CC BY
2
2006.03.006. ПРАВИЛЬНО ОЦЕНИТЬ НАНОТЕХНОЛОГИЮ С ЕЕ ПЕРВЫХ ШАГОВ / БАЛБАС ДЖ., ДЕНИСОН Р., ФЛОРИНИ К., УОЛШ С.
Getting nanotechnology right the first time / Balbus J., Denison R., Florini K., Walsh K. // Issues in science and technology. - Summer, 2005. -P. 1-12. - Mode of access: http://www.issues.org/issues/21.4/-balbus.html.
Ключевые слова: нанотехнология, риск использования наночастиц, токсичность наночастиц, исследование последствий использования наночастиц.
Авторы - сотрудники общественной организации «Защита окружающей среды» в Вашингтоне - обсуждают потенциальные риски для здоровья людей и для состояния окружающей среды, связанные с интенсивным развитием нанотехнологии и использованием наноматериалов.
Нанотехнология, т. е. конструирование и использование материалов на молекулярном и атомном уровнях, обладает большим позитивным потенциалом во многих областях жизнедеятельности человека, в том числе в области защиты окружающей среды. Новые свойства, которые различные материалы приобретают в состоянии частиц, размеры которых сопоставимы с размерами их (материалов) молекул и атомов, открывают путь к инновациям в энергетике, обработке воды, восстановлении пострадавших участков среды обитания, в создании новых материалов и множестве других направлений.
В то же время эти новые свойства могут создать и риск новых опасностей для тех, кто с этими материалами работает, для потребителей продукции, содержащей наночастицы, для населения в целом и для окружающей среды. Имеющиеся сегодня немногочисленные данные на этот счет вызывают серьезную озабоченность: некоторые наноматериалы, по-видимому, могут повреждать кожу, мозг, ткани легких, накапливаться и распространяться в окружающей среде, убивать некоторые микроорганизмы, включая, возмож-
но, и их виды, образующие первичное звено трофической цепи3. Как показывает опыт, связанный с асбестом, ДДТ, бензином со свинцовыми добавками и т.д., тот факт, что продукт имеет полезную ценность, отнюдь еще не означает, что он безвредный для человека и/или окружающей среды. А если опасность становится известной тогда, когда этот продукт получил широкое применение, то «лечение» оказывается очень сложным и дорогостоящим. Сегодня «быстрое развитие и коммерциализация наноматериалов в различных приложениях обгоняют ту работу, которая ведется с целью выяснения возможных последствий этого процесса, не говоря уже об оценке его безопасности» (с. 2). Правда, нанотехнология и ее использование находятся пока в первой стадии, так что еще не слишком поздно начать разумное управление процессом с учетом прошлого опыта применения новых малоизученных технологий.
Что вызывает озабоченность? Наночастицы появляются либо естественным, природным путем, либо в результате химических реакций, например окисления. Однако в настоящее время беспокойство вызывает большое число различных наноматериалов, создаваемых искусственно, так назывемых фуллеренов (fullerenes -углеродных трубок), квантовых точек, наночастиц окислов металлов и др., которые во все больших количествах появляются на рынке и находят разнообразные приложения. Все они с точки зрения безопасности исследованы очень мало, но те данные, которыми располагают ученые, достаточны для беспокойства. Выявлено, например, что некоторые наноматериалы обладают мобильностью, долго сохраняются в окружающей среде и могут быть токсичны для широкого круга животных - от рыб до крыс. Исследование, проведенное в Университете Райса, показало, что, хотя отдельные наночастицы плохо растворяются в воде, они имеют тенденцию образовывать агрегированные скопления, и эти скопления легко растворяются, да к тому же убивают бактерии, что делает их весьма опасными для многих экосистем. Кроме того, наночастицы, если их вдохнуть, распространяются по дыхательному тракту. Часть из них оседает в носовых проходах, а там их «подхватывают» обо-
3 Трофическая цепь (пищевая цепь, цепь питания) - это группы особей (бактерии, грибы, растения и животные), связанные друг с другом отношением «пища - потребитель». - Прим. реф.
нятельные нервы, и они, преодолевая барьер «кровь - мозг», попадают прямо в клетки мозга. Наночастицы размером от 30 до 50 нм проникают глубоко в легкие, где они без затруднений проходят через их ткань в систему циркуляции крови и распространяются по всему организму. Такая способность открывает ряд возможностей для медицинской диагностики и терапии, но в то же время обусловливает острую необходимость определения токсичности нано-частиц.
Многие наночастицы могут повреждать ткани и клетки, вызывая так называемый «окислительный стресс». Эффект такого рода наблюдался под влиянием одного из видов наночастиц в клетках мозга и печени рыб. Другие наночастицы вызывали аналогичные повреждения кожи и печени человека. Перечисленные эксперименты проводились с наночастицами в чистом виде, без покрытий. А опыты с наночастицами, покрытыми, например, полимерными оболочками, свидетельствуют, что наличие покрытия меняет токсичность частиц. Это еще больше усложняет общую картину, поднимает вопрос о судьбе покрытий в организме или в окружающей среде. «Окислительный стресс», возможно, является частью механизма, повреждающего клетки легких, в которые попадают углеродные нанотрубки. Когда их вводили в легкие крыс и мышей, через 30 дней там образовывались грануломы необычной локализации. Иными словами, хотя такие эксперименты не точно соответствуют возможным реальным условиям попадания наноча-стиц в организм человека или животного, они, безусловно, свидетельствуют о том, что некоторые приложения наноматериалов связаны со значительными рисками, но знаем мы о них очень мало.
Тем более необходимо как можно скорее развернуть масштабные исследования возможных последствий применения нано-технологий. Ведь тысячи тонн наноматериалов уже производятся ежегодно, и сотни видов продукции, в состав которой входят наночастицы, циркулируют на мировом рынке. По прогнозам, в следующем десятилетии этот рынок составит по меньшей мере 1 трлн. долл. (с. 3). Опоздание грозит большими сложностями и затратами в будущем, как это имело место с использованием свинца в красках, бензине и водопроводах или применением асбеста в строительных конструкциях. В случае применения асбеста суммы возмещения ущерба только в общественном секторе США могут дос-
тичь 200 млрд. долл., не говоря уже о колоссальных затратах частных фирм на замену плит, ссуды и компенсации (с. 4). Помимо всего прочего, промедление с оценкой риска может практически приостановить применение нанотехнологии и лишить общество соответствующих выгод, как это имело место с потреблением и экспортом генетически модифицированных продуктов в США. Только на сокращении экспорта фермеры и торговые фирмы теряют ежегодно сотни миллионов долларов (там же).
Эффективное и безопасное использование нанотехнологии может обеспечить своевременная реализация следующих мероприятий.
1. Расширение изучения потенциальных рисков. Правительство США ежегодно ассигнует на развитие нанотехнологии примерно 1 млрд. долл., на изучение связанных с ней рисков -8,5 млн., т.е. менее 1% (данные 2004 г.). В 2006 г. предполагается увеличить эту сумму до 38,5 млн. долл., т.е. менее 4%. Организация «Защита окружающей среды» (которую представляют авторы. -Реф.) призывает правительство в рамках Национальной нанотехно-логической инициативы (ННИ) в течение нескольких ближайших лет выделять по меньшей мере 100 млн. долл. в год на изучение рисков. Эта сумма составит лишь небольшую часть затрат на нано-технологию и будет малой тратой в сравнении с теми потенциальными выгодами, которые даст предупреждение опасностей, и совсем уж незначительной по сравнению с 1 трлн. долл., который нанотехнология должна принести мировой экономике к 2015 г.
Все заинтересованные лица понимают, что оценка связанных с нанотехнологией рисков - крайне сложная задача. Нано-технология - это потенциально безграничный набор частных технологий и материалов, а также огромное число применений, которые сулят большие выгоды, но в то же время осложняют указанную задачу. «Нанотехнология предполагает много типов материалов, фундаментально отличающихся от существующих, и сотни или тысячи потенциальных разновидностей этих новых материалов» (с. 5), и в принципе каждую надо изучить с точки зрения безопасности. Пока ученые не знают даже, какова фундаментальная основа связанных с наноматериалами рисков, не имеют методов и приборов для обнаружения и измерения наночастиц (будь то в теле человека или в окружающей среде), не знают, в
какой степени опыт работы с привычными химикатами можно в этих случаях использовать. Ведь из-за новизны наноматериалов виды поражения или отравления организмов и среды могут оказаться принципиально новыми.
Эксперты из разных областей науки и технологии уверены, что исследование нанотехнологических рисков будет значительно сложнее ранее имевших место оценок рискованности тех или иных веществ или процессов. В США участники семинара (2004), проходившего в соответствии с планами ННИ (представители науки, промышленности, правительственных организаций), призывали увеличить ассигнования на изучение рисков в 10 раз, хотя в то время расходы составляли уже 10 млн. В Великобритании Королевское научное общество и Королевская инженерная академия требовали от правительства ассигнований на эти цели в размере 5-6 млн. фунтов (9-11 млн. долл.) ежегодно в течение десяти лет только для того, чтобы разработать методологию и инструментарий, позволяющие тестировать наноматериалы. Советник президента Буша по науке Д. Марбургер прямо заявил, что «проводимые в настоящее время по программе ННИ исследования токсичности наночастиц - это капля в море по сравнению с тем, что должно быть сделано» (с. 7).
О стоимости подобных исследований можно судить по стоимости подобных работ с химикалиями. Например, предварительный скрининг обычных химических соединений только в целях установления приоритетности углубленной оценки их токсичности обходится в 250 тыс. долл. на соединение. Национальное агентство США по охране окружающей среды на программу изучения рисков, связанных с наличием распыленных в воздухе обычных частиц, тратит от 40 млн. до 60 млн. долл. в первые шесть лет исследований. Изучение нанотехнологических рисков будет не дешевле, а, скорее всего, дороже. Но правительство США не должно нести все эти расходы в одиночку. Правительства других стран должны внести свою лепту, а основную часть расходов, возможно, следует взять на себя частным фирмам, которые намерены производить и продавать изделия, содержащие наночастицы. Для того чтобы избегать дублирования и излишних затрат, целесообразно организовать координацию деятельности всех заинтересованных сторон.
2. Улучшение государственного регулирования в области нанотехнологии. Хотя в США существует много программ, регулирующих антропогенные риски для здоровья и окружающей среды, они все же не охватывают все потенциальные проблемы, да и выполняются не всегда достаточно строго. Иллюстрацией могут служить два примера. Согласно законодательству предварительным испытаниям (до выхода на рынок) подлежат только новые, ранее не существовавшие вещества. Но наноматериалы можно рассматривать не как новое вещество, а как новую форму уже известного, не учитывая, что новизна этой формы меняет свойства материала. По этой причине они могут пройти на рынок без проверки на безопасность. Второй пример - испытаниям подлежат вещества, выпускаемые в объемах (по весу) больше определенного регламентирующими документами уровня. Наноматериалы имеют микроскопические размеры, и соответственно достаточно большое их количество имеет небольшой вес. Они могут миновать регламентное «сито» и по этой причине. Для наноматериалов существующие документы не подходят. Необходимо вносить дополнения и изменения в законодательную базу.
3. Создание корпоративных регламентов. Даже при самом оптимистичном сценарии федеральные учреждения вряд ли смогут достаточно оперативно разработать и утвердить необходимые стандарты, чтобы охватить наноматериалы, уже выходящие на рынок сегодня или подготавливаемые к этому шагу. В своих собственных интересах промышленности следует стать лидером создания хотя бы временных стандартов безопасности наноматериалов. Эти стандарты должны определять условия и методы оценки связанных с применением наноматериалов рисков, охватывать весь жизненный цикл материала и учитывать безопасность тех, кто его производит, перевозит и продает, а также проблему отходов уже использованного вещества. Кроме того, они должны дать оценку степени рисков и эффективности управления ими, а также воздействия наночастиц на окружающую среду, представить программы контроля и мониторинга такого воздействия. Стандарты должны разрабатывать промышленники с привлечением всех прочих заинтересованных субъектов - открыто, без всякой секретности, предусматривая возможность общественного контроля хода их разработки и применения.
4. Привлечение к решению проблем широкого круга заинтересованных лиц. До настоящего времени ни правительство, ни промышленные фирмы не привлекают к обсуждению и решению связанных с нанотехнологией вопросов таких представительных субъектов, как организации здравоохранения, объединения потребителей, местные жители, трудовые организации, т.е. тех, кто либо выиграет от новинок, либо пострадает, если последние окажутся вредными. В то же время опыт показывает, что участие перечисленных организаций, причем с самого начала работ, во многом помогает удачному решению проблем: выявляет основные болевые точки и проблемы, вызывающие озабоченность, содействует формированию и ранжированию приоритетов. А некоторые представители общественности могут помочь и советом, так как имеют опыт разрешения аналогичных ситуаций.
Чем раньше правительства и промышленность приступят к реализации перечисленных мероприятий, тем больше шансов на быстрое и успешное развитие столь многообещающей отрасли науки и техники, как нанотехнология.
А.Н. Авдулов
2006.03.007. ЗИНГЕР П., САЛАМАНКА-БУЕНТЕЛЛО Ф., ДААР А. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НАНОТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ СОЗДАНИЯ БОЛЕЕ СПРАВЕДЛИВОГО МИРА.
SINGER P., SALAMANCA-BUENTELLO F., DAAR A. Harnessing nanotechnology to improve global equity // Issues in science and technology. - Summer, 2005. - P. 1-14. - Mode of access: http://www.issues.org/issues/2L4/singer.html.
Ключевые слова: нанотехнология, развивающиеся страны, технологический прогресс.
П. Зингер - директор Центра по проблемам биоэтики Торонтского университета (Канада), совместно с А. Дааром он возглавляет Канадскую программу геномики и глобального здравоохранения. Ф. Саламанка-Буентелло - исследователь и аспирант в обеих указанных организациях. Авторы обсуждают возможности использования нанотехнологии для ускорения прогресса развивающихся стран и состояние развития этого направления исследо-
