Rozsáhlý článek o potenciálních nebezpečích a rizicích nanomateriálů, určený zejména odborníkům z oblasti nanotechnologií. Co jsou nanomateriály, jaké jsou jejich toxikologické vlastnosti, jaké existují způsoby expozice a jak na hodnocení rizik nanomateriálů.
Obsah článku:
Nanomateriály jsou miniaturní částice, které je možné vidět pouze pomocí mikroskopu. Některé nanomateriály jsou přírodní (např. pyl, sopečný popel, saze z lesních požárů), jiné jsou vyrobeny neúmyslně (např. výfukové plyny automobilů) a jiné jsou vyráběny účelově (např. nanovlákno). Nanomateriály se chovají zcela odlišně ve srovnání se stejnou látkou ve větších velikostech, což může ovlivnit potenciální bezpečnostní rizika. V našich znalostech o souvisejících zdravotních rizicích jsou velké mezery, a proto je třeba věnovat zvláštní péči nakládání s těmito materiály.
V právním kontextu poskytla Evropská komise doporučení, jak definovat nanomateriál pouze na základě velikosti částic materiálu, bez ohledu na nebezpečí a rizika. Tato definice zahrnuje přírodní, neúmyslně nebo účelově vyrobené materiály a podporuje provádění regulačních ustanovení pro tuto skupinu materiálů. Definice Evropské komise pro nanomateriály uvádí, že:
„Nanomateriálem se rozumí přírodní, náhodně nebo účelově vyrobený materiál obsahující částice v nevázaném (nesloučeném) stavu nebo jako agregát (heterogenní částice s těžko oddělitelnými složkami) nebo jako aglomerát (skupina částic držící pohromadě), který u 50 % nebo více částic v číselném rozdělení velikosti je jeden nebo více vnějších rozměrů v rozmezí velikosti 1 nm - 100 nm (nanometrů).“
Ve zvláštních případech a je-li to odůvodněno obavami o životní prostředí, zdraví, bezpečnost nebo konkurenceschopnost, může být prahová hodnota distribuce počtu ve výši 50 % nahrazena prahovou hodnotou mezi 1 a 50 %. Odchylně od výše uvedeného by fullereny, grafenové vločky a jednostěnné uhlíkové nanotrubice s jedním nebo více vnějšími rozměry pod 1 nm měly být považovány za nanomateriály.
Vědecká komunita stále dobře nerozumí všem zdravotním účinkům, které pravděpodobně vzniknou vystavením různým typům umělých nanomateriálů. Mezery ve znalostech existují v klíčových oblastech, které jsou zásadní pro předvídání zdravotních rizik, jako jsou způsoby expozice, tedy způsoby, jakým jsou nanomateriály přijímány do těla, způsob, jakým jsou nanomateriály transportovány, jakmile jsou uvnitř těla, a způsoby, kterými nanomateriály interagují s biologickými systémy těla. Přestože probíhají práce, které pomohou zaplnit tyto mezery ve znalostech, rozsah nanomateriálů, pro které jsou k dispozici a v dohledné době budou k dispozici komplexní údaje o nebezpečnosti, je velmi úzký. Vzhledem k široké rozmanitosti nanomateriálů a pozorování, že různé nanoformy se stejným chemickým složením mohou mít různé toxikologické vlastnosti, je pravděpodobné, že k posouzení nebezpečnosti nanomateriálů bude třeba nalézt nové přístupy, které se nespoléhají na konvenční přístupy k testování toxicity.
Metody in vitro a přístupy in silico jsou potenciálními alternativními zdroji informací o nebezpečnosti. V současné době není jasné, jak zjištění ze studií in vitro souvisí s potenciálními účinky na člověka. Dávky, které se v těchto studiích používají, často výrazně převyšují dávky, které by byly získány při expozici na pracovišti. Test in vitro také nemusí replikovat změny, kterým nanomateriál projde během jeho průchodu z místa vstupu do těla do cílového místa. Z údajů in vitro je proto obtížné vyvozovat obecné závěry. Není také jasné, zda vztahy mezi strukturou a aktivitou, které používají počítačové modely k predikci toxikologického chování, jsou použitelné pro nanomateriály. V této oblasti je zapotřebí další práce.
Obecně lze nanomateriály dostat do lidského těla třemi způsoby:
U inhalovaných umělých nanomateriálů jsou cílovým místem zasažení s největší pravděpodobností plíce. Existují důkazy, že inhalované nanomateriály mají potenciál iniciovat zánětlivé reakce. Faktory, které určují závažnost reakce, však nejsou zcela pochopeny. Rovněž dlouhodobé zdravotní důsledky opakované expozice jsou v mnoha případech neznámé. Epidemiologické studie zaměřené na zdravotní účinky vystavení znečištění okolního ovzduší naznačují, že kromě účinků na plíce mohou lidé vdechující vzduch, který obsahuje velké množství částic o velikosti v ultrajemném rozsahu (to zahrnuje částice, které spadají do definice nanočástic vydané Evropskou komisí pro nanomateriály) častěji trpí onemocněním kardiovaskulárního systému. Nicméně relevance tohoto zjištění zatím není jasná.
Kromě inhalace existuje možnost kontaktu nanomateriálů s kůží a gastrointestinálním traktem (trávicím traktem) v důsledku expozice na pracovišti. S výjimkou nanomateriálů, které se používají v kosmetických přípravcích, bylo zatím realizováno málo průzkumů zaměřených na účinky na pokožku. Očekává se, že všechny účinky, které se objeví v důsledku kontaktu s kůží, budou v místech kontaktu. Výzkum zabývající se potenciálem absorpce nanomateriálů kůží naznačil, že pokud dojde k nějaké absorpci kůží, množství, které se absorbuje, bude nízké.
Nanomateriály se mohou dostat do lidského těla také prostřednictvím trávicího traktu, tedy přímým požitím ústy (jídlo, pití, kosmetika, léky apod.). Některé studie prokázaly absorpci titanových částic o velikosti 150-500 nm (nanometrů), tedy větších, než se obvykle používají v opalovacích krémech, do jater a sleziny přes střeva. Více podrobností o osudu požitých částic lze zjistit ze studií radioaktivních kovů, které zjistily průchod nanomateriálů z gastrointestinálního systému do jiných orgánů. Neexistují však žádné informace, které by umožnily vyvodit obecné závěry o osudu nanomateriálů, které se dostanou do gastrointestinálního traktu v důsledku expozice na pracovišti.
Je důležité porozumět fyzikálním vlastnostem a chemickému složení nanomateriálu, než s ním začnete pracovat, protože tyto informace budou klíčovým prvkem vašeho posouzení rizik a nebezpečí. Pokud máte dobré informace o fyzikálních a chemických vlastnostech nanomateriálů, které používáte, pomůže vám to určit, nakolik jsou podobné nebo odlišné od jiných nanomateriálů.
Při pokusu o posouzení nebezpečnosti nanomateriálů může být lákavé odkázat na informace, které jsou k dispozici pro zdánlivě podobné materiály. Všechna srovnání biologických a toxikologických údajů mezi nanomateriály musí být podpořena podrobnou fyzikální charakterizací obou materiálů prokazující podobnosti a rozdíly mezi materiály. Při absenci odpovídajícího posouzení fyzikálních vlastností mohou být obecné závěry o nanočásticích, které mohou mít podobné chemické složení, zavádějící. Ve skutečnosti totiž mají různé velikosti, tvary, struktury, povrchové úpravy a charakteristiky povrchové reaktivity. Obecně nedoporučujeme spoléhat se na informace o nebezpečnosti nanoproduktů, o kterých si myslíte, že jsou podobné těm, se kterými pracujete vy.
Informace o charakteristice umělých nanomateriálů by měly být k dispozici od výrobců nebo dodavatelů spolu s bezpečnostním listem. Pokud tyto informace nejsou k dispozici, požádejte výrobce nebo dodavatele o poskytnutí těchto informací.
Při určování nebezpečného potenciálu umělých nanomateriálů budou pravděpodobně důležité následující fyzikální a chemické vlastnosti. Tento seznam však není vyčerpávající. Budoucí výzkum může identifikovat další fyzikální nebo chemické vlastnosti, které jsou důležité.
Neexistuje žádný jasný důkaz pro skokovou změnu nebezpečných vlastností souvisejících se specifickými rozměry částice. Bylo však zjištěno, že částice s rozměry pod 20-30 nm jsou méně termodynamicky stabilní a podléhají dramatickým změnám ve své krystalické struktuře ve srovnání s většími částicemi se stejným chemickým složením. Tyto změny ovlivní způsob, jakým tyto velmi malé částice interagují s jejich prostředím a biologickými médii. V důsledku toho je obtížnější předvídat jejich toxikologické chování na základě informací získaných pro částice větší velikosti, včetně částic v nanoměřítku, i když je chemické složení stejné.
Mezní hodnota velikosti 100 nm, která byla použita v rámci definice Evropské komise, byla zvolena proto, že k mnoha specifikovaným účinkům nanomateriálů dochází u částic o rozměrech v rozmezí 1-100 nm. Nemělo by se však předpokládat, že částice, která nemá rozměry menší než 100 nm, není nebezpečná, a nemělo by se předpokládat, že částice, která má alespoň jeden rozměr menší než 100 nm, je vysoce nebezpečná. Potenciál nebezpečí nanočástic se bude velmi lišit, stejně jako existuje velká variabilita potenciálu nebezpečí u jiných látek.
Když se nanomateriály uvolní, téměř ve všech situacích rychle vytvoří agregáty a aglomeráty, takže expozice v praxi je mnohem větší sekundární částice než primární částice o nano velikosti. Velikost agregátů nebo aglomerátů ovlivní dobu setrvání materiálu ve vzduchu a může snížit možnost vdechnutí nanomateriálu. Agregační nebo aglomerační chování nanomateriálů je silně ovlivněno vnějším prostředím, tj. např. vzduchem v dílně, disperzními médii atd. Je proto užitečné porozumět agregačnímu a aglomeračnímu chování v prostředí, pro které se hodnocení rizik provádí.
Aglomeráty jsou skupina částic, které drží pohromadě. Agregáty jsou heterogenní částice, jejichž složky nejsou od sebe snadno oddělitelné. Agregáty či aglomeráty nanočástic nemusí být nutně stabilní a při změně vnějšího prostředí, např. přechodu ze vzduchu v pracovně na vzduch vdechovaný, se může změnit jejich stav agregace/aglomerace. Takže ačkoli nanomateriál může být přítomen ve srovnatelně velkých agregátech či aglomerátech ve vzduchu v dílně, existuje potenciál pro desagregaci a desaglomeraci v dýchacím traktu, což umožní menším primárním částicím proniknout hluboko do plic. Z tohoto důvodu, i když stav agregace/aglomerace může snížit možnost vdechnutí nanomateriálu, by se nemělo předpokládat, že nanomateriály, které jsou výhradně přítomné ve vzduchu v pracovně jako velké agregáty/aglomeráty, si tento stav po vdechnutí udrží.
Mnoho toxických účinků částicových materiálů, ale ne všechny, jsou zprostředkovány událostmi, které probíhají na povrchu částic. Jak se velikost částice zmenšuje, poměr plochy povrchu k hmotnosti se zvyšuje. Jakékoli účinky, které jsou způsobeny v důsledku interakcí na povrchu částic, budou proto pravděpodobně zesíleny u nanomateriálů ve srovnání s většími částicemi. To je jeden z důvodů, proč se nanočástice zdají být účinnější než částice větší velikosti se stejným chemickým složením, když se dávky porovnávají na základě hmotnosti. Když se dávky porovnávají na základě celkové plochy povrchu, zjevný rozdíl v toxikologické účinnosti často není vidět. To vedlo vědeckou komunitu k doporučení, aby expozice a dávky ve studiích toxicity pro nanomateriály byly vyjádřeny jako povrchová plocha a také hmotnost.
S použitím plochy povrchu k vyjádření expozic a dávek je zatím velmi málo zkušeností. Většina údajů o nebezpečnosti, které jsou v současné době k dispozici, bude získána ze studií využívajících hmotnost k vyjádření dávky. V této situaci může vztah mezi dávkou a odezvou pro větší částici, který je vyjádřen hmotností, podhodnocovat vztah mezi dávkou a odezvou pro nanomateriál, i když chemické složení může být stejné. Z tohoto důvodu není vhodné extrapolovat vztahy mezi dávkou a odezvou a úrovně bez účinku, které byly získány ze studií s většími velikostmi částic, na nanomateriály, pokud neexistují vědecké důkazy prokazující, že extrapolace je platná.
Existují důkazy, že tvar nanomateriálu může ovlivnit jeho toxicitu. To bylo nejkoherentněji prokázáno u určitých nanomateriálů s vysokým poměrem stran. Vysoký poměr stran (HARN) znamená, že jeden nebo dva ze tří rozměrů částice jsou mnohem menší než druhý rozměr (rozměry). Vlákna jsou klasickým příkladem materiálů s vysokým poměrem stran. Světová zdravotnická organizace definuje dýchatelné vlákno jako předmět s délkou větší než 5 µm (mikrometr), šířkou menší než 3 µm a poměrem délky k šířce (poměr stran) větším než 3:1. Pokud je tedy kterýkoliv z těchto rozměrů v nanoměřítku, částice, která má poměr stran větší než 3:1, bude považována za částici s vysokým poměrem hran (HARN). Za vysoký poměr hran se také považují struktury podobné destičkám, kde pouze jeden rozměr spadá do rozsahu nano velikosti.
Existují důkazy, že nanomateriály s vysokým poměrem stran (HARN) mají následující vlastnosti:
Nanočástice z nanomateriálů mohou být zadrženy v pleurální dutině (úzkém prostoru obklopujícím plíce) po dlouhou dobu. Je známo, že dlouhá vlákna, která se usadí v pleurální dutině, mohou způsobit přetrvávající zánět, který může vést k onemocněním, jako je rakovina plic. Pokud si nejste jisti nebezpečnými vlastnostmi nanomateriálů, které používáte, je třeba dodržovat preventivní kontrolní opatření zaměřená na prevenci expozice.
Existuje stále více důkazů, že částice s vysokým poměrem stran (HARN), které odpovídají vlastnostem uvedeným v odrážkách výše, mají potenciál způsobit vážné nepříznivé účinky. Uhlíkové nanotrubice (CNT) jsou typickým příkladem. Některé uhlíkové trubice jsou jako dlouhá, rovná vlákna a při absenci důkazů o opaku by se mělo předpokládat, že tyto typy mají vlastnosti uvedené ve výše uvedených odrážkách. Jiné typy CNT mají více zapletenou strukturu a jsou jako nízkohustotní „nadýchané“ svazky nanotrubiček. U těchto typů se zatím neobjevily žádné důkazy, které by naznačovaly, že představují nebezpečí pro pleurální dutinu. Stále však mohou mít potenciál způsobit zánět v plicích. V současné době neexistuje oficiální prohlášení o potenciálních dlouhodobých zdravotních důsledcích opakované expozice CNT se zapletenou strukturou.
Situace je podobná také u jiných struktur, které lze považovat za HARN, jako jsou tenké deskovité částice. Jejich aerodynamické chování pravděpodobně povede k průniku hluboko do plic. V současnosti však neexistují žádné informace, které by naznačovaly, jak snadno budou destičkovité částice odstraněny z plic, ale je možné, že jejich tvar a velikost mohou bránit účinnému odstranění. V této situaci existuje potenciál pro vznik zánětlivých reakcí v plicích. Dlouhodobé zdravotní důsledky vystavení deskovitým částicím nejsou známy. Je zapotřebí mnohem více výzkumu, abychom pochopili úroveň nebezpečí, které představují.
Neexistují žádné informace, které by naznačovaly, jak může tvar nanomateriálů, které nejsou HARN, ovlivnit jejich toxikologické vlastnosti. Bude nutné získat více informací o tvaru částic, aby bylo možné informovat budoucí vědecké výzkumy o důležitosti tohoto parametru pro nanomateriály bez částic s vysokým poměrem stran (HARN).
Povrchový náboj částice může ovlivnit adsorpci iontů, kontaminantů, interakci částice s biomolekulami, příjem do buněk a způsob, jakým buňky reagují, když jsou částici vystaveny. Zeta potenciál částice, tedy elektrokinetický potenciál v koloidních systémech, který působí na rozhraní mezi povrchovou vrstvou částice a okolní kapalinou, je mírou jejího povrchového náboje. Výzkum zjistil, že určité nanočástice kovů a oxidů kovů, o kterých je známo, že jsou zánětlivé, mají také vysoký pozitivní zeta potenciál. To naznačuje, že tento parametr může být užitečným prediktorem určitých typů toxikologických účinků. K úplnému pochopení vztahu mezi potenciálem zeta a toxikologickým účinkem je nutný další výzkum, ale může být užitečné získat informace o této vlastnosti, abyste je mohli v budoucnu použít pro své hodnocení rizik.
Toto je široký a nekonkrétní pojem. Zahrnuje prvky rovnováhy rozpustnosti, katalytických vlastností, povrchového náboje, povrchové adsorpce a desorpce molekul v roztoku. Tyto vlastnosti jsou funkcemi atomového nebo molekulárního složení a fyzikální povrchové struktury. Chemická čistota, funkcionalizace a povrchová úprava jsou také důležité aspekty, které by mohly ovlivnit chemii povrchu.
Bylo zjištěno, že modifikace povrchu zvyšuje nebo snižuje toxicitu uhlíkových nanotrubic (CNT) v závislosti na modifikaci, která je použita. To bylo také pozorováno u oxidu titaničitého (TiO2). Na základě informací, které jsou v současné době k dispozici, je velmi obtížné předpovědět, jaký vliv na nebezpečí může mít určitá povrchová úprava. Funkce a úprava povrchu jsou však důležité otázky, které je třeba zvážit při rozhodování, zda jsou dostupné informace o nebezpečnosti relevantní pro váš materiál.
Některé prvky byly identifikovány jako karcinogeny, mutageny, toxické látky pro reprodukci (souhrnně označované jako CMR) nebo mají potenciál způsobit astma. Je rozumné předpokládat, že nanočástice obsahující prvek (prvky), který má tyto nebezpečné vlastnosti, má také potenciál vykazovat tato nebezpečí.
Předpokládá se, že přítomnost reaktivních kovů je zodpovědná za toxicitu komplexních směsí částic, jako je dým ze svařování. Nanomateriál, který obsahoval významný podíl takových kovů (např. velké množství zbytků katalyzátorů v uhlíkových nanotrubicích), by mohl představovat větší nebezpečí pro zdraví než podobný materiál s žádným nebo nízkým množstvím reaktivních kovů.
Některé z nepříznivých účinků, které mohou nastat po expozici nanomateriálům, vznikají v důsledku solubilizace materiálu. Bylo zjištěno, že rozpustnost nanomateriálu se může lišit od rozpustnosti větších částic stejné látky. Například nanočástice stříbra mají větší tendenci uvolňovat ionty stříbra do roztoku ve srovnání s většími částicemi stříbra. Pokud rozpouštění vede k uvolňování reaktivních nebo cytotoxických složek a ty se z nanoformy uvolňují snadněji než z větších částic, vztah mezi dávkou a odpovědí pro větší částici může podceňovat vztah mezi dávkou a odpovědí pro nanoformu.
V některých případech, kdy se neuvolňují reaktivní nebo cytotoxické složky, zvýšená rozpustnost zvýší rychlost, kterou se nanočástice odstraňovají např. z plic. To by mohlo vést k tomu, že nanoforma představuje nižší úroveň nebezpečí ve srovnání s větší částicí v závislosti na typu účinků, které jsou pozorovány u větší částice.
Může být užitečné zvážit informace o toxikologických vlastnostech iontových forem prvků, které jsou přítomny v nanomateriálech, aby bylo možné pochopit, která místa v těle by mohla být po expozici ovlivněna. Není vhodné extrapolovat vztahy odezvy na dávce a úrovně, při kterých nedochází k žádným účinkům, které byly získány ze studií s většími velikostmi částic nebo iontovými formami, na nanomateriály, pokud neexistují vědecké důkazy prokazující, že extrapolace je platná.
Bylo navrženo, že nanomateriály, které mají fotokatalytickou aktivitu, mohou mít větší potenciál způsobit zánět, protože částice se stávají reaktivnějšími, když jsou vystaveny světlu. Bylo také navrženo, že nanomateriály, které jsou vysoce kyselé nebo zásadité, by mohly způsobit lokální podráždění v místě kontaktu (např. plíce, kůže nebo gastrointestinální trakt).
Aby bylo možné provést posouzení rizik, je důležité porozumět nebezpečným vlastnostem materiálu, který používáte. Vzhledem k současné omezené dostupnosti údajů o nebezpečnosti pro většinu nanomateriálů bude obtížné určit toxikologické chování konkrétních nanomateriálů s jakoukoli mírou jistoty. Ve většině případů bude nutné odkázat na informace, které byly získány pro podobné materiály. V tomto případě je důležité se ujistit, že informace, které najdete, jsou relevantní pro materiál, který používáte.
Mnoho z nejběžněji používaných nanomateriálů má podobné nebo stejné chemické složení jako částice většího rozsahu (často označované jako sypké materiály). Není však jasné, které vlastnosti sypkého materiálu lze předpokládat, že se vztahují na částice o nano velikosti. Vzhledem k rozmanitosti nanomateriálů, které lze vyrobit a které mají stejné nebo podobné chemické složení, ale mají různé fyzikální vlastnosti, není často jasné, které vlastnosti nanočástic lze předpokládat, že se vztahují na jiné nanočástice. Je proto důležité vzít v úvahu stejnost, když používáte informace z jednoho materiálu ke stanovení nebezpečných vlastností jiného materiálu.
Aby bylo možné určit podobnosti a rozdíly mezi materiálem, se kterým pracujete, a materiálem, pro který jsou k dispozici údaje o nebezpečnosti, je důležité získat co nejvíce informací o fyzikálních a chemických vlastnostech obou materiálů. Předchozí část identifikuje některé fyzikální a chemické vlastnosti, které mohou být zvláště důležité. Budoucí výzkum může identifikovat další relevantní charakteristiky. Z tohoto důvodu by stejnost měla být posuzována na základě všech dostupných informací. Navrhuje se, že ke stanovení stejnosti by mohly být použity minimálně následující charakteristiky:
Až se zlepší naše chápání vztahů mezi fyzikálními vlastnostmi a nebezpečím, mohou být do tohoto seznamu přidány další charakteristiky.
Čím větší jsou rozdíly mezi fyzikálními a chemickými vlastnostmi vašeho materiálu a fyzikálními a chemickými vlastnostmi jiného materiálu, i když mohou mít stejné chemické složení, tím větší je nejistota při extrapolaci údajů o nebezpečnosti mezi těmito dvěma materiály. Je proto důležité mít informace o fyzikálních a chemických vlastnostech materiálu, který používáte, abyste zajistili, že určíte údaje o nebezpečnosti pro materiály s podobnými fyzikálními a chemickými vlastnostmi. Pokud najdete údaje o nebezpečnosti, ale nemůžete správně určit identitu a vlastnosti testovaného materiálu, není rozumné předpokládat, že výsledky platí pro váš materiál.
Při absenci adekvátních informací o fyzikálních vlastnostech (velikost, tvar, krystalová struktura, povrchový povlak, povrchová reaktivita atd.) konkrétního nanomateriálu, se kterým budete pracovat, není rozumné činit obecné závěry o jeho potenciálních nebezpečích na jiné nanočástice, které mohou mít podobné chemické složení, pokud nemáte dobré údaje pro potvrzení, že tento přístup je vhodný. Pokud mají nanomateriály nejistou nebo nejasně definovanou toxikologii a pokud nebo dokud nebudou k dispozici spolehlivé důkazy o rizicích plynoucích z inhalace, požití nebo absorpce kůží, měl by být k řízení rizik přijat preventivní přístup.
V brzké době vás budeme kontaktovat.
Přidejte se k nám
Potřebujete doplňující informace o službách BOZP a PO či zpracovat konkrétní nabídku? Rádi vám odpovíme na jakýkoli dotaz, případně zpracujeme cenovou nabídku. Na dotazy či poptávky odpovídáme obratem, nejpozději do 24 hodin.
obecný dotaz
poptávka po komplexních službách
V brzké době vás budeme kontaktovat.
Přidejte se k nám
V brzké době vás budeme kontaktovat.
Přidejte se k nám
Společnost CRDR s.r.o. je pojištěna u Pojišťovny VZP, a.s. na pojištění odpovědnosti za škodu z provozní činnosti v oblasti BOZP a PO, pod číslem smlouvy 1200112441, se základním pojistným limitem 20 000 000,- Kč. Certifikát o pojištění poskytneme na vyžádání.
Vyberte ze seznamu:
● Jsem zaměstnavatel
● Jsem živnostník (mám-li zaměstnance)
● Jsem majitel objektu
● Jsem developer/investor
Přidejte se k nám
