Лучшее понимание наноматериалов

Национальная исследовательская программа «Возможности и риски наноматериалов» (NRP 64) в течение шести лет интенсивно изучала разработку, использование, поведение и деградацию искусственных наноматериалов, включая их влияние на человека и окружающую среду.

Двадцать три исследовательских проекта в области биомедицины, экологии, энергетики, строительных материалов и продовольствия продемонстрировали огромный потенциал искусственных наночастиц для многочисленных применений в промышленности и медицине. Благодаря этим проектам мы теперь гораздо больше знаем о рисках, связанных с наноматериалами, и можем точнее определять, где и как их можно безопасно использовать.

«Одним из установленных критериев программы было то, что каждый проект должен был изучать как возможности, так и риски, и в некоторых случаях это было серьёзным вызовом для исследователей», — объясняет Петер Гер, президент руководящего комитета NRP 64.

Одна из разработок, близкая к промышленному применению, касается строительного материала, укреплённого наноцеллюлозой, который можно использовать для производства прочного, но лёгкого изоляционного материала. Успешные исследования были также проведены в области энергетики, где целью было найти способ сделать литий-ионные аккумуляторы безопаснее и эффективнее.

Многообещающие перспективы наномедицины

Для области наномедицины прогнозируется большой потенциал. Девять из 23 проектов NRP 64 были сосредоточены на биомедицинских применениях наночастиц. К ним относится их использование для доставки лекарств, например, в борьбе с вирусами, или в качестве иммуномодуляторов в вакцине против астмы. Ещё одно перспективное применение касается использования наномагнитов для фильтрации вредных металлических веществ из крови. Один из проектов продемонстрировал, что определённые наночастицы могут проникать через плацентарный барьер, что указывает на потенциальные новые варианты терапии. Также изучался потенциал материалов для замены хрящей и костей на основе наноцеллюлозы или нановолокон.

Изучение потенциальных рисков для здоровья было в центре внимания NRP 64. Ряд проектов исследовал, что происходит при вдыхании наночастиц, а два других были сосредоточены на их проглатывании. Один из них изучал, способен ли человеческий кишечник более эффективно усваивать железо, если оно поступает в форме наночастиц железа в пищевой добавке, а другой исследовал наночастицы кремния, присутствующие в порошковых приправах. Было установлено, что для определения доз, которые можно использовать без риска воспалительной реакции в кишечнике, потребуются дальнейшие исследования.

Что происходит с искусственными наноматериалами в окружающей среде?

Целью семи проектов, посвящённых воздействию на окружающую среду, было лучше понять токсичность наноматериалов, а также их способность к разложению, стабильность и накопление в окружающей среде и биологических системах. Исследовательские группы отслеживали, как искусственные наночастицы распространяются на протяжении своего жизненного цикла, где они оказываются и как их можно утилизировать.

Один из проектов установил, что 95% наночастиц серебра, вымываемых из текстиля, задерживаются на очистных сооружениях, а оставшиеся частицы попадают в осадок сточных вод, который в Швейцарии сжигается. В другом проекте было разработано измерительное устройство для определения реакции водных микроорганизмов при контакте с наночастицами.

Применение результатов и их доступность для промышленности

«Результаты проектов NRP 64 формируют основу для безопасного применения наноматериалов», — говорит Кристоф Штудер из Федерального управления здравоохранения. «Стало очевидно, что нормативные инструменты, такие как руководства по тестированию, придётся адаптировать как на национальном, так и на международном уровне». Штудер внимательно следил за исследовательской программой в качестве представителя правительства Швейцарии в NRP 64. В этом контексте важным инструментом является разработанная правительством матрица предосторожности, с помощью которой компании могут систематически оценивать риски, связанные с использованием наноматериалов в своих производственных процессах.

Важность стандартизированной характеристики и оценки искусственных наноматериалов была подчёркнута тесным сотрудничеством исследователей в рамках программы. «Исследовательская сеть, созданная в рамках NRP 64, функционирует гладко, и её необходимо развивать дальше», — говорит профессор Бернд Новак из Empa, руководивший одним из 23 проектов.

Результаты NRP 64 показывают, что новые ключевые технологии, такие как использование наноматериалов, необходимо тщательно отслеживать с помощью фундаментальных исследований из-за отсутствия данных об их долгосрочных эффектах. Как отмечает Петер Гер: «Теперь мы знаем гораздо больше о рисках наноматериалов и о том, как их контролировать. Однако нам необходимо провести дополнительные исследования, чтобы понять, что происходит при длительном воздействии искусственных наночастиц на человека и окружающую среду, или что происходит спустя долгое время после однократного воздействия».