Влияние нанотехнологий - Impact of nanotechnology

Часть цикла статей о
Влияние
нанотехнологии
Здоровье и безопасность
Относящийся к окружающей среде
Другие темы
  • Приложения Nuvola kalzium.svg Научный портал
  • Telecom-icon.svg Технологический портал
Часть серия статей о
Нанотехнологии
Влияние и Приложения
Наноматериалы
Молекулярная самосборка
Наноэлектроника
Нанометрология
Молекулярная нанотехнология
  • Приложения Nuvola kalzium.svg Научный портал
  • Telecom-icon.svg Технологический портал

В влияние нанотехнологии простирается от его медицинский, этичный, умственный, юридические и относящийся к окружающей среде приложений в таких областях, как инженерия, биология, химия, вычисления, материаловедение и связь.

Основные преимущества нанотехнологий включают улучшенные методы производства, системы очистки воды, энергетические системы, физическое улучшение, наномедицина, более совершенные методы производства продуктов питания, питание и крупномасштабное автопроизводство инфраструктуры.[1] Уменьшение размеров нанотехнологий может позволить автоматизировать задачи, которые ранее были недоступны из-за физических ограничений, что, в свою очередь, может снизить требования к рабочей силе, земле или обслуживанию, предъявляемые к людям.

Потенциальные риски включают проблемы окружающей среды, здоровья и безопасности; переходные эффекты, такие как вытеснение традиционных отраслей по мере того, как продукты нанотехнологий становятся доминирующими, которые беспокоят защитников прав на неприкосновенность частной жизни. Это может быть особенно важно, если не учитывать потенциальные негативные эффекты наночастиц.

Ли нанотехнологии заслуживает особого правительства регулирование это спорный вопрос. Регулирующие органы, такие как Агентство по охране окружающей среды США и Управление здравоохранения и защиты потребителей Европейской комиссии начали заниматься потенциальными рисками, связанными с наночастицами. Сектор органических продуктов питания был первым, кто начал действовать с регулируемым исключением искусственных наночастиц из сертифицированных органических продуктов, в первую очередь в Австралия и Великобритания,[2] и совсем недавно в Канада, а также для всех продуктов питания, сертифицированных на Demeter International стандарты[3]

Обзор

Наличие наноматериалов (материалов, содержащих наночастицы ) сам по себе не представляет угрозы. Только определенные аспекты могут сделать их опасными, в частности их подвижность и повышенная реактивность. Только если определенные свойства определенных наночастиц будут вредными для живых существ или окружающей среды, мы столкнемся с реальной опасностью. В этом случае это можно назвать нанозагрязнением.

При рассмотрении воздействия наноматериалов на здоровье и окружающую среду нам необходимо различать два типа наноструктур: (1) нанокомпозиты, наноструктурированные поверхности и нанокомпоненты (электронные, оптические, датчики и т. Д.), Где наноразмерные частицы включены в вещество, материал или устройство. («Фиксированные» наночастицы); и (2) «свободные» наночастицы, когда на каком-то этапе производства или использования присутствуют отдельные наночастицы вещества. Эти свободные наночастицы могут быть наноразмерными разновидностями элементов или простыми соединениями, но также и сложными соединениями, где, например, наночастица определенного элемента покрыта другим веществом (наночастица с «покрытием» или наночастица «ядро-оболочка»).

Похоже, существует консенсус в отношении того, что, хотя следует знать о материалах, содержащих фиксированные наночастицы, непосредственное беспокойство вызывают свободные наночастицы.

Наночастицы сильно отличаются от своих повседневных аналогов, поэтому их неблагоприятное воздействие не может быть связано с известной токсичностью материала макро-размера. Это создает серьезные проблемы для решения проблемы воздействия свободных наночастиц на здоровье и окружающую среду.

Чтобы еще больше усложнить ситуацию, говоря о наночастицах, важно, чтобы порошок или жидкость, содержащие наночастицы, почти никогда не были монодисперсными, а вместо этого содержали частицы определенного размера. Это усложняет экспериментальный анализ, поскольку более крупные наночастицы могут иметь свойства, отличные от более мелких. Кроме того, наночастицы проявляют тенденцию к агрегированию, и такие агрегаты часто ведут себя иначе, чем отдельные наночастицы.

Воздействие на здоровье

Видео о последствиях нанотехнологий для здоровья и безопасности

Воздействие на здоровье нанотехнологии возможные последствия использования нанотехнологических материалов и устройств для человеческое здоровье. Поскольку нанотехнология является развивающейся областью, ведутся большие споры о том, в какой степени нанотехнологии принесут пользу или представляют риск для здоровья человека. Воздействие нанотехнологий на здоровье можно разделить на два аспекта: потенциал нанотехнологических инноваций. медицинские приложения для лечения болезней и потенциальной опасности для здоровья, связанной с воздействием наноматериалы.

Медицинские приложения

Основная статья: Наномедицина

Наномедицина - это медицинский применение нанотехнологии.[4] Подходы к наномедицине варьируются от медицинского использования наноматериалы, к наноэлектроника биосенсоры и даже возможные будущие применения молекулярная нанотехнология. Наномедицина стремится в ближайшем будущем предоставить ценный набор исследовательских инструментов и клинически полезных устройств.[5][6] В Национальная нанотехнологическая инициатива ожидает новых коммерческих приложений в фармацевтической промышленности, которые могут включать передовые системы доставки лекарств, новые методы лечения и in vivo визуализация.[7] Нейроэлектронные интерфейсы и др. наноэлектроника сенсоры на основе датчиков - еще одна активная цель исследований. Далее по строке спекулятивный поле молекулярная нанотехнология считает, что машины для ремонта клеток может произвести революцию в медицине и медицинской сфере.

Наномедицинские исследования финансируются напрямую из США. Национальные институты здоровья в 2005 г. финансирует пятилетний план по созданию четырех центров наномедицины. В апреле 2006 г. журнал Материалы Природы по оценкам, во всем мире разрабатывается 130 препаратов и систем доставки на основе нанотехнологий.[8] Наномедицина - крупная отрасль, продажи которой в 2004 году достигли 6,8 миллиарда долларов. С более чем 200 компаниями и 38 продуктами по всему миру, нанотехнологии составляют минимум 3,8 миллиарда долларов. НИОКР вкладывается каждый год.[9] Ожидается, что по мере того, как отрасль наномедицины продолжает расти, она окажет значительное влияние на экономику.

Опасности для здоровья

Основная статья: Нанотоксикология

Нанотоксикология - это область, изучающая потенциальные риски наноматериалов для здоровья. Чрезвычайно малый размер наноматериалов означает, что они гораздо легче поглощаются человеческим телом, чем частицы большего размера. Как эти наночастицы ведут себя внутри организма - одна из важных проблем, которую необходимо решить. Поведение наночастиц зависит от их размера, формы и реакционной способности поверхности с окружающей тканью. Например, они могут вызвать перегрузку фагоциты, клетки, которые поглощают и разрушают инородные тела, тем самым вызывая стрессовые реакции, которые приводят к воспалению и ослабляют защиту организма от других патогенов.

Помимо того, что происходит, если в органах накапливаются неразлагаемые или медленно разлагаемые наночастицы, другой проблемой является их потенциальное взаимодействие с биологическими процессами внутри тела: из-за их большой поверхности наночастицы при воздействии на ткани и жидкости немедленно адсорбировать на их поверхность некоторые из макромолекул, с которыми они сталкиваются. Это может, например, влиять на регуляторные механизмы ферментов и других белков. Большое количество переменных, влияющих на токсичность, означает, что трудно сделать общие выводы о рисках для здоровья, связанных с воздействием наноматериалов - каждый новый наноматериал необходимо оценивать индивидуально, и необходимо принимать во внимание все свойства материала. Вопросы здоровья и окружающей среды сочетаются на рабочих местах компаний, занимающихся производством или использованием наноматериалов, и в лабораториях, занимающихся нанонаукой и исследованиями в области нанотехнологий. Можно с уверенностью сказать, что действующие стандарты воздействия пыли на рабочем месте нельзя применять непосредственно к пыли, содержащей наночастицы.

В Национальный институт охраны труда и здоровья провела первоначальное исследование того, как наночастицы взаимодействуют с системами организма и как рабочие могут подвергаться воздействию наноразмерных частиц при производстве или промышленном использовании наноматериалов. В настоящее время NIOSH предлагает временные рекомендации по работе с наноматериалами, соответствующие лучшим научным знаниям.[10] В Национальная лаборатория средств индивидуальной защиты из NIOSH, исследования по изучению проникновения наночастиц через фильтр на сертифицированных NIOSH и маркированных ЕС респираторы, а также несертифицированные респираторы были проведены.[11] Эти исследования показали, что наиболее проницательные размер частицы диапазон составлял от 30 до 100 нанометров, а размер утечки был самым большим фактором в количестве наночастиц, обнаруженных внутри респираторов испытательных манекенов.[12][13]

Другие свойства наноматериалов, которые влияют на токсичность, включают: химический состав, форму, структуру поверхности, поверхностный заряд, агрегацию и растворимость,[14]и наличие или отсутствие функциональные группы других химикатов.[15]Большое количество переменных, влияющих на токсичность, означает, что трудно сделать общие выводы о рисках для здоровья, связанных с воздействием наноматериалов - каждый новый наноматериал должен оцениваться индивидуально, и все свойства материала должны приниматься во внимание.

Обзоры литературных источников показывают, что высвобождение искусственно созданных наночастиц и их личное воздействие может происходить во время различных видов деятельности.[16][17][18] Ситуация предупреждает регулирующие органы о необходимости принятия профилактических стратегий и нормативных актов на рабочих местах нанотехнологий.

Воздействие на окружающую среду

Воздействие нанотехнологий на окружающую среду - это возможные последствия использования нанотехнологических материалов и устройств для окружающая среда.[19] Поскольку нанотехнология является новой областью, ведутся споры о том, в какой степени промышленное и коммерческое использование наноматериалы повлияет на организмы и экосистемы.

Воздействие нанотехнологий на окружающую среду можно разделить на два аспекта: потенциал нанотехнологических инноваций, способствующих улучшению окружающей среды, и, возможно, новый тип загрязнения, которое нанотехнологические материалы могут вызвать в случае попадания в окружающую среду.

Экологические приложения

Основная статья: Зеленые нанотехнологии

Зеленые нанотехнологии относятся к использованию нанотехнологии для повышения экологической устойчивости процессов производства отрицательные внешние эффекты. Это также относится к использованию продуктов нанотехнологий для улучшения устойчивость. Это включает в себя производство экологически чистых нанопродуктов и использование нанопродуктов в поддержку устойчивости. Зеленые нанотехнологии были описаны как развитие чистые технологии, "минимизировать потенциальные риски для окружающей среды и здоровья человека, связанные с производством и использованием продуктов нанотехнологий, и поощрять замену существующих продуктов новыми нанопродуктами, которые являются более экологичными во всем их жизненный цикл."[20]

Зеленые нанотехнологии преследуют две цели: производство наноматериалы и продукты, не причиняющие вреда окружающей среде или здоровью человека, и производство нанопродуктов, которые обеспечивают решение экологических проблем. Он использует существующие принципы зеленая химия и зеленая инженерия[21] производить наноматериалы и нанопродукты без токсичных ингредиентов, при низких температурах, используя меньше энергии и возобновляемые ресурсы, где это возможно, и используя мышление жизненного цикла на всех этапах проектирования и разработки.

Загрязнение

Основная статья: Загрязнение наноматериалами

Нанозагрязнение - это общее название для всех отходов, производимых наноустройства или во время наноматериалы производственный процесс. Nanowaste - это, в основном, группа частиц, которые выбрасываются в окружающую среду, или частицы, которые выбрасываются, когда они еще находятся в продуктах.

Общественное влияние

Основная статья: Социальное влияние нанотехнологий

Помимо рисков токсичности для здоровья человека и окружающей среды, связанных с наноматериалами первого поколения, нанотехнологии оказывают более широкое влияние на общество и создают более широкие социальные проблемы. Социологи предположили, что социальные проблемы нанотехнологий следует понимать и оценивать не просто как риски или воздействия «ниже по течению». Скорее, проблемы должны быть учтены в «предварительных» исследованиях и принятии решений, чтобы обеспечить развитие технологий, отвечающих социальным целям.[22]

Многие социологи и организации гражданского общества предполагают, что оценка технологии и управление также должно предполагать участие общественности.[23][24][25][26]

В 2003 г. было выдано более 800 патентов, связанных с нанотехнологиями, а к 2012 г. их число увеличилось почти до 19 000 во всем мире.[27] Корпорации уже получают обширные патенты на открытия и изобретения в нанометровом масштабе. Например, две корпорации, NEC и IBM, держите основные патенты на углеродные нанотрубки, один из краеугольных камней нанотехнологий. Углеродные нанотрубки имеют широкий спектр применения и, по всей видимости, станут критически важными для нескольких отраслей, от электроники и компьютеров до усиленных материалов до доставки лекарств и диагностики.[нужна цитата ]

Нанотехнологии могут предоставить новые решения для миллионов людей в развивающиеся страны которые не имеют доступа к основным услугам, таким как безопасная вода, надежная энергия, здравоохранение и образование. 2004 год ООН Целевая группа по науке, технологиям и инновациям отметила, что некоторые из преимуществ нанотехнологий включают производство с использованием небольшого количества рабочей силы, земли или обслуживания, высокую производительность, низкую стоимость и умеренные потребности в материалах и энергии. Однако часто высказываются опасения, что заявленные преимущества нанотехнологий не будут распределяться равномерно и что любые выгоды (включая технические и / или экономические), связанные с нанотехнологиями, будут доступны только богатым странам.[28]

В более долгосрочной перспективе внимание сосредоточено на том влиянии, которое новые технологии окажут на общество в целом, и на том, могут ли они привести к какому-либо пост-дефицитный экономики, или, как альтернатива, усугубить разрыв в уровне благосостояния между развитыми и развивающимися странами. Влияние нанотехнологий на общество в целом, на здоровье человека и окружающую среду, на торговлю, безопасность, на продовольственные системы и даже на определение понятия «человек» не было охарактеризовано или политизировано.

Регулирование

Основная статья: Регулирование нанотехнологий

Существенные дебаты ведутся по вопросу о том, нанотехнологии или на основе нанотехнологий товары заслуга специального правительства регулирование. Эта дискуссия связана с обстоятельствами, при которых необходимо и целесообразно оценивать новые вещества до их выпуска на рынок, в общество и в окружающую среду.

Регулирующие органы, такие как Агентство по охране окружающей среды США и Управление по контролю за продуктами и лекарствами в США или Управление здравоохранения и защиты потребителей Европейской комиссии начали заниматься потенциальными рисками, связанными с наночастицами. До сих пор ни созданные наночастицы, ни продукты и материалы, которые их содержат, не подпадают под какие-либо особые правила, касающиеся производства, обращения или маркировки. В Паспорт безопасности материала который должен быть выдан для некоторых материалов, часто не делает различий между объемным и наноразмерным размером рассматриваемого материала, и даже когда это делается, эти паспорта безопасности носят только рекомендательный характер.

Ограниченная маркировка и регулирование нанотехнологий может усугубить потенциальные проблемы здоровья и безопасности человека и окружающей среды, связанные с нанотехнологиями.[29] Утверждалось, что развитие всестороннего регулирования нанотехнологий будет иметь жизненно важное значение для обеспечения того, чтобы потенциальные риски, связанные с исследованиями и коммерческим применением нанотехнологий, не затмевали ее потенциальных преимуществ.[30] Регулирование также может потребоваться для удовлетворения ожиданий общества в отношении ответственного развития нанотехнологий, а также для обеспечения того, чтобы общественные интересы учитывались при формировании развития нанотехнологий.[31]

В работе "Комиссия по безопасности потребительских товаров и нанотехнологии" Э. Марла Фелчер предполагает, что Комиссия по безопасности потребительских товаров, который отвечает за защиту населения от необоснованных рисков травм или смерти, связанных с потребительскими товарами, плохо приспособлен для наблюдения за безопасностью сложных высокотехнологичных продуктов, изготовленных с использованием нанотехнологий.[32]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «О Национальной нанотехнологической инициативе». Национальная нанотехнологическая инициатива США. 2016 г.. Получено 4 июн 2016.
  2. ^ Полл, Джон (2010), Нанотехнологии: без бесплатных обедов, Блюдо, 1 (1) 8-17
  3. ^ Пол, Джон (2011) «Наноматериалы в продуктах питания и сельском хозяйстве: большая проблема малых веществ для органических продуктов питания и сельского хозяйства», В: Neuhoff, Daniel; Хальберг, Нильс; Rasmussen, I.A .; Hermansen, J.E .; Секьюва, Чарльз и Сон, Санг Мок (ред.) Труды Третьей научной конференции ISOFAR, ISOFAR, Bonn, 2, pp. 96-99.
  4. ^ Наномедицина, Том I: Основные возможности В архиве 2015-08-14 на Wayback Machine, Роберт А. Фрейтас младший, 1999 г., ISBN  1-57059-645-X
  5. ^ Вагнер В., Дуллаарт А., Бок А.К., Цвек А. (2006). «Возникающий ландшафт наномедицины». Nat. Биотехнология. 24 (10): 1211–1217. Дои:10.1038 / nbt1006-1211. PMID  17033654. S2CID  40337130.
  6. ^ Фрейтас Р.А. младший (2005). "Что такое наномедицина?" (PDF). Наномедицина: нанотехнологии, биология и медицина. 1 (1): 2–9. Дои:10.1016 / j.nano.2004.11.003. PMID  17292052.
  7. ^ Нанотехнологии в медицине и биологических науках Авторы: Coombs RRH, Robinson DW. 1996, ISBN  2-88449-080-9
  8. ^ От редакции. (2006). «Наномедицина: вопрос риторики?». Nat Mater. 5 (4): 243. Bibcode:2006НатМа ... 5..243.. Дои:10.1038 / nmat1625. PMID  16582920.
  9. ^ Нанотехнологии: мягкое введение в следующую большую идею, М.А. Ратнер, Д. Ратнер. 2002 г., ISBN  0-13-101400-5
  10. ^ «Текущий разведывательный бюллетень 63: воздействие диоксида титана на рабочем месте» (PDF). Национальный институт безопасности и гигиены труда США. Получено 2012-02-19.
  11. ^ Чжуан З., Вискузи Д. (7 декабря 2011 г.). «CDC - Научный блог NIOSH - Защита органов дыхания для рабочих, работающих с наночастицами инженерного профиля». Национальный институт охраны труда и здоровья. Получено 2012-08-24.
  12. ^ Шаффер Р. Э., Ренгасами С. (2009). «Защита органов дыхания от переносимых по воздуху наночастиц: обзор». J Nanopart Res. 11 (7): 1661–1672. Bibcode:2009JNR .... 11.1661S. Дои:10.1007 / s11051-009-9649-3. S2CID  137579792.
  13. ^ Ренгасами С., Эймер BC (2011). «Полная утечка наночастиц внутрь через фильтрующие лицевые респираторы». Энн Оккуп Хиг. 55 (3): 253–263. Дои:10.1093 / annhyg / meq096. PMID  21292731.
  14. ^ Нел, Андре; и другие. (3 февраля 2006 г.). «Токсический потенциал материалов на наноуровне». Наука. 311 (5761): 622–627. Bibcode:2006Научный ... 311..622N. Дои:10.1126 / science.1114397. PMID  16456071. S2CID  6900874.
  15. ^ Магрез, Арно; и другие. (2006). «Клеточная токсичность углеродных наноматериалов». Нано буквы. 6 (6): 1121–1125. Bibcode:2006NanoL ... 6.1121M. Дои:10.1021 / nl060162e. PMID  16771565.
  16. ^ Ding Y и др. (2016). «Наносимые по воздуху инженерные наноматериалы на рабочем месте - обзор выбросов и воздействия на рабочих в процессе производства и обращения с наноматериалами». J. Hazard. Матер. 322 (Pt A): 17–28. Дои:10.1016 / j.jhazmat.2016.04.075. PMID  27181990.
  17. ^ Kuhlbusch T, et al. (2011). «Воздействие наночастиц на рабочих местах нанотехнологий: обзор». Часть. Fiber Toxicol. 8 (1): 22. Дои:10.1186/1743-8977-8-22. ЧВК  3162892. PMID  21794132.
  18. ^ Пьетроиусти А., Магрини А. (2014). «Инженерные наночастицы на рабочем месте: текущие знания о риске для рабочих». Ок. Med. (Лонд.). 64 (5): 319–330. Дои:10.1093 / occmed / kqu051. PMID  25005544.
  19. ^ Formoso, P; Muzzalupo, R; Тавано, L; Де Филпо, G; Николетта, ФП (2016). «Нанотехнологии для окружающей среды и медицины». Мини-обзоры по медицинской химии. 16 (8): 668–75. Дои:10.2174/1389557515666150709105129. PMID  26955878.
  20. ^ «Окружающая среда и зеленые нанотехнологии - Темы - Нанотехнологический проект». Получено 11 сентября 2011.
  21. ^ Что такое зеленая инженерия, Агентство по охране окружающей среды США
  22. ^ Кирнес, Мэтью; Гроув-Уайт, Робин; Макнахтен, Фил; Уилсдон, Джеймс; Винн, Брайан (2006). «От био к нано: извлечение уроков из споров о сельскохозяйственных биотехнологиях в Великобритании» (PDF). Наука как культура. Рутледж (опубликовано в декабре 2006 г.). 15 (4): 291–307. Дои:10.1080/09505430601022619. S2CID  145495343.
  23. ^ Макнахтен, Фил; и другие. (Декабрь 2005 г.). «Нанотехнологии, управление и общественное обсуждение: какова роль социальных наук?» (PDF). Научное общение. 27, нет, 2. Архивировано с оригинал (PDF) 04.03.2016 - через Sage Publications.
  24. ^ Роджерс-Хайден, Ти; Пиджон, Ник. "Размышления о гражданском жюри Великобритании по нанотехнологиям: NanoJury UK". Нанотехнологическое право и бизнес. Архивировано из оригинал на 2016-03-03. Получено 2018-10-30.
  25. ^ «Вестминстерский университет, Лондон» (PDF). www.wmin.ac.uk. Получено 8 апреля 2018.
  26. ^ Демо | Публикации | Управление в наномасштабе В архиве 14 декабря 2007 г. Wayback Machine
  27. ^ Смит, Эрин Гейгер (14 февраля 2013 г.). «Изобретатели из США - лидеры в области патентов в области нанотехнологий: исследование». Технологии. Рейтер. Получено 4 июн 2016.
  28. ^ Инверницци N, Foladori G, Maclurcan D (2008). «Спорная роль нанотехнологий для Юга». Наука, технологии и общество. 13 (1): 123–148. Дои:10.1177/097172180701300105. S2CID  145413819.
  29. ^ Боумен Д., Ходж Г. (2007). «Небольшой вопрос регулирования: международный обзор регулирования нанотехнологий». Колумбийский научно-технический обзор права. 8: 1–32.
  30. ^ Bowman D; Фитцхаррис, М (2007). «Слишком мало для беспокойства? Общественное здравоохранение и нанотехнологии». Журнал общественного здравоохранения Австралии и Новой Зеландии. 31 (4): 382–384. Дои:10.1111 / j.1753-6405.2007.00092.x. PMID  17725022. S2CID  37725857.
  31. ^ Боумен Д., Ходж Г. (2006). «Нанотехнологии: картирование необъятных границ регулирования». Фьючерсы. 38 (9): 1060–1073. Дои:10.1016 / j.futures.2006.02.017.
  32. ^ Фельчер Э.М. (2008). Комиссия по безопасности потребительских товаров и нанотехнологии

дальнейшее чтение

внешняя ссылка