Соловьев В.Ю. ПРОБЛЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ В СФЕРЕ НАНОТЕХНОЛОГИЙ. XII Международный форум Высокие технологии XXI века. Нанотехнологическая отрасль: презентация

Проблема обеспечения безопасности
в сфере нанотехнологий для здоровья человека и среды обитания


Доктор биологических наук, кандидат технических наук
Соловьев Владимир Юрьевич
координатор секции “нанобиобезопасность” НОР


XII Международный форум “Высокие технологии XXI века”.
Нанотехнологическая отрасль: научный потенциал и прикладные задачи.
Москва, 20 апреля 2011 г.

ШКАЛА ДЕТЕКТИРОВАНИЯ (граница “нано-”)

Florida State University (website)

Человек

Яблоко

Пчела

Волосы

Клетка

Бактерии

Вирусы

ДНК

Небольшие
молекулы

Атомы

Электронный микроскоп

Глаз человека

Световой
микроскоп

ОТНОСИТЕЛЬНЫЕ РАЗМЕРЫ И ДЕТЕКЦИЯ

Муравей

Электронные
орбиты

Для создания положительного образа наноиндустрии требуются гарантии ее безопасности для здоровья человека и среды обитания

годы

Экспоненциальный рост продукции нанотехнологий

Исследование опасности нанопродуктов для здоровья человека и среды обитания отстает от темпов роста нанопроизводств

Выход на международный рынок с продукцией нанотехнологий, безусловно, потребует сертификата ее безопасности

Обеспечение безопасности в сфере нанотехнологий
в отличие от других направлений наноиндустрии
процедура затратная

По оценкам экспертов на вопросы связанные с обеспечением безопасности в сфере нанотехнологий необходимо тратить около 10% суммарного бюджета на исследования в области нанотехнологий

Восприятие фактора риска

НОРМАТИВЫ в сфере нанотехнологий (проблемы)

В настоящее время не выработано надежных критериев безопасности нанопродуктов. Временные нормативы устанавливаются, как правило, по критерию отсутствия острых эффектов

Нормы радиационной безопасности: начало 50-х годов - 1 р / день (эквивалентно 10 мЗв/день) (современные нормы – 20 мЗв/год) Неионизирующее излучение: отечественные нормативы – на 2 порядка более жесткие, чем международные

Гематоэнцефалический барьер (BBB - Blood Brain Barrier)

ГЭБ - физиологический механизм, регулирующий обмен веществ между кровью, спинномозговой жидкостью и мозгом

Защищает мозг от проникновения чужеродных веществ, введенных в кровь, в том числе от продуктов нарушенного обмена веществ

Выделяют три рубежа защиты

Гематоэнцефалический барьер

Клинические наблюдения:
Тс-99m с фуллереновыми капсулами использовался для диагностики проницаемости сосудов у пациентов в предоперационный период.

В результате исследований обнаружено: активность регистрировалась также в области головного мозга,
что является доказательством преодоления ГЭБ

F.G. Blankerberg et al., 2006

S.Sheetal et al, 2005 (эксперименты на кроликах)

Эксперимент 2009 г.

Институт питания РАМН
РНЦ “Курчатовский институт”
ФМБЦ им. А.И.Бурназяна ФМБА России

Эксперимент с наночастицами окиси цинка ZnO (20-60нм):
Облучение на ядерном реакторе, создание меченных наночастиц и последующее пероральное введение их лабораторным животным (крысам) с регистрацией активности в органах
Основной результат:
1. Биокинетические характеристики для наночастиц ZnO
2. Наночастицы ZnO преодолевают гематоэнцефалический барьер

К.В.Котенко и др., Мед. радиол. и радиац. безопасность. 2011, 2, С.5-10

Многообразие форм наночастиц ZnO

Из книги “Богатство наномира”, М., 2009

Источники и спектры аэрозольных частиц

Выхлопы автотранспорта

Табачный дым

Дым лесных пожаров

Диаметр частиц, мкм

Число частиц

Дизели

Бензиновые двигатели

Спектры частиц – из L.Moravska, M.R.Moore, Z.D.Ristovski.
Health Impacts of Ultrafine Particles. ISBN 0642550557, 2004

Концентрация наночастиц в воздухе

нм

Нормируется весовая
концентрация

фон ~ 0.5-2,0 мкг/м3

в ряде случаев может
возрастать
до 10 мкг/м3

Число частиц фиксированного размера
при концентрации 10 мкг/м3 в воздухе

G.Oberdorster et al, 2005

(5 μм)

(5 нм)

Нормирование с учетом
размеров наночастиц

Риск смерти за счет увеличения концентрации мелкодисперсной фракции

C.Arden Pope III e.a., 2002

При увеличении концентрации мелкодисперсной фракции
(<2.5 мкм) загрязнителей атмосферного воздуха на 10 мкг/м3
ассоциированный риск смерти увеличивается примерно на 6%

Риск для здоровья человека от наночастиц растет
с увеличением экспозиции,с уменьшением размера
и отклонением их формы от сферической

размер, d

форма, lmax/lmin

экспозиция,с

ОПАСНОСТЬ НАНОЧАСТИЦ

R

R

R

(1) Токсичность и доза от поступления в организм
(2) Оценка риска
(3) Эпидемиологические исследования
(4) Контроль на производстве
(5) Методы измерения
(6) Оценка экспозиции
(7) Области использования продукции
нанотехнологических производств
(8) Огнестойкость и взрывоопасность
(9) Рекомендации и справочники (нормативы)
(10) Распространение знаний и образование

НАНОТЕХНОЛОГИИ И БЕЗОПАСНОСТЬ

NIOSH –National Institute
for Occupational Safety
and Health (USA)

Программа исследований в США

В США в рамках Национальной Нанотехнологической Инициативы (NNI – National Nanotechnology Initiative), представляющей собой долгосрочную программу научных исследований в области нанотехнологий, выделен специальный раздел, связанный с безопасностью наноматериалов (EHS – Environmental, Health and Safety – окружающая среда, здоровье и безопасность)

Работы в этом направлении ведутся с 2001 г. Сформирована инфраструктура, способная решать данную проблему.

На 2006 г. бюджет программы (246 проектов) по разделу EHS составлял $68,000,000. Исследования проводились по пяти разделам:

1) приборы, метрология и аналитические методы (78 проектов, $26,600,000)
2) наноматериалы и здоровье человека (100 проектов, $24,100,000)
3) наноматериалы и окружающая среда (49 проектов, $12,700,000);
4) мониторинг содержания нанопродуктов у человека и его окружения (5 проектов, $1,100,000);
5) оценка и управление риском (14 проектов, $3,300,000)

ПРОГРАММА развития нанотехнологий в РФ

ФЦП “Развитие инфраструктуры наноиндустрии в РФ на 2008-2010 гг.” (бюджет – 27,700,000,000 руб.)

Цель: создание в РФ инфраструктуры национальной нанотехнологической сети

Задачи:
1) … оснащение специальным оборудованием …
2) … создание системы обмена информацией…
3) … формирование системы методического обеспечения, регламентирующей безопасность создания и применения нанотехнологий …
4) … создание системы методического обеспечения механизмов регулирования наноиндустрии ...

Координатор Программы - Роснаука
... В рамках решения третьей задачи осуществляется разработка методических материалов по оценке и подтверждению соответствия продукции и технологий наноиндустрии требованиям и нормам безопасности различных наноматериалов для здоровья разработчиков, производителей и потребителей наноматериалов

Методические указания

ПРОВЕДЕНИЕ САНИТАРНО-ЭПИДЕМИОЛОГИЧЕСКОЙ ЭКСПЕРТИЗЫ ПРОДУКЦИИ,ПОЛУЧЕННОЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НАНОТЕХНОЛОГИЙ И НАНОМАТЕРИАЛОВ
МУ 1.2.2636-10

Производитель (поставщик) продукции наноиндустрии, подлежащей санитарно-эпидемиологической экспертизе, предоставляет в Федеральную службу по надзору в сфере защиты прав потребителей:
…
- сведения о содержании наночастиц в составе материала (масса и/или число частиц в расчёте на единицу массы/объёма продукции);
- сведения о химическом составе …;
- сведения о среднем размере … ;
- сведения о химической структуре компонентов наноматериала …;
- сведения о распределении частиц по размерам, удельная поверхность … на единицу массы наночастиц;
…
- класс опасности продукции наноиндустрии;
- сведения о возможных техногенных рисках (при их наличии);
сведения о токсиколого-гигиенической характеристике продукции наноиндустрии (общетоксическое и раздражающее действие, аллергенность, канцерогенность, мутагенность, репродуктивная токсичность, эмбриотоксичность, тератогенность)
...

Токсиколого-гигиенические
характеристики нанопродуктов
общетоксическое и раздражающее действие,
аллергенность,
канцерогенность,
мутагенность,
репродуктивная токсичность,
эмбриотоксичность,
тератогенность

Длительность исследования определяется временем жизни лабораторных животных
мыши – 2 года
крысы – 3 года

Центр безопасности нанотехнологий

«Создание научно-практического, испытательного, консультативного и обучающего центра по безопасности нанотехнологий и продукции наноиндустрии».

Научно-практическая деятельность Центра предусматривает следующие функции:
- оценка физико-химических и токсико-гигиенических характеристик нанопродуктов;
- создание сертификационного испытательного центра по оценке потенциальной опасности нанопродуктов;
- создание сертификационного испытательного центра средств индивидуальной защиты, занимающегося всеми аспектами безопасности наноматериалов, нанотехнологий и продукции наноиндустрии, а также вопросами индивидуальной защиты персонала;
- мониторинг состояния здоровья работников в сфере наноиндустрии;
создание объединенного информационного ресурса и информационное сопровождение деятельности, направленной на безопасное создание и применение нанотехнологий и наноматериалов, формирование положительного имиджа наноиндустрии
другие функции по мере расширения деятельности.

ДОРОЖНАЯ КАРТА
по безопасности в сфере нанотехнологий

- подробный план мероприятий с прогнозными сроками
возможность контроля промежуточных результатов и
корректировки плана

Кто мы?
Где мы находимся
Что и когда мы хотим сделать
Что для этого нужно

Резюме

Не надо преувеличивать степень опасности нанопродуктов для здоровья человека,
но

игнорирование и/или недостаточное внимание к проблеме опасности наночастиц/нанопродуктов для здоровья человека и среды обитания может привести к катастрофическим последствиям:

- появление у персонала нанопроизводств специфических профессиональных заболеваний, не поддающихся эффективному лечению;

- повышение риска развития у населения онкологических заболеваний за счет контакта с нанопродуктами;

- ухудшение качества жизни за счет необратимого изменения среды обитания

Лекция закончена. Благодарю за внимание !