Er nanopartikler vores venner eller fjender?
Hvad er nanopartikler og -materialer egentlig for nogle (bittesmå) størrelser? Læs her, hvordan de både gør vores hverdag nemmere og farligere – og hvorfor de er så vigtige at forske i.
nano_nanopartikler_spray_impraegnering_nanocover

Hvis du imprægnerer dine sko eller din sofa med nanospray, risler væsker efterfølgende af uden at efterlade pletter. Det kan dog være usundt at indånde nanosprayen, så husk at brug den udenfor. (Foto: Shutterstock)

Kemikere, fysikere, ingeniører, læger og biologer forsker på livet løs indenfor nanoteknologi. Det er en måde at komme så tæt på naturens byggesten, hvilket teknologien muliggør i øjeblikket.

Nanoteknologi giver adgang til nye opdagelser og nytænkning i forhold til at skabe og forbedre kemikalier, materialer, fødevarer, medicin og mange af vores dagligdagsprodukter.

Nanoteknologi kan nemlig også hjælpe os med at beskrive og undersøge nogle fundamentale videnskabelige mekanismer og egenskaber, som kan bruges inden for kemi, fysik og biologi.

Men hvad er konsekvensen af disse nye nanomaterialer? Gør de faktisk vores liv nemmere, eller er de noget, fanden har skabt?

stoerrelser_nano_nanomaterialer

Med det blotte øje kan vi se ret små ting som små perler og endda støvfnug. Men der skal et mikroskop til at se celler og bakterier i et planteblad eller i en vævsprøve. (Figur: Nicklas Mønster Sahlgren & Katja Maria Bangsgaard Bendtsen)

Hvor småt er nano egentlig?

Måske har du imprægneret dine sko eller din sofa med et sprayprodukt med påskriften ’nano’. Eller måske lytter du til musik på din ’iPod Nano’. Men hvad betyder nano egentlig?

Ordet nano har gjort sit indtog over de seneste 20 år, i takt med at nanoteknologi er vokset frem, og ordet bliver brugt kommercielt.

Forskerzonen

Denne artikel er en del af Forskerzonen, som er stedet, hvor forskerne selv kommer direkte til orde.

Her skriver de om deres forskning og forskningsfelt, bringer relevant viden ind i den offentlige debat og formidler til et bredt publikum.

Forskerzonen er støttet af Lundbeckfonden.

Ordet kommer fra det oldgræske nanos, der beskriver en lille person (en dværg), og er egentlig bare udtryk for en målestok – ligesom meter.

Nano beskriver en milliardne-del. Èn nanometer (nm) er derfor en milliardne-del af en meter (10-9 m).

EU har besluttet, at hvis et materiale (partikler, fibre, flager mv.) skal kaldes for nano, skal de have en diameter på mellem 1 og 100 nanometer.

Men materialer kan faktisk godt være en blanding af forskellige størrelser, både noget i nanostørrelse og noget, der er større – mindst 50 procent af materialet skal være i nanostørrelse, før EU kan lave særlig regulering (læs mere om EU’s regulering i boksen ’Sådan kontrolleres og reguleres farlige (nano)stoffer i EU’ under artiklen).

Noget så småt kan ikke ses med det blotte øje, men kun med avanceret videnskabeligt udstyr, for eksempel et elektronmikroskop.

Et materiale på 1.000 nm (det samme som 1 mikrometer (µm), som er en milliontedel af en meter (10-6)) og et nanomateriale kan begge være lavet af de samme kemiske byggesten, men ’lillebror’ i nanostørrelse kan have særlige egenskaber.

Ny eller naturlig nano

Nanopartikler og -materialer kan, foruden at være teknisk fremstillede, være sekundære eller af naturlig oprindelse.

Naturlige nanomaterialer (oftest nanopartikler) kan for eksempel komme fra:

  • gaskemiske reaktioner i luften
  • udfældning af salte og mineraler
  • vulkanudbrud
  • eller nedbrydning af naturlige materialer

Man skelner oftest mellem de nanomaterialer:

  1. Som er et resultat af forurening eller biprodukter ved produktion.
  2. De specifikke teknisk fremstillede nanomaterialer, som er produceret med bestemte tekniske eller biologiske egenskaber og anvendelser. Disse materialer bliver der flere og flere af.

nanopartikler_kulstof_metaller_organiske

Nanomaterialer og -partikler kan have vidt forskellig oprindelse. Kulstof-baserede materialer som grafen og nanorør er måske blandt de mest kendte nanomaterialer. Alle organiske molekyler som DNA og proteiner er i nanostørrelse og kan eksempelvis bruges i nanomedicin. (Figur: Nicklas Mønster Sahlgren & Katja Maria Bangsgaard Bendtsen)

Nanonåle får rødvinen til at risle af sofapuden

I vores hverdag anno 2018 findes der rigtig mange produkter, som letter vores hverdag, fordi de indeholder nanomaterialer (se en overigt her).

Vi imprægnerer for eksempel vores sko eller sofa med nanospray, så vinen eller juicen risler af sofaen uden at efterlade pletter, hvis uheldet er ude.

Denne vandafvisende effekt skyldes for nogle produkter, at nanosprayen lægger et tyndt lag af små ’nåle’ på overfladen af sofapuden.

Dette får vandet til at danse rundt på overfladen og forhindrer stoffet i at suge vandet ned i puden. Og voila, så har man en hel tør overflade, efter man har spildt.   

Pas på med den smarte nanospray

Man skal dog være varsom med imprægneringsprodukter. De kan nemlig have effekt på vores helbred, når vi indånder dem.

Nogle sprayprodukter gør et vist antal mennesker syge årligt med symptomer som hoste, åndedrætsbesvær, hovedpine og kvalme. Visse kemikalier, som anvendes til at lave en beskyttende nanofilm på de behandlede overflader, kan medføre disse gener.

Vores lunger indeholder en essentiel væskefilm, som kaldes lunge-surfaktant, som også er en barriere mellem luften i lungerne og blodbanen. Den interagerer med alle de stoffer og partikler, der findes i luften og kan ødelægges af nogle typer imprægneringsspray.

Så husk at spraye udenfor eller luft grundigt ud indendørs, både mens du sprayer og efter!

Skaderne kan i værste fald udvikle sig til alvorlig tilstand, der ligner lungebetændelse og give væske i lungerne. Heldigvis er en gruppe forskere i Danmark i gang med at udvikle en metode til at screene sprayprodukters effekt på væskefilmen i lungerne.

Derfor indeholder din solcreme nanopartikler

Der er mange andre eksempler på brug af nanopartikler i vores dagligdag i alt fra elektronik, maling og kosmetik til tøj og madvarer.

De bruges ofte for at gøre produkterne mere effektive, pålidelige og billigere for forbrugeren.

Et produkt, vi alle sammen forhåbentlig bruger hver sommer, er solcreme. Men hvorfor skal der også nanopartikler i vores solcreme?

Titaniumdioxid og zinkoxid er små nanopartikler, som produceres i store mængder, og som giver solcremen en bedre beskyttelseseffekt mod solens UV-stråler.

Partiklerne danner en transparent film, som absorberer og reflekterer lys. Tilsætning af nanopartikler gør også solcremen billigere og hurtigere at producere.

Naturligvis er disse nanopartikler blevet undersøgt for skadelige effekter på huden, og titaniumdioxid kan ikke trænge gennem det øverste beskyttende hudlag. Dog har et studie vist, at zink fra zinkoxiden kan optages gennem huden hos mennesker.

eksempler_paa_brug_af_nanopartikler

Nanopartikler bruges i alt fra elektronik, maling og kosmetik til tøj og madvarer. De bruges ofte for at gøre produkterne mere effektive, pålidelige og billigere. Se en overigt over brugen her. (Illustration: Videnskab.dk)

Mulige skadelige effekter af nano skal overvåges   

Men det er langtfra alle nanopartikler og nanomaterialer, som man kender de skadelige effekter af endnu.

Jo mere udbredt nano bliver i vores dagligdag, jo mere skal der forskes i, om der er skadelige effekter for dem, som arbejder med at producere dem, og for forbrugeren.

Derfor blev der i starten af 00’erne sat fokus på, at nanoprodukter skal reguleres og overvåges. I 2004 kom der også fokus på nanoteknologi i Danmark, da den daværende regering udgav en handlingsplan om teknologisk fremsyn.

Det kan du læse meget mere om i Videnskab.dk-artiklen ’Historien om nanoteknologi: Fundamentet for en kommende teknologisk revolution?

Hvad siger forskningen om nanos farlighed?

Når vi undersøger nanomaterialers farlighed for mennesker, er der forskellige måder at gøre det på. Man kan blandt andet spørge, om nogen frivilligt (mod en mindre økonomisk kompensation) vil lade sig udsætte for indånding af partikler.

Forskere har for eksempel vist, at en 2 timers-gåtur i vindretningen fra Los Angeles lufthavn, hvor der er store mængder af udstødningspartikler i luften, er alt, hvad der skal til, før det kan måles i blodet hos mennesker med astma, som i forvejen har et sensitivt immunsystem.

Et andet studie fra 2018 undersøgte, hvad indånding af zinkoxid (ja, det som findes i mange solcremer) betyder for kroppen.

De udsatte en gruppe frivillige for zinkoxid-nanopartikler i forskellige koncentrationer i fire timer ad gangen, også mens de cyklede på en motionscykel, for både at måle reaktionen i passiv tilstand og under mild fysisk bevægelse.

Resultatet viste, at i takt med koncentrationen af zinkoxid-indånding steg både kropstemperatur og biomarkører i blodet. De biomarkører, som forskerne målte i forsøget, er relateret til en øget risiko for udvikling af hjertekarsygdom og blodets størkningsevne. Biomarkører for lungefunktion var også påvirkede.

Den vigtigste pointe fra forskerne var, at de helbredseffekter, de fandt , allerede viste sig ved en langt lavere koncentration end hidtil antaget.

Man skal dog også huske, at når man forsker i stoffer i et laboratorie, anvender man oftest meget koncentrerede doser og kontrollerede omstændigheder, som ligger et stykke fra virkeligheden.

Dertil kommer, at studierne først og fremmest er lavet som korttidsstudier. Hvad der potentielt sker for dem, der arbejder i Los Angeles lufthavn hver dag eller andre steder, hvor man dagligt indånder nanopartikler, ved vi stadig meget lidt om.

Vi ved ikke alt – men nok til at begynde at sætte grænseværdier

Kemiske stoffer, herunder nanomaterialer, kan være skadelige for vores krop på forskellige måder.

I Dansk Center for Nanosikkerhed og i en række EU-projekter forsøger forskere at undersøge, om der er en sammenhæng mellem nanomaterialers kemiske og fysiske egenskaber og risiko for helbredet.

Med den viden vil man kunne forudsige farligheden af nye nanomaterialer uden at skulle undersøge den.

Den intensive forskning i cellekulturer, dyremodeller og de kemiske og fysiske egenskaber for nanomaterialer gør, at man ved noget om, hvordan vores krop og vores immunsystem interagerer med nanomaterialerne.

Man antager, at det kan være nogle af de samme mekanismer, der igangsættes som ved virus og bakterier, men det skal stadig undersøges helt til bunds. Det kommer vi mere ind på i en kommende artikel her på Forskerzonen.

Andre gange skyldes effekterne direkte kemiske påvirkninger. Specielt hvis nanomaterialerne er meget opløselige i organerne.

Baseret på de mere end 10 års intensiv forskning begynder vi at vide nok til at kunne foreslå grænseværdier for de mest anvendte nanomaterialer og vurdere, hvilke der kan anvendes forsvarligt i forbrugerprodukter som rengøringsmidler, fødevarer og kosmetik.

Arbejdstilsynet har for nyligt bedt Det Nationale Forskningscenter for Arbejdsmiljø (NFA) om at revurdere det sundhedsmæssige grundlag for den danske grænseværdi for blandt andet zinkoxid.

Tre former for nanoforskning

Man kan definere tre forskellige forskningsområder relateret til nano:

  1. Nanovidenskab, som udforsker og undersøger, hvordan materialer opfører sig, når de er meget små.
  2. Nanoteknologi, som er design, produktion og anvendelighed af at bruge materialer i nanostørrelse.
  3. Nanosikkerhed, som omfatter den nødvendige forskning, der kræves for at kunne vurdere nanomaterialers mulige risici for mennesker og miljø i løbet af deres livscyklus og metoder til deres risikovurdering og regulering.

Det er vigtigt, at forskere og virksomheder indenfor disse tre områder samarbejder og deler viden med hinanden for at kunne sikre, at den teknologiske udvikling sker på en ansvarlig måde.

Sådan kontrolleres og reguleres farlige (nano)stoffer i EU

En del skadelige og kræftfremkalde stoffer er foreløbigt uerstattelige eller uundgåelige biprodukter ved afbrænding, produktion eller i forskning

  • Derfor fastsættes der grænser for, hvor meget man må udsættes for af det pågældende stof, såkaldte grænseværdier.
  • EU regulerer og overvåger kemiske stoffer via REACH ('Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemicals')
  • P.t. reguleres nanomaterialer ikke særskilt, men fra 2020 forventes det at være ændret, så der kan kræves særlig dokumentation fra producenten

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.


Se den nyeste video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab og sundhed henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's Center for Faglig Formidling med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.


Ugens videnskabsbillede

Se flere forskningsfotos på Instagram, og læs om Evidensbarometeret, som Videnskab.dk lige har lanceret.