Predstavljajte si človeški las, ki je velik približno 80 mikronov. Če ta las po dolgem narežemo na 800 ali več nitk, dobimo nanodelce. Kadar so ti delci v vseh dimenzijah tako majhni, lahko zlezejo marsikam, preko kože in dihalnih poti pa prodrejo tudi v celico. In jo ubijejo.
Na tak način se je nad živali in človeka spravil omenjeni kolektiv nanodelcev. Aktivna mreža nanodelcev, programsko zasnovana kot mravljišče, v katerem celota predstavlja več kot le skupek vseh mravelj, je prerasla svoje učitelje in se osamosvojila. Postala je avtonomen, samoreproduktiven, kolektivno inteligenten, učeči se plenilec.
Četudi scenarij pripada piscu znanstvenofantastičnega romana Prey Michaelu Crichtonu in je utopičen, je v njem najti ščepec realnosti. Napredek v nanotehnologiji je namreč tudi med znanstvenike zasejal željo, da bi nanoznanost, predvsem nanomedicino, povezali z umetno inteligenco in ustvarili tako imenovane nanorobotke. Ti bi delovali samostojno, kar za področje medicine pomeni, da bi nanorobotke preprosto vbrizgali v krvni obtok, nato pa bi ti sami našli obolela mesta, postavili diagnozo, pozdravili okvaro in potem še nadzorovali, da se bolezen ne bi ponovila.
Privlačni obeti nanomedicine
"Vse to so samo utopične sanje," opozarja vodja Laboratorija za sintezo anorganskih nanocevk in vrvic na Odseku za trdno snov pri Institutu Jožef Stefan dr. Maja Remškar. Kar je mogoče, je razvoj nanodelcev kot nosilcev zdravilnih učinkovin ali kot senzorjev sprememb v organizmu, pravi.
Nekateri nanodelci se v medicini že uporabljajo. Z nanosrebrom na primer zdravijo opekline in kronične poškodbe kože ter dermatološke bolezni, pri katerih koža nima več naravnih obrambnih mehanizmov za boj z bakterijami.
Še posebej privlačni pa so prihodnji obeti nanomedicine. Vodja odseka za nanostrukturirane materiale na Institutu Jožef Stefan dr. Spomenka Kobe je tako na Nano konferenci, ki sta jo pred dobrim tednom dni v Ljubljani organizirala Francoski inštitut in ljubljanska pravna fakulteta, pojasnjevala, da je na železomagnetni nanodelec mogoče vezati zdravilo, ki nato potuje do ciljne rakaste celice. Pri tem nanomedicina izkorišča značilnost rakastih celic, da sprejemajo večje količine magnetnih nanodelcev. Ko so ti enkrat v celici, je mogoče ob blagi aktivaciji magnetnega polja sprostiti zdravilo, ki nato celico uniči. Metoda zdravljenja je še v razvoju, vendar bo na ta način predvidoma že kmalu mogoče pacientom zmanjšati odmerek potrebnega zdravila, saj ga bo mogoče dostaviti direktno v tarčo, s čimer bo preprečeno uničevanje sosednjih zdravih celic.
A odgovora na vprašanje, kaj se z železovimi nanodelci zgodi po dostavi zdravila v celico, znanost še ne pozna. Ni znano, ali delci ostanejo v celici ali pa se odpravijo na potep po telesu, prav tako ne vemo, kako se v telesu vedejo in kakšno škodo morebiti povzročijo organizmu.
Na splošno znanost še ne pozna tveganj pri uporabi nanodelcev, ker imajo takšni delci drugačne fizikalne in kemijske lastnosti kot njihovi večji bratje, torej mikroskopski ali še večji delci iste snovi. Zaradi svoje majhnosti v prostoru nanodelci prodrejo dlje od večjih delcev in tudi v človeškem telesu se lahko skozi celične stene prerinejo vse do celičnih jeder.
Ker so tako majhni, imajo na površini več atomov, ki nimajo vseh sosedov, zato se raje povezujejo s partnerji iz okolice in so torej bolj kemijsko aktivni kot njihove večje različice. Iz malih razsežnostih nanomaterialov izhajajo velika površinska napetost, kvantni učinki, ki povzročijo drugačne električne in optične lastnosti, površinske resonance električnega naboja ter supermagnetizem v magnetnih materialih.
Te značilnosti nosijo še precej neraziskano tveganje za človeka in okolje, a hkrati prav zaradi svojih lastnosti nanodelci uresničujejo tako rekoč znanstvenofantastične ideje industrije in medicine. Dr. Remškarjeva je na Nano konferenci na primer omenila tako imenovano nanopijačo, ki je bila naprodaj v Avstraliji in iz katere je bilo mogoče samo s spreminjanjem temperature v mikrovalovni pečici pripraviti sokove različnih okusov, saj se je na določeno temperaturo odzvala le ena vrsta nanodelcev v pijači.
Po navedbah predstojnika raziskovalne skupine nanomaterialov na francoski tehnični univerzi Belfort-Montbéliard dr. Erica Gaffeta je bilo leta 2009 potrošnikom na voljo 1015 različnih izdelkov, ki so bili proizvedeni s pomočjo nanotehnologije, kupci pa so lahko izbirali tudi med 2263 različnimi vrstami nanodelcev. Med nanoizdelki najdemo zaščitne kreme za sončenje, v katere je primešan nanomaterial titanov oksid, ki slabše vpija svetlobo, zaradi česar uporabniki niso tako beli, ko se namažejo s kremo. Nekateri proizvajalci zobnih past in ličil s pridom izkoriščajo lastnost tankih lističev nanomateriala, da se tako močno prilepijo na podlago, da jih je težko odstraniti, obenem pa krepijo izrazitost določenih barv.
Tudi pri zaščiti kovin industrija izrablja te lastnosti nanomaterialov in s premazi iz volframovega disulfida ali molibdenovega disulfida preprečuje korozijo kovin. Samočistilne prevleke in steklo je mogoče izdelati na podlagi tako imenovanega lotosovega učinka majhnih okroglih nanodelcev, ki se tako ukrivijo, da jih voda sploh ne omoči, ampak se odkotali z materiala. Jeklo je močnejše prav zaradi dodanih nanodelcev, prav tako beton, hkrati pa se takšne gradbene konstrukcije ohranjajo dalj časa. Nanodelci z antibakterijskim učinkom se uporabljajo za prečiščevanje vode, zraka in prsti. Nanosrebro se zaradi svojih antimikrobnih učinkov v veliki meri uporablja za izdelavo športnih in vojaških oblačil ter antibakterijskih prevlek. Nanotehnologijo uporabljajo tudi v elektroniki.
Poleg tega pomembno vlogo igra v prehrambni industriji. Dr. Remškarjeva v svoji knjigi Nanodelci in nanonevarnost navaja, da je bilo po nekaterih ocenah leta 2007 na tržišču od 150 do 600 vrst nanohrane in od 400 do 500 tipov embalaž za hrano. Aluminijevi silikati se na primer uporabljajo za preprečevanje zlepljanja hrane v prahu. Nanosrebro se v embalaži za hrano, hladilnikih, lončkih za otroško hrano in čaj ter kuhinjski posodi uporablja zaradi svojega antibakterijskega delovanja.
Takšno lastnost ima tudi titanov dioksid, ki se po besedah znanstvenice dr. Saše Novak z Instituta Jožef Stefan uporablja tudi kot belilo in odličen stabilizator, med drugim v hrani z odvzetimi maščobami (tako imenovanih lahkih izdelkih). Poleg tega titanov dioksid dodajajo v premaze bonbonov in z njim loščijo sadje. Nanotehnologi so razvili užitne nanoprevleke, ki so povsem prosojne za človeško oko, nanašajo pa se lahko na meso, sire, sadje in zelenjavo, da se prepreči izguba vlage in zmanjša vpliv ozračja. Te prevleke so tudi nosilke barv, okusa, vsebujejo antioksidante, encime in podaljšajo življenjsko dobo izdelka tudi potem, ko je bila vidna embalaža odprta.
Nanodelci pomenijo tudi tveganje za človeka
A hkrati ti nanodelci s hrano preko ust prehajajo v naše telo. Vanj se prerinejo tudi skozi kožo, z vtiranjem različnih krem in drugih nanoizdelkov pa ta proces le še pospešimo. Najpogosteje pa našo notranjost dosežejo preko dihalnih poti.
"Prav vsi nanodelci, ki zaidejo v človeško telo in ne spadajo med spojine, ki jih organizem potrebuje, pomenijo tveganje za človeka," ob tem pravi dr. Remškarjeva. Še posebej bi po njenih besedah lahko bili nevarni tisti delci, ki niso biorazgradljivi in se nalagajo v pljučih ter notranjih organih, ki filtrirajo kri, ali celo zaidejo v možgane.
Telo ima sicer razvite različne obrambne mehanizme za boj proti tujkom, vendar ni vedno uspešno. Problematični so predvsem v vodi in biološki tekočini netopni delci, ki jih telo težko izloči iz sistema z razgradnjo. Še neodgovorjeno vprašanje je tudi, kdaj je nanodelcev preveč za učinkovito odstranjevanje.
S toksičnostjo nanomaterialov so se znanstveniki šele začeli ukvarjati. Toksikologinja in vodja oddelka za genetsko toksikologijo in biologijo raka na Nacionalnem inštitutu za biologijo dr. Metka Filipič pojasnjuje, da se pri raziskavah negativnih učinkov nanodelcev prav zaradi njihovih lastnosti soočajo s težavami pri njihovem opredeljevanju, zaznavanju in merjenju v živilih in bioloških tkivih. Izpostavlja namreč, da na nevarnost nanodelcev za zdravje ljudi poleg topnosti vplivajo tudi njihova velikost, oblika, kemijska sestava, velikost in lastnosti površine, koncentracija delcev in njihova porazdelitev v tkivih, biološka razgradljivost ter nečistoče, ki se vežejo na nanodelce. Ob tem dr. Remškarjeva opozarja, da je zaradi izredno živahnih kemičnih aktivnosti nanodelcev v nekem trenutku pri analizi mogoče dobiti določene rezultate toksičnosti, že v naslednjem trenutku pa bi ti lahko bili popolnoma drugačni. Poleg tega stroka še ni razvila enotne metodologije, po kateri bi bili izsledki različnih raziskav primerljivi med seboj.
Kljub temu opravljene raziskave vsaj nakazujejo nekatere morebitne škodljive učinke nanomaterialov. Dr. Remškarjeva navaja, da vse več poročil kaže, da igličasti in nitkasti nanodelci prav tako kot azbestna vlakna povzročajo vnetja in zasluzenje pljuč ter vodijo do enakih bolezenskih znakov. Dr. Filipičeva pojasnjuje, da so pri miših, ki so pet dni pile vodo s titanovim dioksidom, odkrili poškodbe DNA. Študije tudi kažejo, da je titanov dioksid lahko rakotvoren, povzročal naj bi alergije in kardiovaskularne bolezni, v najslabšem primeru pa tudi poškodbe možganov. Dr. Remškarjeva pri tem omenja študijo, s katero so ameriški znanstveniki dokazali, da so možganske celice mikroglije zaradi prisotnosti nanodelcev začele sproščati radikale, ki so sestavni del tako imenovanega oksidativnega stresa, prikritega povzročitelja parkinsove in alzheimerjeve bolezni. Znanstvenica še pojasnjuje, da so zaradi vdora nanodelcev v telo ponavadi najbolj prizadeti jetra, vranica, ledvica in bezgavke, kjer se nanodelci zbirajo.
Zaradi obsežnosti področja se le počasi vzpostavljajo protokoli raziskav, ki bi prinesli nedvoumne rezultate kvarnih učinkov nanodelcev, pojasnjuje dr. Remškarjeva. Pristavlja, da so kljub nekaterim zgodnjim opozorilom znanstvenikov politiki precej pozno pokazali interes za ugotavljanje negativnih učinkov nanodelcev in so denar raje usmerili v razvoj novih nanomaterialov.
Prav tako v Evropi še ni ustrezne zakonodaje, ki bi urejala področje nanotehnologije, in je po besedah dr. Remškarjeve tudi v naslednjih nekaj letih še ni pričakovati. Tako tudi proizvajalcev nanoizdelkov noben zakon ne zavezuje, da bi potrošnike obvestili o vsebnosti nanomaterialov v svojih proizvodih, kadar ne gre za snovi, ki so že v osnovi opredeljene kot nevarne kemikalije. Označevanje nanoizdelkov je torej prepuščeno etiki in poslovni kulturi proizvajalcev.
Ob tem dr. Remškarjeva opozarja, da se mnogi proizvajalci ne zavedajo tveganj, povezanih z uporabo nanodelcev, saj nimajo dovolj znanja s tega področja. So pa tudi taki, ki so bili opozorjeni na nevarnost, a v imenu dobička svojo dejavnost nadaljujejo, pri čemer znanstvenica izpostavlja prodajalce koloidnega srebra. Oglaševano kot naravni antibiotik to sredstvo med drugim ustavi komunikacijo med živčnimi celicami.
Pri presojanju prednosti in slabosti uporabe nanomaterialov je sporočilo mnogih nanoznanstvenikov enako. Dokler učinki nanomaterialov ne bodo bolje definirani in nadzorovani, jih je treba uporabljati po pameti in na področjih, kjer korist prevlada nad potencialnim tveganjem, na primer v medicini za zdravljenje hudih bolezni. Samo dobiček, udobje in estetika uporabe nanomaterialov ne opravičujejo, opozarja dr. Remškarjeva.