintoketjussa.
Oberdörster ei voinut sanoa, aiheuttaako fullereeni myös aivovaurioita ihmisillä, mutta hän varoitti, että tarvitaan lisää tutkimuksia ja että fullereenien kertyminen ajan myötä voi olla huolenaihe, varsinkin jos niiden sallitaan päästä elintarvikeketjuun. Biologisen ja ympäristön nanoteknologian keskuksen (CBEN) aikaisemmat tutkimukset vuonna 2002 osoittivat, että nanohiukkasia on kertynyt laboratoriokokeisiin, ja vielä muut tutkimukset osoittivat, että fullereenit kulkevat vapaasti maaperän läpi ja käärmeet voivat imeytyä niihin. Tämä on mahdollinen linkki ravintoketjuun ihmisiin ja esittää yhden nanoteknologian mahdollisista vaaroista.
Myös muilla nanohiukkasilla on osoitettu olevan haitallisia vaikutuksia. San Diegon Kalifornian yliopiston tutkimus vuoden 2002 alussa paljasti, että kadmiumselenidin nanohiukkaset, joita kutsutaan myös kvanttipisteiksi, voivat aiheuttaa kadmiummyrkytyksen ihmisille. Kadmium on myrkyllinen missä tahansa muodossa, jonka keho voi imeä, mutta näiden hiukkasten pieni koko voi lisätä tahattoman altistumisen riskiä. Vuonna 2004 brittiläinen tiedemies Vyvyan Howard julkaisi alustavat havainnot, jotka osoittivat, että kultaiset nanohiukkaset voivat liikkua raskaana olevan naisen istukan kautta sikiöön. Vielä vuonna 1997 Oxfordin tutkijat löysivät aurinkovoiteissa käytetyt nanohiukkaset, jotka loivat vapaita radikaaleja, jotka vahingoittivat DNA: ta.
Tulevaisuus
Ei ole epäilystäkään siitä, että nanohiukkasilla on mielenkiintoisia ja hyödyllisiä ominaisuuksia ja ne voivat tuoda suuria etuja, mutta niiden mahdollisia haittavaikutuksia tutkitaan edelleen, ja ihmiset ovat jo alttiina niille. Työntekijät, jotka työskentelevät nanopartikkeleita sisältävien tuotteiden valmistuksessa, ovat eniten vaarassa: Yhdysvaltain kansallisen työturvallisuus- ja työterveyslaitoksen (NIOSH) mukaan yli 2 miljoonaa amerikkalaista altistuu suurelle määrälle näitä hiukkasia, ja he uskovat tämän luvun nousevan 4 miljoonaan lähitulevaisuudessa. Useat ryhmät ovat ehdottaneet lykkäystä nanopartikkeleita sisältävien tuotteiden valmistamiselle ja markkinoille saattamiselle ja kehottaneet tutkimusta ennen valmistusta sen seuraamisen sijaan. On huolestuttavaa, että vahva taloudellinen asema ja kilpailu markkinoilla voivat olla etusijalla tieteelliseen varovaisuuteen verrattuna, kun on kyse kansanterveydestä ja nanoteknologian mahdollisista vaaroista.