纳米材料和悬而未决的问题在安全

这篇文章最初发表在Ensia。

近年来,努力开发下一个大事件,无论是在医学、计算机技术、污染防治和高性能材料——转向一些非常,非常小的事情:纳米材料。

工作在纳米尺度上——这可能意味着near-atomic规模、与物质比一只蚂蚁的长度较短的一百万倍,比人类头发细一千倍——将能够创建新材料,可以执行任务,否则不可能是可能的。但它也带来了新的问题和挑战与理解环境和人类健康的影响,因为在纳米尺度上,物质通常在化学、生物和物理性质他们可能没有和行为方式他们可能不是常规的尺寸。

纳米简而言之

虽然定义不同,纳米材料通常测量长度,宽度,高度和直径大约100纳米- 1到一米的100/1000000000。他们利用物理、化学和其他特征的物质表现出在这极小的尺寸。在纳米尺度上,材料可以有不同的沸点,不同的磁性和光学性质(颜色、荧光或透明度)。他们可以导电或与活细胞和其他材料渗透和互动的方式他们并没有更大的尺寸。,只是因为他们是如此之小,纳米材料能够移动的方式和地方——无论是在环境或人体较大的化合物不能。

这是因为这些纳米材料的特殊性质如此众多的应用程序正在开发中。不久前科幻小说的主题(迈克尔·克莱顿的《纳米机器人纳米材料”,例如),现在可以找到大量的物品。一些被用来制造极强的轻质建筑材料,有效地储存能量,消除污染物或创建抗菌表面。其他人被用于提供医学治疗单个细胞,检测有害细菌或创建生产电脑芯片和新方法半导体。

美国农业部正在研究如何使用纳米技术来检测病原体在家禽和探索纳米材料可能被添加到可食用的食物,Bosoon Park说美国国家家禽研究中心首席科学家。利用纳米技术来检测有害细菌,公园说,明显可以减少所花费的时间确定暴发的源头。在另一个应用程序中,加拿大的研究人员利用纳米颗粒去除的能力明显高持久,有毒的碳氢化合物油砂废水。

纳米技术通常被称为一个“新兴”技术,我们还有很长的路从完全理解其毒理学和环境影响。

从更为现实的意义上说,这些属性被用来控制气味等衣服袜子和内衣,阻止微生物在塑料食品容器和儿童毛绒动物玩具,并更容易让防晒霜消失到你的皮肤。日常的列表和更多的专业产品使用纳米材料是:自行车、化妆品、个人护理用品和家用电器以及电子、飞机和汽车零部件、和药品。一个数据库里程已超过400消费者产品含有纳米银作为抗菌剂——只有一个许多纳米材料用于产品现在在市场上。其中包括牙膏、宠物和婴儿毛毯、毛刷、吸尘器。

“纳米技术已经无处不在。这不是一个研究幻想了,”丽莎Friedersdorf说,美国副主任国家纳米技术协调办公室。

小的东西,大的问题

纳米技术通常被称为一个“新兴”技术,我们还有很长的路从完全理解其毒理学和环境影响。但同样的特质让纳米材料独特的有用也提出了严肃的问题与环境的交互,野生动物,我们的食物供给和人类的身体。

加州大学圣芭芭拉分校纳米技术中心社会指出,“这些新的纳米技术给社会带来许多不确定因素。可能陪他们使用的风险在很大程度上是未知的,可能难以预测。”

一些研究表明,袜子处理纳米银可以释放银当他们洗。其他表明纳米银可以释放塑料,包括那些用于食品容器。测试委托食品安全中心发现在许多食品的二氧化钛纳米粒子,包括奶酪、巧克力、糖果和蛋黄酱。

因为这些粒子是如此之小,担心他们可能比其他有毒的行为方式。增白剂,二氧化钛,是被批准用于食品的常规尺寸。美国食品和药物管理局批准的食品添加剂的联邦机构,说还没有足够的了解材料在纳米尺度上设计不用特别批准。食品制造商的纳米二氧化钛被发现说这些粒子没有专门设计或添加进去的,但无意中产生与常规尺寸。但是因为这些粒子是如此之小,担心他们可能会比其他有毒的行为方式。现在欧洲化学品当局正在考虑如何分类的致癌性二氧化钛-包括在其nano-form审议,可能导致消费产品的限制。

一些研究人员正在研究如何影响生态系统如果纳米银粒子进入土壤和水沉积物最终产品后废物流。别人已经发现植物可以吸收纳米银在土壤中微量的礼物。随着美国环境保护署解释道在其网站上,评价纳米材料的毒性”是困难的,因为他们有独特的化学性质,反应活性高,不溶于液体”,因为现有的测试“可能不会努力测试纳米材料的安全。”

明尼苏达双城大学研究人员和大学密尔沃基分校工作可持续发展的纳米技术中心探索纳米材料是否影响基因的表达。目的是了解“剂量”曝光可能为以后的健康问题。考虑到纳米材料的穿透细胞的能力,这显得尤为重要。

说:“有大问题毒性公园。

也有担心,因为它们的大小,纳米材料穿透皮肤和细胞的方式更大的材料不能。无数的研究一直在关注这些影响由于职业暴露、环境接触和暴露于含有纳米材料的消费产品。最近的一项研究发现研制的碳纳米管在孩子的肺部粒子,显然是出现在其他空气污染物的混合。这些管状微粒构成问题,因为他们穿透肺组织的能力而导致呼吸问题。其他的研究已经指出碳纳米管的类似石棉纤维,研究人员正在调查如果这些纳米材料会影响肺组织以同样的方式石棉——造成疤痕和炎症可以导致肺癌、间皮瘤和石棉肺。

风险:未知

增加的内在挑战了解这些产品的生命周期影响纳米材料的扩散和含有它们的产品似乎超过了这些产品的任何系统的分类和标签。简单地说,我们不知道确切位置和它们是如何被使用的。

这意味着除了没有完全了解纳米材料暴露的危险,风险也尚未清楚。“直到我们理解现实的环境浓度(纳米材料)可能是,我们真的不知道什么是影响,“说加州大学圣芭芭拉分校布伦环境科学与管理学院博士生坎德拉加纳,谁是学习的方法测量纳米材料的环境影响,包括开发一个特殊的统计模型,将帮助这些估计。

“这是非常复杂的,”加纳说。“没有真正的技术在这一点上测量环境中的纳米材料原位。“即使研究人员能够采取样本,”当你到达实验室,他们可能已经改变了,因为它们很被动。甚至很难找出他们是从哪里来的。”

在考虑潜在的环境或健康的影响纳米材料,国家纳米技术计划副主任丽莎Friedersdorf说重要的是要理解“你是很少应用讨论单个纳米粒子。”Rather, she explained, they’re more often "part of a system."

在一个特定的纳米材料可能不构成问题完成消费产品,它可能仍然有在制造“工人的影响”。在电子技术中,例如,“nanofeatures可能非常小或晶体管特性的电线在纳米尺度上,”她解释道。super-hydrophobic同样适用的涂料染色或泥浆抗-材料使用化合物在纳米尺度上进行纹理创建所需的性能。然而,一些应用程序的单个纳米粒子执行工作,在医学上,例如,他们可以在单个细胞是否作为诊断工具或医药。

但随着食品安全中心高级政策分析师杰迪汉森指出,在一个特定的纳米材料可能不构成问题完成消费产品,它仍然可能在生产过程中,工人的影响。

知识差距符合监管的鸿沟

随着纳米材料的扩散和科学家试图处理潜在的人类和环境健康的影响,监管机构正面临着自己的挑战:如何管理材料,不像那些现有化学品政策旨在处理。

欧盟要求标记纳米材料用作抗菌药物和化妆品自2013年以来。在新“小说食品”规定,欧盟也需要事先批准的工程纳米材料用于食品和可能需要特殊标签如果食物“不推荐某些弱势群体”如婴儿、儿童和孕妇。

美国,另一方面,没有任何类型的标签要求指定产品含有纳米材料。事实上,美国联邦机构在监管化学成分安全,主要是美国环境保护署和美国食品和药物管理局,将纳米材料作为他们将其他新的化学在个案基础上而不是挑出来特别审查任何形式的,因为它们的大小。

简单地说,我们不知道足够的关于纳米材料知道标准的健康和安全措施将是有效的。

简单地说,我们不知道足够的关于纳米材料知道标准的健康和安全措施将是有效的。汉森说,这可以带来问题,因为这意味着使用监管“工具工作他们不一定想做的事。”For example, because nanoparticles are so small and behave so differently than larger particles, equipment that ordinarily would be used to clean up an indoor spill or protect workers from inhaling particles won’t necessarily work on them. Similarly, nanomaterials’ size means they can’t be treated as other environmental contaminants might be in terms of pollution prevention. At the same time, assumptions about how chemicals will behave once in products won’t necessarily apply to nanomaterials. Currently, there is“日益担忧缺乏环境健康和安全数据”(PDF),环保署说。

简单地说,我们不知道足够的关于纳米材料知道标准的健康和安全措施将有效或如果我们提出正确的问题关于这些新材料以确保他们将使用安全。

推动监管

缺乏规定要求的标签或其他清单的这些材料也意味着美国没有任何官方的含有纳米材料的产品库存。目前,最全面的目录的产品类别是一个编制的项目对新兴纳米技术皮尤慈善信托基金会的联合倡议和伍德罗威尔逊国际中心。另一个数据库的产品含有纳米材料最近发起的食品安全中心和专注于食物和食物产品。一些产品在库存的明确要求上市纳米技术——比如碳纳米纤维材料在体育装备或者纳米银作为抗菌剂在衣服或食物容器,但其他人没有。

”这使消费者困惑的情况下,”说威尔逊中心科技创新项目高级助理托德Kuiken。Kuiken说,它很可能是一个公司可能不知道其产品中使用的纳米技术的细节,因为它可能会购买成分或其他组件的完整细节的专有配方或技术可能没有被披露。这也增加了理解这些产品的潜在困难的环境和健康的影响。

环境和消费倡导者说环保署不够密切关注纳米材料是如何使用的。

例如,食品安全中心,除了农药、清洁生产行动,环境健康中心和其他团体起诉该机构要规范所有使用的纳米银作为农药或其他抗菌化学。在现有的法规下,环保署负责给予批准的材料使抗菌索赔。如果制造商明确表示,其食品容器将杀死细菌或其织物治疗将“摧毁微生物,这些产品应该是在单独和EPA批准注册。但声称团体参与诉讼,含有纳米银的产品时EPA未能充分地执行这些规定,允许含有纳米银-但没有做过具体的杀菌声称没有环保局批准出售。

美国消费者产品安全委员会一直在努力看一些含有纳米材料的消费产品。早在2008年,这些团体提出法律申诉环保局要求其采取这样的行动。六年后,美国环保署没有回应,所以2014年12月,两组起诉美国环保署对EPA的失败再次回应他们的请愿书,要求EPA充分调节纳米银作为杀虫剂。在3月(PDF)环保署同意纳米银产品的意图杀死微生物做符合农药。但它拒绝组的请求自动考虑所有纳米银产品农药——包括那些不明确细菌,或者用来杀菌要求。

然而,与此同时,自2011年以来,国家纳米技术项目——的一部分资助16亿美元2016年的联邦预算- - -美国消费者产品安全委员会一直在努力看一些含有纳米材料的消费产品。与其他联邦机构,包括美国环保署,食品及药物管理局和国家职业安全与健康研究所,美国消费品安全委员会一直致力于开发的方法评估潜在的空气释放纳米粒子从各种消费产品——其中喷雾剂,运动器材和产品可能对儿童构成特殊的风险。

虽然似乎没有任何联邦动议要求标识产品在美国销售的纳米材料环境工作小组,启动了一项涉及个人护理产品和化妆品要求制造商添加产品毒性细节信息可见消费者在商店,在包或在线。公司坚持该项目一年也将被要求披露成分标签,符合欧盟的要求,包括披露使用纳米材料。希望这将有助于为其他公司效仿创造消费者需求。这样的成分信息披露的压力导致的状态化学报告和转基因标签法律。

“我们称之为移动市场,”副主任说,EWG的研究,Nneka Leiba。

和组环保署推动更严格的监管纳米银产品也推动机构的审查其他纳米材料,包括纳米二氧化矽复合开发的用于塑料、食品安全中心的汉森说。

底线

那么什么是底线在纳米技术对人类健康和环境的影响?

从本质上讲,我们还不知道。一方面,纳米技术应用提供了许多有价值的解决方案,无论是在污染防治、医药、水处理、电子和能源生产和无数的其他领域。另一方面,科学是新兴显示这些材料目前潜在的环境和健康危害。现在纳米材料并没有被完全记录,监控或监管,这只会增加了解他们的环境影响的挑战。

换句话说,应用程序非常,非常小的技术仍有一些很大的问题,这些材料被使用,它们是如何行为,我们需要做些什么来保护自己和其他星球上多余的影响和风险。