Nanoteknologi HMS aspekter

Transkript

1 Nanoteknologi HMS aspekter Definisjon Historie Eksisterende og fremtidig bruk/muligheter Hva vet vi om risikoen i dag? Behov for særskilte reguleringer? Avslutningsvis

2 Definisjon Nano er en prefiks for 10-9 Nano kommer av det greske ordet for dverg En regndråpe inneholder ca atomer Ti atomer utgjør 1 nanometer i størrelse Forholdet mellom en nanometer og en vanlig meter er det samme som forholdet mellom en klinkekule og jordkloden.

3 Definisjon Nano er en størrelse som svarer til typiske avstander og størrelser i den atomære og molekylære verden. Nano er så lite at om bokstavene var 10 nm høye, kunne skrive mange hundre romaner på et område som ikke er større enn punktumet etter en setning.

4 Effekter av redusert partikkelstørrelse på henholdsvis partikkelantall og total overflate Partikkeldiameter, nm Antall partikler per vektenhet, forholdstall Totalt overflateareal, cm 2 /g (gitt kulerunde partikler)

5 Historie Forskjellige typer nanomaterialer Naturlig forekommende Antropogene (utilsiktede) Antropogene (konstruerte) Skogbranner Sjøsprøyt Mineraler Vulkansk aske Virus Stekerøyk Diesel eksos Sveiserøyk Industriutslipp Sandblåsing "Buckyballs (fullerener) Kvanteprikker Nanorør Nanokapsler Pigmenter (solkrem) Nanoteknologi

6 Eksisterende og fremtidig bruk Atomic Force Microscopy (AFM, utviklet av IBM på 1980-tallet) kan utnytte tiltrekningskraften mellom enkeltatomer og kan lage overflatebilder med presisjon helt ned til atomnivå, det vil si omtrent ganger mer presist enn tradisjonelle lysmikroskop. Spissen på AFM kan plukke opp og flytte på atomer for å kombinere dem på andre måter enn naturen selv. Top-Down: river stoff fra hverandre Bottom-Up: setter sammen stoff

7 Eksisterende og fremtidig bruk Sølvion-teknologien (30 nm) brukes også i tannbørster, vaskemaskiner, airconditionanlegg og kjøleskap Nanokatalysatorer - bygges opp målrettet atom for atom, stor overflate og høy reaksjonsevne. Lønnsomt å omdanne kull til flytende drivstoff? Betydelig konkurranse for oljen?

8 Eksisterende og fremtidig bruk Nanobehandling til kroppen - kosmetikk - fullerener som antioksidanter - også titandioksid og sinkoksid i solkrem Fulleren C60 Ising i tennene tennene kan repareres med nanopartikler av kalsium fosfat (apatitt) 10 ganger raskere enn med konvensjonelle apatittforbindelser

9 Eksisterende og fremtidig bruk ipod Nano fra Apple Computer - halvledermaterialer med en presisjon på under 100 nm (muliggjør ipod Nanos 4 GB NAND flash memory)

10 Eksisterende og fremtidig bruk Nanoteknologien kan hjelpe på alle punkter, fra fremstilling og oppbevaring av hydrogen til utviklingen av mer effektive brenselsceller. Hydrogen fremstilles vha sollys fra vann, og i brenselscellene blir det igjen omdannet tilbake til vann - eneste avfallsprodukt: Vann!

11 Eksisterende og fremtidig bruk Nano-skjermer - millionvis av karbon nanorør som virker som små elektronkanoner mot en fosforbelagt skjerm Selvrensende glass som skyr vann og renser seg selv under sollys Bukser og skjorter som ikke er mottakelige overfor skitt og møkk Golfballer med bedre flyegenskaper Våpen og tennisracketer (karbon nanorør er 10 X sterkere og 10 X lettere enn stål) Computere og kommunikationsteknologi økt hastighet og lagringskapasitet, the end of the Silicon road" Solcellepaneler ("nanolag på nanolag")

12 Eksisterende og fremtidig bruk Nanostrukturer i verdens lengste heis - seriøse planer i NASA (NB; planene er skrinlagt)

13 Eksisterende og fremtidig bruk En bandasje eller et plaster av fibrinogentråder (ca nm) du aldri behøver ta av. Brukes på alt fra mindre kutt, til store skader på slagmarken og under operasjon. Forskerne har tidligere brukt en tilsvarende teknikk til å lage syntetiske blodkar som er seks ganger mindre enn de som er tilgjengelig for leger i dag.

14 Eksisterende og fremtidig bruk nu. Lab-on-a-chip systemer vil avløse virkelige laboratorier og være i stand til å stille hurtige diagnoser

15 Eksisterende og fremtidig bruk Drug-delivery Innkapsle medisinen. Når den har kommet til målorganet får kapselen "beskjed" om frigi medisinen. Mindre bivirkninger og mindre medisin.

16 Eksisterende og fremtidig bruk En ny type luftrenser - laget av et nett av fiberglass coatet med 40 nm store titandioksidkrystaller. Aktiveres av UV-lys som gjør krystallene sterkt oksiderende og i stand til å bryte ned luftbårne bakterier og andre organiske stoffer til vann og CO 2. Erstatter filtere.

17 Oversikt over mulige bruksområder (Tysklands Departement for utdanning og forskning, (2009))

18 Eksisterende og fremtidig bruk Malingsprodukter Nanopartikler kan gjøre malingsprodukter mer vannavvisende, UV-bestandige, ripefaste, antimikrobielle, selvrensende og selvreparerende.

19 I malingsindustrien har det blitt brukt kjemikalier i nano-størrelse i uminnelige tider. Eksempler er titandioksid (f.eks. panellakker), amorf silika (fortykker i mange ulike produkter), carbon black (pigment), akryl emulsjoner (polyakrylat, bindemiddel) og jernoksid (pigment i f.eks. beiser). Disse inngår i varierende grad i svært mange produkter. Vi definerer ingen av produktene som inneholder disse stoffene som nanoteknologiske produkter.

20 Jotun har p.t. to "nanoteknologiske" produkter Bruk av nye "engineered" nanomaterialer som karbon nanorør, fullerener eller andre "designede" nanomaterialer vil vi måtte vurdere case by case før eventuell fremtidig bruk. Vi følger derfor godt med på hva som skjer innen "nanotoksikologi". Foreløpig har vi bestemt oss for å unngå bruk av slike stoffer.

21 Nanoteknologi på markedet Bakgrunn VOC-krav fra 2010 Teknologien Et multifunksjonelt bindemiddel basert på en organisk-uorganisk hybrid polymer. Jotun har patent. Hva er oppnådd? Bedre herdeprosess, som kortere tørretid og høyere hardhet

22 Organisk-uorganisk polymer hybrid Modifiserte partikler Før modifisering Kjerne: Uorganisk (hard, inert) Overflate: Organiske grupper kovalent bundet til uorganisk kjerne Organiske grupper på partikkeloverflaten deltar i den oksidative kryssbindingsprosessen i malingsfilmen I den herdete filmen er det ingen frie nanopartikler Er kovalent bundet i herdet film

23

24

25 Hva vet vi om risikoen i dag? Det er store kunnskapshull når det gjelder eksponering og opptak av nanopartikler via hud, inhalasjon, svelging og øyet.

26 Hva vet vi om risikoen i dag? Situasjonen for cellulære studier kan summeres som følger: Dannelse av reaktive oksygenforbindelser (ROS) i cellene (jo større overflateareal desto mer ROS), og en effekt på celledeling og cellenes levedyktighet In vitro studier (validaterte og ikke-validaterte) er p.t. ikke tilgjengelige for formålstjenlige risikovurderinger. Nanopartikler diffunderer, settler og agglomorerer i cellekulturmedier som en funksjon av miljø (mediet, ionisk styrke, surhet og viskositet) og partikkelegenskaper (størrelse, form og tetthet).

27 Hva vet vi om risikoen i dag? Situasjonen for hud kan summeres som følger: Det er noe bevis for hudpenetrasjon i levende vev (hovedsaklig i stratum spinosum i epidermis, men også til dermis) for meget små partikler (< 10 nm), f.eks. fullerener. Det er ingen klare bevis for hudpenetrasjon i levende vev for partikler > 20 nm (som brukt i f.eks. solkremer) i aksepterte hudpenetrasjonsstudier (intakt hud). Det mangler informasjon om penetrasjon for skadet hud (f.eks. atopisk eller solbrent hud). Mekaniske effekter (bevegelse av albuer, knær osv) kan ha en effekt på hudpenetrasjon av nanopartikler. Nanopartikler > 20 nm går dypt ned i hårsekkene, men ingen penetrasjon til levende vev er observert.

28 Hva vet vi om risikoen i dag? Situasjonen for inhalasjon kan summeres som følger: Nanopartikler i området nm havner hovedsaklig i alveolene. Nanopartikler < 10 nm havner hovedsaklig i de øvre luftveiene. Nanopartikler kan krysse epitelbarriæren og gå over til interstitiale rom (mellom lungecellene). Nanopartikler kan translokeres til ulike organer og kan krysse blod-hjerne barriæren. Inhalasjon av ultrafine partikler har blitt knyttet til trombotiske effekter (blod koagulering, via direkte effekter eller via betennelser i lungene.

29 Hva vet vi om risikoen i dag? Situasjonen for inhalasjon kan summeres som følger: Fjerning ( clearance ) fra lungene kan være treg, grunnet - lavere fagocytisk aktivitet fra makrofager - dårligere clearance fra alveolene - retensjon (tilbakeholdelse) i interstitium og nanomaterialer kan derfor forbli i lungene over lengre tid. Mulige lokale effekter i lungene er - oksidativt stress, indusert av partikkelen selv og/eller ved aktivering av fagocytter og epitelceller - betennelsesreaksjoner - mutagenisitet/gentoksisitet: bevis for slik effekt i dyrkede lungeceller, men ingen data om gentoksisitet in vivo (dvs ved inhalasjon) - cytotoksisitet (celleskade)

30 Nanopartikler mellom 10 og 100 nanometer deponeres i hovedsak langt nede i lungene. Her kan de passere over i blodet og spres til andre deler av kroppen, men i hvor stort omfang dette skjer er mye diskutert. De minste nanopartiklene (< 10 nm), avsettes hovedsakelig i øvre deler av luftveiene, blant annet nesehulen. Avsetning i nesa reiser på sin side spørsmål om partiklene kan tas opp i luktnerven og vandre derfra til hjernen.

31

32 Hva vet vi om risikoen i dag? Situasjonen for svelging og øye kan summeres som følger: Informasjon mangler

33 Hva vet vi om risikoen i dag? Oppsummert; vi vet relativt lite Det vi vet er at; det knyttes størst usikkerhet/bekymring til uløselige engineered nanopartikler nanopartikler oppfører seg forskjellig overflatearealet trolig spiller en større rolle enn vekt når det gjelder dose det er en sammenheng mellom overflateareal og betennelsesreaksjoner i lungene (ROS; frie radikaler) innånding av ultrafine partikler muligens har trombotiske effekter, enten direkte eller via betennelse i lungene (fibrinogen) nanopartikler kan tas opp i blodbanen og bli fraktet til andre organer nanopartikler lett aggregerer (slår seg sammen) det synes ikke å være noen forskjell mht nanopartikler i slipestøv fra nanomaling eller annen maling

34 Hva vet vi om risikoen i dag? Vi trenger mer informasjon om; Farene (fareidentifisering) Mulige eksponeringer Hvordan nanopartikler distribueres i organismene (inkl kroppen) og i miljøet Opptak (inkludert skadet og intakt hud) Hvilken rolle de fysisk-kjemiske egenskapene spiller ved absorpsjon og transport over membranene i tarmen og lungene Hvilken rolle de fysisk-kjemiske egenskapene spiller i blodbanen hva angår biokinetikk og akkumulering i sekundære målorgan Mulige helseeffekter (inkludert sårbare individer) Translokasjon ( overføring ) av nanopartikler via morkake til foster Og sist, men ikke minst; metoder for å undersøke the safety of nanomaterials

35 Behov for særskilte reguleringer? Dette har vært mye diskutert og diskusjonene pågår fremdeles. For øyeblikket kan dette spørsmålet besvares med at risikoen ved nanoproduktene må diskuteres case by case. De rammer som er gitt i eksisterende lovverk er trolig tilstrekkelig i de aller fleste sammenhenger. "Den eksisterende lovgivning tar høyde for de fleste problemer, og man er særlig oppmerksom på de spesielle egenskaper ved nanoproduktene" (professor Herman Autrup, internasjonalt anerkjent toksikolog og risikovurderer ved Århus Universitet)

36 Avslutningsvis Nanoteknologien gir oss et vell av muligheter på mange fronter, men også mange utfordringer etikk ("Storebror ser deg" (tag), ukjent risiko?, ) mangelfull kunnskap om mulig risiko - ( alerts ; CNT, Kina ) mangelfull regulering?

37 Nano - tohodet Min nano dings er NY! SPENNENDE! ULIKT ALT ANNET! Reguleringer? Disse tingene har eksistert alltid. (Eller???) Forbruker Samfunnet Lovgiver