CC BY
6
гиена и санитария 6/2008
применяют разнообразные методы исследований: электронную микроскопию высокого разрешения, фотоэлектронную спектроскопию (в настоящее время является одним из самых популярных методов исследования поверхности), рентгеновскую и ультрафиолетовую фотоспектроскопию, оже-спек-троскопию.
В заключение отметим, что, несмотря на то что наноматериалы и нанотехнологии используются достаточно длительное время, к настоящему времени гигиеническая оценка их безопасности в полном объеме представляет достаточно трудную задачу. Для проведения исследований в этой области требуется самое современное аналитическое оборудование.
Поступила 24.04.08
Summary. By now the hygienic assessment of nanomate-rials and nanotechnologies and the evaluation of their safety to human health in full measure present a challenging task.
The major complexities are associated with the small sizes of particles of structural constituents, the high extent of phase boundaries and interface, the possibility of forming metasta-ble, so far unstudied phases, high reactivity, etc. In some cases, the physicochemical features of nanomaterials keep the existing study methods from being used; and some procedures require major modifications or development. At the same time, the existing physicochemical analytical methods that are aimed at determining substances at the level of microconcen-trations, the sensitivity of which meets hygienic standards requirements may be used to evaluate the efficiency of nanotechnologies. Spectral analytical tests, such as atomic emission and atomic absorption analyses that determine as many as 80 elements of the Periodic System on present-day spectrometers, as well as ultraviolet, infrared, optical, microwave, and radiospectroscopic techniques, including nuclear magnetic resonance, electron paramagnetic resonance, high-resolution electron microscopy, photoelectron spectroscopy, X-ray and ultraviolet photospectroscopies, and Auger spectroscopy, may be employed to determine the elemental composition of na-nomaterials and the sizes and surface of particles.
О Н. В. РУСАКОВ, 2008 УДК 6|4.7:628.544]:008
Н. В. Русаков
ЭКОЛОГО-ГИГИЕНИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ОТХОДОВ НАНОМАТЕРИАЛОВ
ГУ НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А. Н. Сысина РАМН, Москва
Использование нанотехнологий — одно из перспективных направлений создания новых материалов и изделий. Немаловажным является изучение вопросов потенциальной опасности наноматериа-лов и нанотехнологий, разработка критериев их безопасности для здоровья человека и окружающей среды. По мнению Г. Г. Онищенко (2007), наиболее изученными при этом являются неблагоприятные эффекты ингаляционного поступления нано-материалов в организм человека (воспалительное поражение легочной ткани, вероятно, обусловленное пероксидантным и генотоксическим действием наноматериалов). Широко обсуждаются вероятные системные эффекты при данном пути поступления наноматериалов (поражение сердечно-сосу-дистой системы, печени, почек и др.). Возможные биологические пути поступления наноматериалов в организм через желудочно-кишечный тракт изучены пока недостаточно, однако имеются данные, свидетельствующие, что различные вещества и материалы при переводе их в форму наночастиц могут значительно изменять свои физико-химические свойства, что может отразиться на физиологических эффектах в процессе всасывания в пищеварительном тракте и усвоения в организме.
Наноматериалы еще не очень широко используются, но уже находят применение в микроэлектронике, энергетике, химической промышленности, оптике, строительстве, химической промышленности, научных исследованиях, контроле и охране состояния окружающей среды [3, 5, 6]. Интенсивное внедрение нанотехнологий в разных отраслях хозяйственной деятельности неизбежно ставит вопрос не только о воздействии на человека и окружающую среду самих наноматериалов, но и отходов, образующихся при их производстве или
превращении в отход потребления. Современные нанокомпозитные материалы, обладая заданными медико-биологическими характеристиками, могут использоваться при создании биологически активных систем и материалов для целей медицины, фармакологической, пищевой и парфюмерной промышленности. Наличие в них наноструктури-рованной поверхности, созданной с применением фуллеренов с четным числом атомов углерода в молекуле См и более, придает им способность оказывать антимикробное действие [4]. Данный факт необходимо учитывать при попадании отходов наноматериалов на почву, при захоронении их на полигонах или при переработке на мусороперерабаты-вающих заводах, поскольку они могут нарушать микробиологические процессы в этих объектах.
Разрабатывая пути и подходы к оценке эколого-гигиенической опасности отходов наноматериалов, в первую очередь необходимо рассмотреть особенности их физико-химических свойств и биологического действия, которые отличают их от аналогов того же химического состава в виде сплошных фаз макроскопических дисперсий. По данным литературы, можно выделить ряд физико-химиче-ских особенностей поведения веществ в нанораз-мерном состоянии [7—9].
Большая кривизна поверхности наночастиц и изменение топологии связи атомов на поверхности приводит к изменению их химических потенциалов. Вследствие этого существенно изменяется растворимость, реакционная и каталитическая способность наночастиц и их компонентов. Данные показатели чрезвычайно важно учитывать при миграции загрязнений с полигонов и свалок и воздействии их на окружающую среду и здоровье человека.
Высокая удельная поверхность (в расчете на единицу массы) наноматериалов увеличивает их адсорбционную емкость и химическую реакционную способность. Это может приводить к увеличению продукции свободных радикалов и активных форм кислорода и далее к повреждению биологических структур, что не может не отразиться на процессах разложения отходов. С другой стороны, возможна адсорбция на наночастицах различных контаминантов и облегчение их транспорта внутрь клетки, что резко увеличивает токсичность последних. Многие наноматериалы обладают гидрофобными свойствами или являются электрически заряженными, что усиливает процессы адсорбции на них различных токсикантов и их способность проникать через барьеры организма.
Наночастицы вследствие своих небольших размеров могут проникать в клеточные органеллы и изменять функции биоструктур. Процессы переноса наночастиц в окружающей среде с воздушными и водными потоками, их накопление в почве, донных отложениях могут также значительно отличаться от поведения частиц веществ более крупного размера.
Из-за малого размера наночастицы не распознаются защитными системами организма, не подвергаются биотрансформации и не выводятся. Это ведет к накоплению их в растениях, животных организмах и микроорганизмах, что увеличивает возможность поступления в организм человека.
Таким образом, все эти факторы свидетельствуют, что наноматериалы и их отходы могут обладать совершенно иными физико-химическими свойствами и биологическим действием, чем компоненты отходов в обычном физико-химическом состоянии.
Чрезвычайно важными с научной и практической точек зрения являются методы выявления, идентификации и количественного определения наноматериалов в объектах окружающей среды, биосредах и в отходах, которые могли бы достоверно отличить их от химических аналогов в макродисперс-ной форме, но они недостаточно разработаны.
До настоящего времени не изученным остается вопрос методологии проведения эколого-гигиени-ческих исследований по выявлению характера и степени опасности отходов нанокомпозитных ма-
териалов, не оценена степень опасности технологий их обезвреживания и уничтожения. Поэтому одним из направлений научных исследований на современном этапе может явиться разработка методологических основ оценки опасности отходов нанотехнологий. При этом важно научно обосновать методологию проведения эколого-гигиениче-ских исследований по выявлению характера и степени опасности отходов нанокомпозитных материалов, продуктов их разложения и сжигания, разработать комплекс интегрированных показателей и критериев оценки такой опасности. Конечным результатом должна быть подготовка методических рекомендаций по эколого-гигиенической оценке опасности отходов нанокомпозитных материалов с обоснованием основных принципов, показателей и критериев, а также гигиенических требований и рекомендаций.
Литература
1. Алфимов М. В., Разумов В. Ф. // Рос. нанотехнол. — 2007. - Т. 2, № 1-2. - С. 12-25.
2. Елинсон В. М., Юровская М. А., Лямин А. Н., Овчинникова Н. С. // Нанотехника. - 2007. — № 2 (10). — С. 48-52.
3. О надзоре за продукцией, полученной с использованием нанотехнологий и содержащей наноматериалы: Постановление Главного государственного санитарного врача Российской Федерации № 54 от 23.07.2007. - М., 2007.
4. О надзоре за производством и оборотом продукции, содержащей наноматериалы: Информ. письмо Рос-потребнадзора № 0100/4502-07-02 от 02.05.2007. -М., 2007.
5. Чечеткин В. Р., Прокопенко Д. В., Макаров А. А., За-седателев А. С. Биочипы для медицинской диагностики // Рос. нанотехнол. — 2006. — Т. 1, № 1. — С. 13-27.
6. Borm P. J., Kreyling W. // J. Nanosci. Nanotechnol. — 2004. - Vol. 4, N 4. - P. 521-531.
7. Cherukuri P., Gannon C. J., Leeuw T. K. et al. // Proc. Natl. Acad. Sei. USA. - 2006. - Vol. 103, N 50. -P. 18882-18886.
8. Holsapple M. P., Farland W. H., Landry T. D. et al. // Toxicol. Sei. - 2005. - Vol. 88, N 1. - P. 12-17.
9. Oberdorster G., Sharp Z, Elder A. P. et al. // Inhal. Toxicol. - 2004. - Vol. 16, N 4. - P. 437-445.
Поступила 23.04.08
О Г. В. ЯКОВЛЕВА. А. А. СТЕХИН, 2008 УДК (Ы.7:5М.61]:ФМ
Г. В. Яковлева, А. А. Стехин
ОСОБЕННОСТИ ТОКСИЧЕСКИХ СВОЙСТВ НАНООБЪЕКТОВ
ГУ НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А. Н. Сысина РАМН, Москва
В последние годы значительный прогресс в области развития науки и техники получили наноматериалы и нанотехнологии, в основе которых использованы наночастицы, имеющие особые свойства. Нанометровый диапазон таких частиц составляет 1—100 нм. Нанообъекты, находящиеся в данном диапазоне, имеют отличные от объемного вещества термодинамические, электронные, диэлектрические, магнитные, структурные и другие свойства, соответственно их поведение и взаимодейст-
вие с окружающей средой, включая водную среду и биологические жидкости, отличается от таковых веществ, на основе которых они получены.
В химическом отношении нанообъекты представляют собой соединения, в которых атомы связаны одинарными или двойными связями подобно ароматическим структурам. Ненасыщенность связи в наноструктуре создает условия для проведения двух типов реакций: отнятия (присоединения) электронов и замещения (отщепления) введенных
