Защо трябва да се познават нанотехнологиите
Във връзка с епидемията COVID-19 се предложиха различни
нанотехнологични продукти. Въпреки че респираторните маски и ръкавици,
подобрени с наночастици или нановлакна, трябва да се използват навън, за да се
ограничи броят на хората, изложени на потенциални рискове, сапуни,
дезинфектанти, шампоани и детергенти, съставени от антивирусни и
антибактериални наноматериали, могат да се използват в борбата срещу тази
пандемия. Графен, нанодиамант, полимерни нановлакна (напр. полиакрилонитрил) и
такива наночастици като сребро, титанов диоксид и меден оксид обикновено се
включват в тези категории продукти, за да допринесат за тяхната ефикастност.
ReSpimask® VK на „Respilon” е респираторна маска убиец на вируси, направена от трислойна нанофибърна
мембрана с 99,9% ефективност на филтриране. Тази маска не само улавя вируса, но
и го унищожава. За тази функция компанията наскоро работи по проекта за
включване на наночастици от меден диоксид (CuO) в матрицата
на нановлакната. Ускореният меден оксид придава на маската, базирана на
нанофибри, естествен цвят, подобен на кожата, така че когато човек я носи на
улицата, тя ще създаде по-скоро цивилен, отколкото медицински вид. Продуктът отговаря
на изискванията за медицинско оборудване от тип IIR на стандарт EN 14683.
Sonovia Ltd разработи антипатогенна тъкан, която може да се използва в маски за
спиране на разпространението на коронавирус. Фирмата казва, че с помощта на
патентован нанотехнологичен процес е успяла да създаде маски и защитно
текстилно оборудване, които са доказали своята ефективност при блокиране на
проникването на бактерии и гъбички. SonoMask е един от продуктите на тази компания, изработен от плат за многократна
употреба и пране, в който наночастиците от цинков оксид осигуряват антимикробна
защита.
X.TiO2 Inc. (XTI) представя XTITM ACTIVE-NANO FACEMASK - първата в света саморегенерираща се бактерицидна TiO2Ag маска за лице, базирана на революционната технология на нано частиците Active-Nucleus на XTI, с по-голяма от 99,999% мощност на убиване на микроби при условия на
нулева светлина (резултат, тестван от SGS върху
действителната маска за лице) и с способност за саморегенерация чрез светлина. Маската
за лице може да осигури ефективна защита като защита от първа ръка срещу
микроби, бактерии и вируси, предавани по въздуха. Външният TiO2 слой може да бъде освежен чрез излагане на директна слънчева светлина (UV), за да се убият натрупаните микроби. Със 150 пъти по-голям капацитет за
абсорбиране на миризми от активния въглен и способност за регенерация чрез
светлина, многослойната маска има над 1,5 милиарда наночастици титанов
диоксид-сребро, предназначени да убиват над 650 различни вида микроби при условия
на нулева светлина със силна сила на проникване, като проникват в бактериални
клетки, унищожавайки микробите, като същевременно не причиняват вреда на
клетките на човешкото тяло.
Огромното търсене на наноактивирани или подобрени рокли, престилки, ексфолианти
и предпазни средства предизвика надпревара сред здравните центрове. Други много
необходими стоки, като системи за филтриране на въздуха, съдържащи
високоефективни филтри за частици (HEPA), играят
основна роля в улавянето на бактерии, спори на плесени и вируси, за да се
предотврати заразяване във въздуха в болниците. Такива системи, активирани от
ултравиолетова светлина на базата на наноструктурирани абсорбери, са
сертифицирани да филтрират по-голямата част от въздушно-капковите инфекции до 3
nm. Първият по рода си пречиствател на въздух с молекулярен фотокатализатор
работи на базата на химическа реакция между наночастиците и замърсителите в
присъствието на UV светлина. Освен това, най-съвременните системи, базирани на електрическо
филтриране, премахват ултра фини частици до 0,3 nm, използвайки електрически удар. Тази вентилационна система не съдържа
филтри, които могат да се запушат, поради което ефективността на пречистване
остава висока през цялото време.
LIGC Applications Ltd. обяви, че е разработила маска за лице за многократна употреба, наречена Guardian G-Volt, базирана на лазерно индуциран графен, който може да провежда електрически
заряд, за да убива уловените микроорганизми във филтъра на маската, който е
ефективен при блокиране на 99 процента от частиците над 0,3 микрометра и 80
процента от по-малките частици.
Английският писател и изобретател Артър Кларк е стигнал до заключението, че
„Всяка достатъчно развита
технология е неотличима от магията“.
Къде е магията при нанотехнологиите?
Територията на нанотехнологиите в областта 1-100
нанометъра (1 нанометър е 1 000 000 от милиметъра или 10-9 от
метъра). На нанониво материалите притежават изключително голяма повърхност и
активност–1 кг частици =1 мм3 имат същата площ както 1 мг наночастици
= 1 нм3.
Тези свойства предопределят нови вид химически реакции и проявлението на
физически процеси, несрещани в реалния свят като квантови ефекти като
същевременно се променят оптическите,
електрическите и магнитните свойства на материалите:
o Медта става
твърда и прозрачна;
o Алуминият гори;
o Златото се
втечнява. Частици от нанозлато, състоящи се от 8 или 22 атома притежават силни
окислителни свойства, а такива с 7 или 20 атома – не;
o Платина става
активна;
o Силицият става
проводник;
Поради високата
активност с вещества на нано ниво биха могли да се реализират едни и същи
ефекти с 1000 пъти по-малко количество същото вещество. Същевременно по-трудно
става откриването им различни продукти и проследяване на тяхното въздействие.
За да можем да си обясним негативното влияние ва нано частиците върху здравето
на хората да имаме предвид следното:
- веригата на
ДНК има ширина от 2,5 nm;
- диаметъра на
молекулата на белтъка (високомолекулни биополимери с жизненоважни функции) – 5 nm;
- червеното
кръвно телце – еритроцита – 7000 nm, а човешкия косъм е с дебелина
80 000 nm;
-размерът на
човешката клетка е 10 микрона=10 000 nm;
. размерът на
животинската клетка-10-30 микрона-10-30 000 nm]
- размерна растителната клетка–16-66 µm в напречен пререз; изключения до 1 mm- 16 000-66 000 nm;
Очаква се
инвестициите за иновациите в областта на нанотехнологиите да достигнат 2231
милиона долара до 2025 г. Създадените наночастици (НЧ) са комерсиално
произведени материали с поне едно измерение по-малко от 100 nm.
Нанотехнологиите донесоха голяма революция в индустриалния сектор. Благодарение
на техните отличителни физикохимични и електрически свойства, наноразмерните
материали придобиха значителна привлекателност в областта на електрониката,
биотехнологиите и аерокосмическото инженерство. В областта на медицината НЧ се
използват като нова система за доставяне на лекарства, протеини, ДНК и
моноклонални антитела.
Поради малкия
си размер НЧ намират своя път лесно да навлязат в човешкото тяло и да преминат
през различните биологични бариери и могат да достигнат до най-чувствителните
органи. Учените предполагат, че НЧ с размер под 10 nm действат подобно на газ и
могат лесно да навлязат в човешките тъкани и да нарушат нормалната биохимична
среда на клетката. Изследвания върху животни и хора показват, че след вдишване
и чрез орална експозиция, НЧ се разпределят в черния дроб, сърцето, далака и
мозъка в допълнение към белите дробове и стомашно-чревния тракт.
Титановият
оксид е химически инертно съединение, но проучванията показват, че НЧ (<100
nm) на титановия диоксид притежават някои токсични ефекти върху здравето при
експериментални животни, включително увреждане на ДНК, както и генотоксичност и
възпаление на белите дробове, а с размери (5-200 nm) притежават токсични ефекти
върху имунната функция, черния дроб, бъбреците, далака, миокардата.
За златния бял
прах (моноатомно/високоспинова злато) има много древни легенди и митове. Древните
жители на Месопотамия са го наричали шем-ан-на, а египтяните го наименуват
mfkzt (понякога
произнасяно „mufkuzt“) е древното египетско име за трансформирано състояние на
злато), докато химиците от Александрийската школа и от по-късни епохи, като
Никола Фламел например, го почитат като дар от Рая и го наричат
"философски камък". През всички периоди от историята му, за свещения
"прах на проекцията" се смята, че притежава изключителна сила за
левитация, трансмутация и телепортиране. Казва се, че създава бляскава светлина
и смъртоносни лъчи, като същевременно е ключ за активно физическо дълголетие. В
наши дни Институтът за съвременни изследвания на Великобритания описва
субстанцията като "необикновено вещество", а свръхпроводимите му
свойства според Центъра за съвременни науки са "най-забележителните
физически свойства във вселената".
Златните НЧ
имат много уникални физикохимични свойства.2 и те проправят пътя за
повърхностна модификация като носители на лекарства при рак и термична терапия,
и като контрастни вещества. Въпреки това, има някои други доклади, които
предполагат, че цитотоксичността, свързана със златните НЧ, зависи от дозата и
използвания стабилизатор. Разликата в токсичността по отношение на различни
клетъчни линии е наблюдавана в клетъчна линия на рак на белите дробове и черния
дроб.3
Наночастиците
от цинков оксид имат много приложения и се използват в бои, вълнови филтри, UV
детектори, газови сензори, слънцезащитни продукти и много продукти за лична
хигиена. Цитотоксичността, увреждането на клетъчната мембрана и повишеният
оксидативен стрес са докладвани в различни клетъчни линии на бозайници като
най-често срещания токсичен ефект на наноматериали на основата на цинк. След
излагане на човешки мезотелиомни клетки и фибробластни клетки на гризачи на
цинков оксид НЧ с висока концентрация (49 mg/mL), е установена почти пълна
клетъчна смърт. По подобен начин, в друго in vitro проучване, наночастиците от
цинков оксид се отчитат като причина за промяна в клетъчната морфология, увреждане
на ДНК, промяна в ембрионални бъбречни клетки.
В исторически
план среброто отдавна е известно като антибактериално вещество. Царят на шумерите Ентемен през 2400 г. пр.н.е. имал сребърна
ваза с медно дъно. Водата в нея с времето се насищала с йони на тези метали и
придобивала лечебни и подмладяващи свойства. Още по онова време хората не само
знаели за чудесните свойства на среброто и медта, но и се досещали, че те
взаимно усилват своето противомикробно действие.
През V в. пр.н.е.
персийският цар Кир по време на военните си походи пиел вода от сребърни
съдове, за да се предпази от много инфекции. Неговият пример следвали и други
пълководци. Така през 326 г., по време на нахлуването на войската на Александър
Македонски в Индия. Но това се отнася на колоидното сребро, Колоидното сребро с размери около 5 нм е разрешено
за използване в САЩ още от 1920 година. "За четири години ние описахме 87
начина за използване на среброто, имащи огромно значение за медицината" -
споделя Ричард Дейвис, изпълнителен директор на Института за среброто, който
изучава технологиите за изготвяне на препарати, съдържащи сребро, в 37 страни
на света. Неговите НЧ се
използват в широка гама от търговски продукти. Сребърните НЧ се използват под
формата на превръзки за рани, покритие на хирургически инструменти и протези.
Те навлизат в човешкия организъм по различни пътища и се натрупват в различни
органи, достигайки и до мозъка. Експериментално, сребърни НЧ са открити в
различни органи, включително бели дробове, далак, бъбрек, черен дроб и мозък
след излагане на плъхове на базирани на сребро НЧ чрез вдишване или чрез
подкожно инжектиране.4,5 Различни изследователи са на мнение, че
покрити с пептид сребърни НЧ (20 nm) са по-цитотоксични в сравнение с покрити с
цитрат сребърни НЧ със същия размер. Пептидите са
биологично и медицински важни молекули. Те се срещат естествено в организмите,
плюс лабораторно синтезираните съединения са активни, когато бъдат въведени в
тялото. Пептидите действат
като структурни компоненти на клетки и тъкани, хормони, токсини, антибиотици и
ензими.6
Хората са
изложени на въздействието на различни наномащабни материали от детството си и
нововъзникващата област на нанотехнологиите се превърна в друга заплаха за
човешкия живот. Така възниква и нанокоскологията-специално направление в
токсикологията, която изследва токсичността
на наноматериалите,. Тя включва оценка на биологичните ефекти на наночастиците
върху живите организми, които могат да бъдат значително различни от техните
аналози в насипен материал поради техните уникални физикохимични свойства.
Поради техните
характерни физикохимични свойства в различни биологични системи,
непредсказуемите здравни резултати от НЧ бяха видни за учените. Така че е важно
да се преодолее празнината в знанията и ученитеда се справят изключително с
проблемите на токсичността, свързани с безопасното използване на НЧ. Това
засяга агенцията по безопасност на храните, Федерацията на потребителите,
защото:
- на нано ниво
могат да се предлагат веществата, които се добавят в храните, за да се подобри
техния външен вид, вкус, аромат, дълготрайност(Е-та като Е-171-титанов диоксид,
Е-174-сребро)5;
- в опаковките
за храни като бактерицидни средства;
- в уреди за
бита, с нано покрития, филтри на въздух и нода и др.
- в
козметиката- кремове, за подмладяване, слънцезащитни, овлажнителни, а също така
в пудри, лонсиони;
- в четки и пасти
за зъби за избелване, за освежаване, срещу някои заболявания;
- в някои
медикаменти с лечебна цел или като пълнител/стабилизатор, но с неясни за
здравето въздействия;;
- в някои
ваксини, като се определят като замърсители, но добавени с неясна и неописана
цел;
Опасността от
негативното въздействие на НЧ върху здравето на човека, произтича от факта, че:
- използването
на НЧ е отговорност на фирмата, организацията, която ги влага в свои изделия и
това подлежи само регистрационен/уведомителен режим. Някои държави са въвели
национални стандарти за използване на НЧ извън лечебни цели с минимален размер
70 или 100 нм.
Време е всички
институции в България, които имат отношение към охрана и съхраняване здравето
на населението да се обединят за организиране на текущ контрол на продукти, в
които може да има използване на нано частици. Според адмирал Дейвид Джеремия,
заместник-началник на Обединения комитет на щабовете на САЩ „Нанотехнологиите
са способни радикално да изменят баланса на силите в много по-голяма степен
отколкото ядреното оръжие“. А Клерън Дейвис–научен сътрудник в изследователския център Удроу Уилсън като автор на доклада “ Управление на ефекта от нанотехнологиите)” стига до
извода, че нанотехнологиите са “новата
реалност”, която засега не се поддава на държавно регулиране. Много е трудно да
се използват за тази цел действащите закони. Ето защо е необходимо да се
създава специално законодателство, нови механизми и институти за регулиране (
вкл. международни), иначе този зловещ дух може да се измъкне от бутилката и
последствията биха могли да бъдат много неприятни”.7
Информационни източници: