Er nanomaterialer farlige?
I takt med at flere og flere nanoteknologiske produkter kommer på markedet øges vores behov for viden om, hvorvidt de nye nanomaterialer udgør en fare for sundhed og miljø.

Strukturen af en C60-nanopartikel. (Foto: Aktuel Naturvidenskab)

 

»Miljøstyrelsen advarer mod giftig nanospray til gulve.«

Sådan kunne man den 20. april 2010, midt i askeskyen fra Island, læse i Ingeniøren.

Artiklen omhandlede produktet 'NanoCover gulvforsegling ikke-sugende'.

Ifølge artiklen erklærede Miljøstyrelsen produktet for giftigt og ikke konkret mærket og dermed ulovligt.

En uge efter kom så eksperternes reaktion i henholdsvis Ugebrevet A4 og Politiken.dk:

Fakta

 

VIDSTE DU

Denne artikel er skrevet af fire forskere ved Institut for Vand og Miljøteknologi, NanoDTU.

 

- Anders Baun er lektor i risikovurdering af kemiske stoffer og nanomaterialer.

 

- Nanna Hartmann er ph.d.-studerende i økotoksikologi af nanomaterialer.

 

- Khara Grieger er ph.d.-studerende i risikovurdering af nanomaterialer.

 

- Steffen Foss Hansen er post doc. med risikoanalyse af nanomaterialer som arbejdsområde.

 

»Frygt for nanoskandale « og »Eksperter slår alarm: Nano kan ende som en ny asbestskandale« lød overskrifterne.

Samtidig gentages det flere gange, at nanoprodukter »...rummer meget store muligheder.«

Baggrunden for Miljøstyrelsens handling var en ny undersøgelse af Det Nationale Forskningscenter for Arbejdsmiljø (NFA) som viser, at mus udsat for ovenstående produkt får alvorlige og irreversible lungeskader og blødninger ved at indånde høje koncentrationer.

Men var det nanomaterialet?

Studiet fra NFA er publiceret i det videnskabelige tidsskrift Toxicological Sciences og viser, at mus udsat for NanoCover's produkt i løbet af et døgn mistede ti procent af deres kropsvægt. Mange af dem døde tillige.

Det understreges i Miljøstyrelsens oprindelige pressemeddelelse fra den 16. april og pressens efterfølgende dækning af historien, at Miljøstyrelsen mistænker et ikke nærmere angivet, specifikt, kemisk stof for at være årsag til de observerede skadelige effekter.

Solcremer og sportsudstyr er eksempler på forbrugerprodukter, hvor nanomaterialer finder anvendelse. Men der er stor forskel på forbrugerens risiko for eksponering i de to produkttyper. (Foto: Colourbox)

Det var altså ikke et nanomateriale, der var under mistanke, selvom produktet i undersøgelsen blev markedsført som et nanoteknologisk produkt.

Følger man kun med i dagspressen er det ikke nemt at finde ud af, hvad der er op og ned i diskussionen om sikkerheden i forbindelse med anvendelse af nanomaterialer.

På DTU har vi i en række år beskæftiget os med risikovurdering af nanomaterialer.

I denne artikel vil vi kaste lys over et par af de problemstillinger, der knytter sig til dette nye forskningsområde.

 

Alt er nano! ... eller er det?

Det er vigtigt at understrege, at betegnelsen 'nanomateriale' dækker meget bredt (se boks).

I risikovurderinger rettes blikket i særlig grad mod nanopartikler, der ofte defineres som partikler i størrelsesordenen 1 nm til 100 nm.

Anvendes denne definition alene, vil vi hurtigt ende i diskussioner om, at nanopartikler enten er meget farlige (som for eksempel asbestfibre eller dieselpartikler) eller uskadelige (for eksempel nanopartikler af NaCl i luften i Danmark).

Det unikke ved nanostørrelsen er imidlertid, at stoffer får andre egenskaber i kraft af den mikroskopiske størrelse. For eksempel går guld fra at være inert til at være reaktivt i nanostørrelse. Og TiO2, som bruges som pigment i maling, bliver foto-katalytisk i nanostørrelse.

 

Forsat diskussion om definition

Det er netop denne nye funktionalitet, der gør, at vi må skelne mellem nanopartikler af naturlig oprindelse og menneskeskabte nanopartikler, når vi taler om en eventuel risiko ved nanopartikler.

Derfor skal det præciseres, at de nanopartikler, man taler om i forbindelse med risikovurderinger, er de partikler, der er frembragt med et specifikt formål for øje: At drage nytte af nanoegenskaberne. Dermed skal definitionen som minimum udvides til: 'Partikler i størrelsesordenen 1-100 nm, og som har en anden funktionalitet på grund af nanostørrelsen'.

Ferskvandskrebsdyret Daphnia magna er en af de testorganismer, der traditionelt anvendes i risikovurdering af kemikalier og som også vil komme til at spille en stor rolle ved miljøriskovurdering af nanopartikler. Billedet viser en dafnie, som har opholdt sig i en vandig opløsning af C60 nanopartikler i 48 timer. De sorte områder er aggregater af C60. Øverst er strukturen af C60 illustreret. (Foto: Aktuel Naturvidenskab)

Det skal bemærkes, at der til stadighed pågår diskussioner om definitionen af nanopartikler. For eksempel har EUs videnskabelige komité for nye sundhedsrisici fået til opgave at foreslå en ny definition i løbet af sommeren 2010.

 

Er nanopartikler giftige?

Selv den ovennævnte udvidede definition af nanopartikler er meget bred.

Derfor burde det være indlysende, at man ikke kan generalisere om nanopartiklers giftighed.

En eventuel giftighed kommer blandt andet an på, hvad partiklerne består af, og om man bliver udsat for dem.

Derfor skal det præciseres, hvilke nanopartikler man vil vurdere risikoen af, hvad partiklerne bruges til og hvem der bruger dem.

Det vil jo ikke være de samme nanopartikler, der kan styrke skaftet på en tennisketsjer (carbon-nanorør) og virke som UV-filter i en solcreme (for eksempel titaniumdioxid) (Se billede).

Disse to anvendelser vil naturligvis også have helt forskellige risikoprofiler, når produkterne bruges, da nanopartiklerne vil være indlejret i skaftet på tennisketsjeren, mens de vil være opløst cremen, som smøres direkte på huden.

 

Masser af studier

Der er i dag uenighed blandt forskere, NGO'er, industri, og regulerende myndigheder om, hvor stor risikoen er ved anvendelse af nanopartikler.

Dog er der en generel accept blandt forskere af, at en eventuel risiko vil afhænge af lokaliseringen af nanopartiklerne i produktet (se faktaboks) samt af de egenskaber, der opnås i kraft af nanopartiklernes størrelse.

Allerede i 2007 var der publiceret mere end 500 videnskabelige studier af nanopartiklers toksikologiske effekter på en række forskellige cellekulturer og pattedyr.

Om nanomaterialer 1

Nanomaterialer er mange ting.

For at definere 'nanomaterialer' mere præcist, kan de opdeles efter, hvor i produktet materialet sidder.

Det giver de tre overordnede kategorier, som vist i nedenstående figur:

- Produkter, hvor hele materialet har nanostruktur ('fast stof') i enten en eller to faser

- Produkter med nanomaterialer på overfladen (enten som struktur, film eller struktureret film)

- Produkter med nanopartikler.

I sidstnævnte tilfælde kan produkterne opdeles i dem, der har nanopartikler inde i strukturen, på overfladen, suspenderet i væske eller frie partikler.

Figuren viser desuden, at forbrugernes risiko for eksponering afhænger af hvor i produktet nanostrukturen er lokaliseret.

www.nanotechproject.org/ inventories/consumer

I de seneste 3 år er antallet af studier vokset med næsten eksponentiel hastighed.

 

Svært at sammenligne studier

Også på miljøområdet er forskningsindsatsen intensiveret. Men der er stadig en udpræget mangel på viden. De nanopartikler, der er undersøgt i effektstudier, varierer meget med hensyn til for eksempel kemisk sammensætning, overfladeareal og overfladekemi.

Det er derfor svært at sammenligne de forskellige studier. Sammenligninger besværliggøres yderligere af, at ikke alle studier har testet eller oplyst alle relevante karakteristika på de anvendte nanopartikler, og at man i dag ikke er i stand til at bestemme diverse karakteristika på konsistent vis i testmedierne.

En umiddelbart simpel analyse som størrelsesbestemmelsen er således meget afhængig af den valgte måleteknik og i særdeleshed af de medier, der anvendes i de biologiske tests (for eksempel vækstmedier til cellekulturer eller syntetisk ferskvand til økotoksikologiske test).

 

Egenskaber af betydning for risiko

Udover koncentrationen eller dosis af nanopartiklerne, er der en række andre specifikke egenskaber, som kan have betydning for nanopartiklers giftighed. Det er endnu ikke klart, hvilke egenskaber der bør fungere som basisparametre til at angive farligheden af nanopartikler.

Om nanomaterialer 2

Gennem flere år har Woodrow Wilson International Center for Scholars vedligeholdt en database over produkter, som producenten markedsfører som et 'nanoprodukt'.

I nedenstående figur er vist antallet af produkter i databasen i 2006, opgjort efter lokaliseringen af nanostrukturen i produkterne.

- I august 2006 var der 276 produkter registreret.

- I august 2008 var der 803.

- ved udgangen af 2009 blev produkt nr. 1000 registret.

Af figuren ses det, at langt den overvejende del af produkterne var baseret på nanopartikler suspenderet i væsker, hvor der er en høj risiko for eksponering for forbrugeren.

www.nanotechproject.org/ inventories/consumer

De relevante egenskaber er: kemisk sammensætning størrelse form krystalstruktur overfadeareal overfladekemi overfladeladning opløselighed partiklernes aggregering.

 

Skal vi risikovurdere enkeltvis?

Nogle af disse egenskaber er allerede omfattet af den farlighedsidentifikation, man i dag anvender for kemiske stoffer (kemisk sammensætning og opløselighed).

Andre egenskaber skal man traditionelt ikke oplyse, for eksempel størrelse, form, krystalstruktur og overfladeareal.

Skal disse egenskaber kobles med biologiske effekter, giver det selvsagt et utal af kombinationsmuligheder. Det er langt fra alle disse egenskaber, som er beskrevet i toksikologiske studier, og det besværliggør sammenligninger på tværs af partikeltyper og effektstudier.

Vi er derfor stadig langt fra at have afklaret, om risikovurderinger af nanopartikler nødvendigvis må laves på en 'case-by-case'-basis, som anbefaldet af blandt andet EUs videnskabelige komité for nye sundhedsrisici i 2007.

 

Behov for nytænkning

De fleste af de videnskabelige udredninger påpeger, at man ikke ved, om de nuværende metoder til at risikovurdere kemikalier umiddelbart kan overføres til nanopartikler.

Der er lavet mange rapporter fra både nationale og internationale ekspertpaneler om status for den nuværende (manglende) viden. De fleste af disse rapporter indeholder også anbefalinger af, hvad der bør gøres.

Selvom anbefalingerne spænder bredt, er der enighed om, at der er behov for en øget indsats og koordinering af arbejdet inden for standardisering af metoder til at bestemme nanopartiklers egenskaber, ligesom der er behov for fundamentale studier af risikoen ved nanopartikler for mennesker og miljø.

For at nanoteknologien kan nå sit fulde potentiale, er der med andre ord behov for nytænkning inden for såvel risikovurdering som håndtering af nanomaterialer. Hensynet til miljø og sundhed må nødvendigvis indarbejdes allerede i produktudviklingsfasen. Hvis Danmark skal være en af nanoteknologiens frontløbere, er det ikke godt nok bare at se tiden an.

Lavet i samarbejde med Aktuel Naturvidenskab

Lyt på Videnskab.dk!

Hver uge laver vi digital radio, der udkommer i form af en podcast, hvor vi går i dybden med aktuelle emner fra forskningens verden. Du kan lytte til den nyeste podcast i afspilleren herunder eller via en podcast-app på din smartphone.

Har du en iPhone eller iPad, kan du finde vores podcasts i iTunes og afspille dem i Apples podcast app. Bruger du Android, kan du med fordel bruge SoundClouds app.
Du kan se alle vores podcast-artikler her eller se hele playlisten på SoundCloud