Опасности и риски нанотехнологий и принципы контроля за нанотехнологиями и наноматериалами

Размещено на http://www.allbest.ru/

Опасности и риски нанотехнологий и принципы контроля за нанотехнологиями и наноматериалами

Введение

Эта тема обязательно должна присутствовать в обсуждениях проблем нанотехнологий, которые являются новым направлением развития человечества.

Любая технология по закону философии имеет две стороны медали и как предупреждал мудро Ф. Энгельс любые направления научно-технического прогресса первоначально заявляют только одни преимущества и блестящие результаты, какие всегда можно предъявить, но вторые и третьи производные (отдельные последствия) могут оказаться негативными, а в ряде случаев и способны перечеркнуть первичный положительный эффект. Так в предыдущем и наступившем веке происходило с освоением ядерной энергетики, геномодифицированными продуктами питания, всеобщей компьютаризацией и интернетизацией. Негатив (преодолевался и преодолевается) при участии ученых, общественных организация, правительств, а позитив входит в повседневную жизнь.

С нанотехнологиями все так, и существенно не так. Нанотехнология это не только междисциплинарная, но с точки зрения проблем безопасности, важнее - межотраслевая технология, продукция, которая проникает во все сферы деятельности человека, оказывая влияние на человека и окружающую среду.

Будучи большим сторонником нанотехнологий (многие годы просвещаю студентов, веду исследования, член центрального правления Нанотехнологического общества России), постараюсь изложить эту проблему объективно, находясь внутри нее и понимая, что нерукотворные нанотехнологии всегда были вокруг и внутри нас и что рукотворные нанотехнологии сформируют в 21ом веке новую бытовую среду обитания человека и частично поменяют его мировоззрение и качество жизни. Постараюсь сформулировать разумные предостережения производителям и потребителям наноматериалов о реальных опасностях и рисках в этом деле. Будут высказаны рекомендации и как контролировать и минимизировать эти риски. Поскольку эта глава книги о нанотехнологиях в производстве волокон, текстиля, одежды и обуви, то необходимо учитывать особенности этой продукции.

Нанотекстиль, наноодежда контактируют с человеком, с его кожей, формируют среду обитания дома (домашний текстиль) и на работе, используются в медицине, косметике, в архитектуре, строительстве, в общественных зданиях, транспорте; технический нанотекстиль, как и обычный, утилизируется и при этом тоже возникают специфические проблемы. Эти вопросы будут затронуты в этой главе.

При этом будем понимать, что никакой продукт нельзя назвать абсолютно безопасным. Жизнь по определению вредна и от нее или в ней умирают. Существует понятие нулевого риска, к которому следует стремиться. Но он не достижим.

1. Общие принципы контроля за нанотехнологиями и наноматериалами

В этом разделе постараемся изложить точку зрения многочисленных международных общественных организаций и ученых, в основном экологической направленности, обеспокоенных этой проблемой. В списке этих общественных организация представлены все ведущие и развивающиеся страны мира, в том числе и РФ.

Они не отвергают нанотехнологии и понимают их значимость и необратимость развития и практического применения (прогресс не остановить), но с определенной степенью пристрастия (свойственно большинству экологов) фокусируют свое внимание на негативных сторонах безопасного использования нанотехнологий и предлагают системный подход для предупреждения рисков на социальном и межнациональном уровнях.

Эти многочисленные международные и национальные экологические и профсоюзные организации в 2007 году выработали и представили «Декларацию - принципы контроля за нанотехнологиями и наноматериалами», суть которой излагается ниже с краткими комментариями автора.

Бизнес, правительства, ученые (университеты, НИИ) во всем мире в последние 10 лет включились в гонку по коммерциализации, продвижению на рынок нанотехнологий и наноматериалов (наноразмерные химические вещества). Первоначально, когда это ограничивалось переходом от микроэлектроники к наноэлектронике, то это не содержало в себе такие опасности и риски, как это стало с проникновением нано- в фармацевтику, медицину, питание, текстиль, косметику, т.е. с тем, с чем сталкивается человек в повседневной жизни. Здесь самый большой коммерческий выигрыш, но и самые большие потенциальные риски.

Появляются все большие свидетельства (исследования незваисимых ученых), что эта безусловно новая технологическая революция в области материалов представляет определенную (пока до конца не выясненную) угрозу для здоровья и безопасности человека и окружающей среды и может вызывать в будущем серьезные социальные, экономические и этические проблемы. Те кто разрабатывает нанотехнологии, ставит на производство, производит продукцию и продвигает ее на рынок, с гораздо меньшими затратами и менее интенсивно изучают возможные негативные последствия от нанотехнологий и наноматериалов. Видимо, это не столько задача разработчиков нанотехнологий и наноматериалов, а задача общая (ученые, потребители, правительства, общественные организации и, наконец, производители), задача выявить и уменьшить риски и срочно разработать научно-обоснованные, объективные, этические, юридические, законодательные механизмы для контроля за нанотехнологиями.

Правительственная поддержка исследований в области нанотехнологий в США, Европе и Японии уже превышает триллионы DS.

В 2006 г. Правительство США (в рамках национальной инициативы в области нанотехнологий NN' (аналог нашей национальной программы)) выделило на военные цели 33 % от бюджетных ассигнований в сумме 1,3 млрд. DS. Однако по оценке центра им. Вудро Вильсена только 1,1 млн.DS (0,85 % бюджета NN' 2006 г.) были выделены на исследования рисков от этих технологий.

Механизмы контроля и минимизации рисков необходимы, чтобы избежать повторения ошибок с прошлыми технологическими революциями.

Существующая ситуация в производстве и на рынке наноматериалов не может быть признана удовлетворительной: на производстве и в лабораториях работа ведется без надлежащих мер безопасности работников и окружающей среды, потребители нанопродукции не в полной мере информированы (отсутствие соответствующей маркировки) о потенциальных рисках. Эта ситуация напоминает ту, что сопутствовала внедрению ядерной энергетике и биоинженерии в прошлом веке.

Наноматериалы утилизируются и попадают в окружающую среду без системного изучения их влияния на природу, в отсутствии систем контроля, приборов слежения и обнаружения и средств и методов их превращения в окружающей среде.

Правительства большинства стран мира (РФ, в том числе и в еще меньшей степени) и разработчики нанотехнологий редко дают возможность участвовать и не привлекают общественность и независимых и компетентных экспертов для участия в дискуссии и в принятии решений о том, как проводить «нанотехнологизацию» мира и какие меры принимать, чтобы сделать ее мирной, контролируемой, минимально безопасной во всех отношениях.

В «Декларации» содержится восемь основополагающих принципов, которые составляют фундамент разумного и эффективного контроля и оценки формирующейся области нанотехнологий настоящего и будущего:

- принцип предостороженности;

- обязательное, специальное регламентирование продукции нанотехнологий;

- охрана здоровья и безопасность населения и непосредственных производителей (рабочих);

- охрана окружающей среды;

- открытость;

- участие общественности;

- учет воздействия нанотехнологий на этику, экономику, социальную сферу;

- ответственность производителей.

1. Принципы предостороженности

В решении такой важной проблемы, как снижение рисков от нанотехнологий и наноматериалов, категорически необходимо применять принцип предостороженности. Для этого необходимо разработать и применять механизмы использования обязательного контроля с учетом специфики нанотехнологий и уникальные свойства наноматериалов. Эти механизмы должны предусматривать проведение исследований наиболее серьезных рисков и немедленного принятия мер, чтобы смягчить возможный ущерб от использования конкретных нанотехнологий и наноматериалов, пока не будет доказана их безопасность. Аналогичные меры должны приниматься по отношению к окружающей среде.

Все процедуры контроля должны быть прозрачны, с допусками к информации; обязательно участие общественных организаций.

Разработчики и производители обязаны обеспечить эффективность технологии и продуктов и нести ответственность за любые негативные последствия. Государственным органам и всем другим организациям необходимо разработать и привести в реальное действие на практике механизмы контроля, которые должны стать нормой для общества.

Принцип предостороженности определяется декларацией следующим образом: «Если какая-либо деятельность может предоставлять угрозу здоровью людей или окружающей среде, должны быть приняты меры предостороженности, даже если не установлены полностью причинно-следственные связи («не навредить»). Бремя защиты возлагается на изготовителей и на распространителей (в широком смысле)». «Без данных о безопасности - нет пропуска на рынок».

До начала продвижения продукции на рынок необходимо определить порядок оценки жизненного цикла наноматериалов.

Должны быть использованы самое безопасное сырье, наиболее безопасные процессы и приборы.

Принцип предостороженности обязательно должен применяться к нанотехнологиям, т.к. уже имеющиеся объективные исследования указывают на то, что, по крайней мере, некоторые наноматериалы и нанотехнологии могут причинить вред здоровью человека и окружающей среде.

Чрезвычайно малые размеры (10^-9м) искусственных, рукотворных* наноматериалов могут и придают им новые потенциально и реально полезные физические, химические и биологические (в том числе лечебные) свойства; в тоже время, как следствие этого, высокая реакционная способность, подвижность, фотоактивность и другие свойства могут способствовать их повышенной токсичности. Потенциальную токсичность наноматериалов не представляется возможным с теоретической точки зрения предсказать исходя из токсичности объемных материалов такой же химической природы. У наноматериалов она практически всегда выше.

В этом примере проявляются законы диалектики «борьба и единство противоположностей» и «отрицание отрицания».

Повышенную токсичность материалов используют в медицине в адресной (таргетной) доставке к очагам поражения, например, к онкологическим опухолям, где наноматериалы проявляют свою уникальную токсичность и приводят к задержке роста или гибели раковых клеток.

О специфической токсичности наноматериалов, которая должна быть учтена в соответствующих законах, правилах и нормативах речь пойдет в следующем разделе этой главы.

2. Обязательное специальное регламентирование нанотехнологий

Действующие в настоящее время законодательства ни в одной стране не позволяют обеспечить надлежащий контроль за наноматериалами. Необходимо разработать специальную нормативную базу, учитывающую особенность нанотехнологий и наноматериалов. Это надо сделать правительственным органам и в кооперации с независимыми общественными организациями.

Если в государстве существуют регулирующие системы, то до появления специальных в них необходимо внести изменения, которые позволят применить их к наноматериалам, как временную меру, пока не начнут действовать постоянные специальные регламенты по отношению к нанотехнологиям и нанопродуктам.

С учетом новых свойств наноматериалов и связанных с ними рисков, они должны классифицироваться как новые вещества для целей оценки и регламентации.

3. Охрана здоровья и безопасности населения и рабочих, производящих наноматериалы

межотраслевой нанотехнология окружающий среда

Благодаря своим очень малым размерам, наночастицы могут проникать через биологические мембраны и попадать в клетки, ткани, органы легче, чем более крупные частицы. При вдыхании они могут попадать из легких в систему кровообращения и далее проследовать по всему организму. Тоже происходит при попадании наночастиц в желудочно-кишечный тракт. Возможно проникновение наночастиц не только через поврежденную кожу, но и через неповрежденную и даже в кровоток. По кровотоку наночастицы могут циркулировать по всему организму и накапливаться в органах и тканях, включая мозг, печень, сердце, почки, селезенку, костный мозг, нервную и лимфатическую системы.

Попадая внутрь клетки, наночастицы могут нарушать функционирование клеток, вызывать вредные окислительно-восстановительные реакции, приводящие даже к смерти клеток.

Поэтому необходимо оградить работников, производящих наночастицы, наноматериалы на их основе и потребителей от вредного воздействия, как и всю живую природу. Те, кто занимается исследованиями, разработками, производством, упаковкой, погрузкой, транспортировкой, хранением, использованием, утилизацией наноматериалов будут потенциально подвержены наибольшему риску вредного воздействия.

Все государства без исключения недостаточно внимания уделяют проблеме негативных последствий, контролю и принятию регламентирующих документов по данной проблеме. Во всяком случае, ассигнования на исследования, производство и коммерциализацию нанотехнологий значительно превосходят затраты на контроль за рисками в сотни раз.

По экспертной оценке Национального Научного Фонда США к 2015 г. во всем мире в наноиндустрии будут работать 2 миллиона человек. Значительное число исследователей, студентов, аспирантов занято в различных направлениях по созданию и изучению наноматериалов. Все они могут быть потенциальными и реальными объектами вредного воздействия наночастиц. И, несмотря на это, ни в одном международном или национальном стандартах по безопасности производства и охране здоровья нет специальных разделов по нанотехнологиям и наноматериалам, нет и принятых стандартных методов для измерения воздействия наноматериалов на людей, занятых их производством.

Работодатели на этих производствах должны использовать ранее описанный принцип предостороженности. Работник и их представители (реально профсоюзы) должны участвовать во всех вопросах, связанных с обеспечением безопасности и охраны здоровья на производствах, производящих наноматериалы.

Не ведется и целенаправленная подготовка специалистов по проблемам нанотехнологических рисков

Яркой иллюстрацией важности проблемы защиты работников наноиндустрии от самой наноиндустрии является история производства природного волокна - асбеста. Асбест - природное минеральное волокно с уникальной термо- и огнестойкостью, является полым по диаметру нановолокном с внешним диаметром ~ 13 нм. Ниже дана историческая справка о производстве асбеста.

«Уроки асбеста»

§ 1898 - Инспектор английской фабрики Л.Дин предупредил о вредном воздействии асбеста

§ 1906 - Французская текстильная фабрика сообщила о 50 смертных случаях среди работниц, работавших с асбестовым волокном и о необходимости контроля

§ 1911 - в экспериментах на крысах показано, что опасения по поводу вредного воздействия асбеста не беспочвенны

§ 1911,1917,1918 - Английские промышленники нашли недостаточными доказательства вредного действия асбеста, страховые компании США отклонили иски рабочих

§ 1930,1931 - обнаружено, что 66% рабочих на Рочдельской фабрике (Англия) страдают от последствий контакта с асбестом, в Англии установлен контроль за содержанием асбестовой пыли на фабриках и компенсации рабочим

§ 1935-49 - многочисленные случаи рака легких зафиксированы у рабочих, имевших контакт с асбестом

§ 1955 - Долл установил взаимосвязь между риском развития раком легких и контактом с асбестом у рабочих Рочдельской фабрики

§ 1959-64 - обнаружены случаи рака плевры у рабочих и населения, имевших контакт с асбестом в Англии, США, ЮАР и др.

§ 1982-89 - в Англии благодаря компании прессы и профсоюзов усилен контроль за асбестом, его производителями и пользователями и стимулировано внедрение заменителей асбеста

§ 1998-99 - Евросоюз и Франция наложили запрет на использование всех форм асбеста

§ 2000-01 - ВТО поддержала запрет Евросоюза

4. Охрана окружающей среды

Для разработки регламентирующих документов по экологическим проблемам использования нанотехнологий и наноматериалов необходимы систематические исследования по оценке жизненного цикла наноматериалов, включая их разработку, производство, транспортировку, применение изделий, переработку и утилизацию: перед продвижением продукта на рынок необходимо оценить воздействие полного жизненного цикла наноматериалов на окружающую среду, здоровье и безопасность людей.

Попадающие в окружающую среду искусственные (чаще всего искусственные материалы, не производимые самой природой, не дружественны ей и очень трудно биологически разлагаются или усваиваются) наночастицы и наноматериалы представляют собой особый беспрецедентный класс промышленных загрязнений. Их особый вред может быть связан с необычными свойствами веществ (из которых их производят), включая их мобильность и устойчивость в почве, воде, воздухе; бионакопления, непредсказуемое взаимодействие с химическими и биологическими материалами.

Даже отдельные, несистемные исследования в этом направлении настораживают. Например, доказано, что наноразмерный алюминий в большой концентрации останавливает рост корней пяти с/х культур; побочные продукты производства одностенных углеродных нанотрубок повышают смертность и задержку развития мелких ракообразных, а наносеребро наносит вред не только вредным, но и полезным микроорганизмам.

Потенциальные экологические риски пока еще не выявлены, т.к. системные исследования не проводились. Это происходит из-за того, что ни одно правительство и транснациональные структуры (ООН, ВОЗ и др.) не объявили эту проблему приоритетной и на их решение не выделяется достаточных ассигнований.

Отсутствуют, или их недостаточно, аппаратура и методы слежения за наноматериалами в полном цикле производства, применения и в окружающей среде.

5. открытость

Для оценки и контроля за наноматериалами необходимы механизмы (регламентирующие документы - стандарты на национальном и международном уровнях), обеспечивающие открытость их реализации. Маркировка потребительских нанотоваров, право потребителя на получение информации о законах и защитных мерах, информацию о базе данных по проблемам охраны здоровья и безопасности.

В системах сертификации товаров по их безопасности (ИСО, Экотекс-100 и др.) полностью отсутствует слово НАНО.

Население, общественность имеет право быть в курсе дел, чтобы иметь возможность на основании открытой, объективной информации делать выбор по использованию нанопродукции (также как по генномодифицированным продуктам питания).

Опросы показывают, что подавляющее часть населения планеты - потенциальные и реальные потребители нанопродукции, не имеют самого элементарного представления о положительных качествах и потенциальных рисках потребления нанопродуктов.

Производители продукции, если только им нужно в рекламных целях, указывают, что это нанопродукция, а в ряде случаев не сообщают об этом и не маркируют ее, как нанопродукцию. Ученому сообществу, бизнесу, общественным организациям необходимо совместно с госорганами, с международными организациями на уровне законодательств, стандартов и контроля за их использованием решать эту проблему 21 века в комплексе с развитием самой наноиндустрии.

Решение этой задачи не следует поручать и ждать ее решения от разработчиков и производителей нанопродуктов. У них своя цель (благая или не очень) - получить сверхприбыль от производства, а исследования в разработке методов контроля и минимизации рисков только снизят их прибыль.

Право населения демократических стран на получение информации означает, что все изделия, содержащие наноматериалы, должны иметь соответствующую маркировку.

6. Участие общественности

Сегодня практически вся образованная (техническая и естественно-научная) часть населения планеты, экспертное сообщество признает, что нанотехнологии будут структурообразуюшими 21 века, влияющими на преобразование социального, экономического, нравственно-этического, политического ландшафта во всем мире, как в положительном, так и отрицательном направлении. Поэтому это требует полного, постоянного, системного участия общественности в обсуждениях, связанных с этими проблемами, и в процессах принятия решений.

Общественность должна пристально следить и пресекать «альянсы», «партнерства» между госорганами и бизнесом. Должна быть поднята роль законодательной Власти (можно создать комитет по развитию наноиндустрии и контролю за рисками в ней).

В РФ в 2009 г. создано Нанотехнологическое общество России (НОР), в состав которого входят авторитетные ученые (академики, членкоры, доктора, профессоры, аспиранты, студенты и др.), производственники, бизнесмены, представители госструктур и представленной власти. Организация эта, в хорошем смысле этого слова, не государственная, но поддерживающая тесную связь со всеми участниками процесса создания и потребления нанопродукции. Автор, являясь членом центрального правления НОР и зная изнутри высочайший потенциал его членов, широкий круг вопросов, которыми они занимаются (от физики и химии до медицины, текстиля и спорта), считает, что такой организации по силам ставить и решать проблемы развития наноиндустрии и минимизации рисков для человека и природы от ее негативного воздействия.

7. Учет воздействия нанотехнологии в широком контексте

Признается, что нанотехнологии будут влиять не только на широкий круг областей, науки и техники, быта, но и затрагивать нравственно-этические и социальные аспекты.

Большое влияние на мирровую экономику, ее географию будет влиять импорт и экспорт наноматериалов. В этой связи с учетом того, что разрабатывать и производить наноматериалы будут, прежде всего (во всяком случае, на стадии извлечения высокой первоначальной прибыли), развитые страны, то бедным странам (Россия может оказаться в этих рядах) может быть нанесен существенный ущерб. Подача и выдача патентов на наноматериалы в основном приходиться на развитые страны и означает приватизацию будущего развития цивилизации в пользу развитых стран. Так в РФ зарегистрировано несколько сотен зарубежных патентов на нанотехнологии и наноматериалы и менее десяти российских патентов. Это означает, что рынок нанопродуктов в РФ уже потенциально завоеван импортными нанопродуктами, как реально завоеван импортом текстиля, одежды, обуви, автомобилями, фармацевтикой и др.

Трудно представить, что ООН предпримет какие-либо меры ограничительного характера по преимущественному развитию наноиндустрии в развитых странах. Правда, можно создать антимонопольную международную структуру, регулирующую мировое производство нанопродуктов.

Более отдаленное поколение нанотехнологий (сложные наноприборы и наноустройства) для военных, производственных и медицинских целей может вызвать дополнительные планетарные риски. Уже сегодня в лабораториях мира с использованием нанотехнологий разрабатывается новое поколение биологического, химического, лучевого и других видов оружия.

При ассигновании средств на развитие наноиндустрии государства должны выделять финансы и на исследования, на анализ социальных эффектов нанотехнологий, оценку их нравственно-этического влияния на общество; при этом должны соблюдаться интересы всех слоев населения, вплоть до самых бедных. Эти исследования должны быть привязаны ко всем территориям, чтобы никто не оказался изгоем и не стал жертвой наномании.

Эти исследования должны проводиться на государственные средства и быть под контролем общественности, т.к. они проводятся на деньги налогоплательщиков.

8. Ответственность производителей

Все, кто продвигает нанопродукцию на рынок (разработчики, производители, изготовители товаров, хранящие наноматериалы, оптовая и розничная торговля наноматериалами), должны нести ответственность согласно законодательству за тот ущерб, который она может причинить.

Это крайне важно, т.к. количество наноматериалов на рынке стремительно растет и их стоимость измеряется сотнями млрд.долларов.

В числе потерпевших сторон могут быть физические и юридические лица, группы людей, федеральные, региональные и местные органы власти, иностранные государства, инвесторы, страховые компании и профсоюзы.

9.Конкретные опасности и риски от нанотехнологий и наноматериалов

Научное, экспертное сообщество стало осознавать в последнее время опасности и риски нерегулируемого развития наноиндустрии и нанопродукции из-за токсичности наноматериалов для живых систем и недостаточных исследований по этой проблеме. И дальше будет происходить радикальное преобразование современного производства, всех сфер жизни человека под воздействием нанотехнологий.

Однако эти перспективы останутся не реализованными без действенного контроля за негативными последствиями от использования нанотехнологий. Вернее изменения будут существенными, но в них будут преобладать реальные вредные последствия.

Можно сказать еще сильнее: от эффективности системы обеспечения безопасности зависит, выживет ли человечество в 21 веке. Эта проблема становится впереди опасностей, связанных с терроризмом и использованием оружия массового уничтожения.

Конечно, проблема безопасности нанотехнологий имеет свои специфические особенности, прежде всего связанные с тем, что наноматериалы станут общепринятыми, проникнут в быт, медицину, спорт, цивильную и военную технику, в одежду, обувь, продукты питания etc. Эти технологии междисциплинарные и межотраслевые и поэтому от них можно ждать успехов и рисков во всех сферах деятельности человека. Однако при всем при том положительный и негативный опыт, накопленный человечеством в 20ом веке при использовании мирного и немирного атома, методология, выработанная в этой отрасли, может быть перенесена, конечно, не механически, на защиту человека и природы от нанотехнологий.

А это означает, что с самого начала следует производить оценку безопасности для всего цикла, для любой вводимой в практику нанотехнологии и наноматериалов: на экспериментальной стадии, безопасность пилотных разработок, промышленного производства, во всех сферах использования, безопасность в потенциальных авариях, при остановке технологии, при хранении, захоронении отходов, содержащих наноматериалы. Об одной экстравагантной, грозной и непривычной опасности мы упоминали в другой главе книги, обсуждая спор между пионерами нанотехнологий Эриком Дрекслером и Робертом Смоли. Речь идет о выходе из под контроля самовоспроизводящихся, «размножающихся» молекулярных роботов-ассемблеров. Они способны продолжая бесконечную работу по самосборке из сырья окружающей среды в автономном режиме при адекватном снабжении энергией, перестроить, переработать любые среды, попадающиеся на их пути, в популяцию новых ассемблеров или как образно говорит Э.Дрекслер в «серую» грязь. Теоретически этот процесс, т.е. экспоненциальный рост, может продолжаться до тех пор, пока доступные энергии и материалы не будут исчерпаны. Веселенькая перспектива! Но это пока только теория.

Э.Дрекслер не только подробно обсуждал такую возможность и предлагал, в общих чертах, определить предостороженности, которые должны добровольно возложить на себя все страны, занимающиеся разработкой нанотехнологий.

Более традиционные виды опасностей связаны с химическими свойствами наночастиц, способными взаимодействовать с живыми системами. Как и в случае с ионизирующим излучением, наночастицы в клетке образуют суперактивные частицы - радикалы разной природы, сильные окислители (перекиси, синглетный кислород), способные нарушать процессы жизнедеятельности клетки, воздействую на ДНК, РНК и другие биологический объекты клетки.

Очень важным является дозиметрия наночастиц в живых организмах, что требует специальных прецизионных приборов и специальных методик. Поскольку проявление специфических, в том числе и токсилогических, свойств наночастицами связано с их характерным для них очень высоким соотношением поверхности к объему или массе, то эта величина S/V часто принимается за физическую меру потенциального воздействия на живую систему. Н, конечно, очень важно химическое строение, геометрия частиц, распределение их по размерам.

10. Перенос наночастиц (нч) в организме человека и окружающей среде (ос). Источники поступления нч в ОС

Наночастицы в окружающей среде - явление не новое. К настоящему времени кроме естественных источников поступления наночастиц существует множество источников ненамеренного антропогенного загрязнения окружающей среде. С началом эры нанотехнологий к ним добавляется целый ряд намеренно созданных источников поступления нанообъектов в различные природные среды (таблица 1). Схема миграции наночастиц в окружающей среде представлена на рисунке 1.

Таблица 1. Источники поступления наночастиц в окружающую среду

Природные	Антропогенные
	Ненамеренные	Намеренные
Кластеризация в газах и образование аэрозолей	сжигание топлива в двиг., на энергостанциях и т.д.	сконструированные нанообъекты
лесные пожары	сжигание мусора	фуллерены
вулканические выбросы	сварка, пайка	нанотрубки
пыль, поднятая с поверхности, взмучивание вод	добыча полезных ископ., карьеры, шахты	Неорган. нанокристаллы, квантовые точки
вирусы	бытовые отходы	Лекар. «точного» действия
продукты жизнедеятельности (пленки, коллоиды и т.д.)	промышленное произ., строительство	нанопленки, мицеллы, коллоиды
биообъекты (пыльца раст., споры, бактерии и т.д.)	приготовление пищи и другие бытовые нужды	применение НО в быту



Рисунок 1. Пути миграции НЧ, подтвержденные экспериментально (сплошная линия) и предполагаемые (точки). Возможные источники и причины деградации обозначены курсивом.

11. Пути поступления наночастиц в организм человека

Поступление нанообъектов в организм человека не отличается от поступления других загрязнений и происходит:

- через дыхательные пути (домашний текстиль);

- с водой и пищей через кишечный тракт;

- через кожные покровы (одежда, белье) и слизистые оболочки;

- от загрязненных поверхностей.

В тоже время нанообъекты могут поступать в организм человека не как загрязнения, а по другим причинам:

- при использовании нанолекарств, нанокосметики, нанотекстиля;

- при постоянном контакте с бытовыми предметами и материалами, содержащими нанообъекты и наночастицы.

Немногочисленные, несистемные исследования по изучению влияния нанообъектов на животных и человека все же позволяют сделать следующие выводы, которые обязательно необходимо учитывать:

- разовое поступление нанообъектов в организм животного вызывает нежелательные изменения, интенсивность которых зависит от концентрации нанообъектов;

- нанообъекты имеют свойство накапливаться в органах и тканях (костный мозг, нервные клетки центральной и периферической нервных систем, лимфоузлах, мозге, легких, печени, почках).

Внутрь живой клетки нанообъекты проникают, преодолевая блокбарьеры. При этом они могут:

- воздействовать на составляющие живой клетки, нарушая его в основном за счет генерации активных частиц (радикалы, различные формы кислорода, перекиси);

- проникать внутрь метахондрий и блокировать их активную функцию;

- вызывать повреждение ДНК, блокировать активность рибосом.

Серьезность проблемы опасностей от применения нанотехнологий осознается в последнее время многими учеными и общественными деятелями во всем мире. С 2006 г. начал выходить специальный журнал Nanotоxicology; этой проблемой занимается Национальный институт здоровья США, Агентство по охране окружающей среды ЕРА, Национальный институт рака NCI и другие. В России и сама наноиндустрия пока очень слаба и соответственно должного, системного контроля над этой проблемой не существует. А в те же время из-за рубежа к нам поступает многочисленная нанопродукция (фармацевтика, питание, текстиль, косметика и др.) на десятки млрд. DS, которая не проходит никакой специальной сертификации. Необходима специальная независимая служба контроля, оборудованная на современном приборном уровне и работающая в рамках специального законодательство и при постоянном общественном контроле.

Опубликованные USEPA, EVSCENIHR и NRG, а также Международным Советом руководства рисками (JRGC) в 2006-2007 гг. отчеты подчеркивают недостаточность экспериментальных данных о потенциальных рисках в нанотехнологиях и в наномедицине.

До сих пор проводились исследования только на животных, целью которых было выявление принципов работы нанообъектов.

Проблема нанотоксичности может усугубляться из-за того, что токсичность нанообъектов не является простым переходом от токсичности массивных материалов того же химического строения к наномасштабам. Повторяем, что наночастицы по своей природе проявляют иные физико-химические свойства, зависящие не только от их размера, но и от адгезивных, каталитических, оптических, электрических, квантово-механических свойств, которые зависят не только от размера наночастиц, но и от их геометрии, распределения по размерам и порядка их организации в нанообъекте.

Более того, химические вещества, не проявляющие токсичности в обычной ненаноразмерной форме, могут ее проявлять в форме наночастиц. Типичный пример. Инертный углерод в обычной форме проявляет токсичность в форме фуллерена, углеродных нанотрубок. Подобная метаморфоза происходит с окислами металлов (титан).

Авторы обобщающей работы по проблеме рисков нанотехнологий В.Н.Лысцов и Н.В.Мурзин суммируют имеющийся в мире экспериментальный материал по биологическим эффектам наночастиц и нанообъектов:

- токсичность зависит от концентрации в организме наночастиц и площади их поверхности;

- токсичность зависит от физико-химической формы наночастиц;

- токсичность зависит от наносистемы, в которую включены наночастицы;

- токсичность наночастиц выше, чем микрочастиц;

- наночастицы вредны и для животных и для растений;

- практически нет данных по воздействию наночастиц и нанообъектов на человека и на экосистемы как целого, или на популяцию как части экосистемы.

Рис.

В настоящее время в мире производится 2000 оригинальных наноматериалов. За 10 лет их использования не один вид из них не был изучен в полном объеме на безопасность.



Рис.

Рис.

12. Предварительные выводы

Риски, опасность нанотехнологий - это реальность, предубеждения или то и другое?

Объективная экспертная, научная оценка ситуации следующая:

- остановить развитие нанотехнологий, как одного из основных направлений развития цивилизации 21 века не представляется возможным, но реальные риски от ее реализации необходимо изучать, систематизировать и разрабатывать пути их минимизации транснациональными усилиями. Опасности от нанотехнологий делят на специфические и неспецифические, как это показано в табл. 2.

Таблица 2. Опасности нанотехнологий и пути их преодоления

№	Опасность	Причина	Пути решения
специфические
1	Использование наноустройств	Просто страх: первые наноустройства не появятся раньше 2015-2020 года	Проводить разъяснительную работу и популяризировать соответствующие нанотехнологии
2	Нанотоксичность	Сообщения о вредном воздействии нанообъектов, недостаток экспериментальных данных	Проведение дополнительных экспериментальных исследований, формирование теоретических представлений о механизмах нанотоксичности
3	Воздействие нанообъектов на ДНК и геномные процессы	Сообщения о воздействии нанообъектов на ДНК, нед. экспериментальных данных	Проведение дополнительных экспериментальных исследований, форм. теоретических представлений
4	Проникновение НО внутрь клеток, органов тканей	Сообщения о прон. НО через биомем., недостаток экспериментальных данных	Проведение дополнительных экспериментальных исс., формирование теоретических представлений
неспецифические
5	Новое и непривычное	Просто страх	Проводить разъясн. работу по нанотехнологиям
6	Потеря денег с неясной пользой	Отсутствие работ по анализу соотношения польза-вред	Организация исследований по соотношению польза-вред от применения нанотехнологий
7	Риск	Отсутствие работ по анализу и оценке риска нанотехнологий	Организация исследований по анализу и оценке риска нанотехнологий
8	Незащищенность, незаконность	Отсутствие законодательной и нормативной базы	Раз. зак. и нормативных документов, регулирующих производство и обращение нанотехнологий

Помимо безопасности возникают и нравственно-этические проблемы от применения нанотехнологий, особенно для медицины, косметики, бытовой техники, одежды, домашнего текстиля, военной техники и др. Общество должно иметь в своем распоряжении полную, объективную и ясную для понимания информацию о достоинствах и недостатках нанотехнологий и принимать участие в решениях стратегических вопросов в лице экспертного сообщества и общественных организаций.

Следует признать, что во всем мире исследования по безопасности нанотехнологий существенно отстоят от их разработки и коммерциализации. А затраты на выявление этических, юридических и социальных последствий внедрения нанотехнологий резко отстает от исследований влияния на здоровье человека и окружающей среды.

Это состояние необходимо срочно на планетарном уровне менять, если мы не хотим загубить нашу общую цивилизацию; менять путем законодательств международного и федерального уровней.

13. Специфические риски от применения нанотехнологий

Возможность создания ассемблеров (по Дрекслеру)

Существует три пути создания самовоспроизводящихся ассемблеров:

- через сборку из атомов на сканирующих туннельных или атомосиловых микроскопах с манипуляторами;

- через химический синтез - самосборку молекул в растворе;

- через биохимию с помощью рибосом-ассемблеров.

Дрекслер показал, что создание универсальных ассемблеров не противоречит законам химии, и они могут строить широкий набор полезных нанообъектов, включая суперкомпьютеры.

Если эти подходы будут реализованы (прогноз специалистов 2017 г. ± 10 лет), то будет происходить сборка сложных объектов из «подручного» (любого) материала и без отходов. А это изменит сам современный технологический уклад, что отразится на экономике, социальной сфере и этике.

При интенсивном развитии нанотехнологий она начинает существенно влиять на этические проблемы через изменения границ возможностей и природы человека (существенное увеличение продолжительности жизни, усиление интеллекта и т.д.).

На высоком уровне развития нанотехнологий они начинают влиять на формирование ценностей и мировоззрений человека. А это далеко не безопасно и требует осмысления будущего уже сегодня.

Влияние нанотехнологий на основные социальные сферы

Отнесем к ним идеологию, медицину, СМИ, экологию, энергетику, военную сферу и сферу потребления.

Через влияние на эти сферы нанотехнологий произойдет неравномерное (в разных странах и социумах), поступательное, необратимое изменение образа жизни, переформатирование социумов. Очень важным моментом будет создание производств без использования тяжелого физического труда (исчезновение рабочего класса в старом понимании). Куда и как человек будет тратить свое время - это вопрос развития цивилизации. Хотя в России нанотехнологии еще только начинают использоваться, а средний россиянин проводит у телевизора 3 часа 40 минут в сутки. Правда, нанотехнологии тут пока ни при чем!

Хорошо если влияние нанотехнологий идеологически пойдет на пользу человечеству, и оно более интенсивно будет использовать науки и технологии для познания физических способностей, улучшения качества жизни. А если человечество, как Иванушка-дурачок заляжет на печи и будет наблюдать, как ассемблеры будут собирать ему ковер-самолет и скатерть-самобранку. Возникает дуализм возможностей положительного и отрицательного влияния нанотехнологий на человека, как индивидуума, и на человечество целиком.

Справится ли с этими рисками человек и человечество, как это удавалось до сих пор, когда происходили технологические революции (использование огня, изобретение топора, колеса, синтетических волокон, полимеров, использование атомной энергии, компьютеризация, генная инженерия и т.д.). Жизнь покажет!

Опасно возникновение нового технологического уклада с очень малой ролью человеческого фактора и усиление неравенства стран и социумов в использовании результатов нанотехнологий.

Такой сферой неравенства может стать доступность новой наномедицины и разделение людей на долго- и короткоживущих. К этой проблеме примыкает и такая, как неравнодоступность к средствам существенного усиления умственных способностей за счет нанотехнологий и еще больший разрыв между элитой и остальными людьми.

Особенно сильны риски достижений в военной технике: нанобиологическое оружие, наноразмерные следящие за всем устройства, боевые насекомые (пилотные образцы имеются в США и Израиле), избирательное действие наноооружия на людей разной расы с учетом генных особенностей, возможность разрушения любой структуры с помощью невидимых нанороботов, сетевые войны с помощью нанороботов, создание боевых животных.

Не менее опасные риски могут возникнуть в результате формирования на основе нанотехнологий системы тотального контроля и наблюдения (Орвэлл - «1984», «Большой брат»). Определенные признаки этой системы наблюдаются уже сейчас, а в дальнейшем могут проявиться в следующем: злоупотребление информации в личных или в корпоративных целях, новые виды преступлений (нанохакеры), разрушение современных социумов, сверхзависимость от программ и компьютеров.

Суммируя сказанное, можно привести классификацию рисков и угроз от нанотехнологий общего характера и в различных областях.

Классификация потенциальных рисков и угроз общего характера:

- в области экологии и медицины;

- в области информационных коммуникаций и инфраструктур;

- террористические угрозы;

- военно-технические угрозы;

- геополитические риски;

- глобальные социально-экономические риски.

Причины рисков и угроз:

- сверхмалые габариты наночастиц, их высокая проникающая (вплоть до клеточного уровня) способность при отсутствии у человека, животных и растений эволюционно выработанных механизмов защиты (наночастицы - незнакомые «невидимки» для живого);

- многообразие состава нанобъектов и сложность их идентификации;

- отсутствие должной нанотехнологической культуры у разработчиков, производителей, пользователей, органов сертификации и санэпидемстанций (новая область, дефицит специалистов);

- возможность быстрого достижения практических, коммерчески выгодных результатов без объективной оценки последствий (риски);

- малые энергетические затраты и миниатюрность продукции, что позволяет производить ее в «домашних» условиях при известном «ноу хау» технологии.

Террористические угрозы:

- новые типы оружия (уже появились);

- скрытность оружия;

- дистанционное оружие;

- миниатюрность оружия;

- сложность обнаружения и обезвреживания.

Военно-технические угрозы:

- новые типы оружия высокой точности и поражающей силы, в том числе и термоядерное малой мощности («ядерный гемодатчик»), миниатюрное оружие на основе наноматериалов с мощным импульсным энерговыделением;

- супервысокочастотные радиоэлектронные средства связи и обнаружения (могут быть вмонтированы в обмундирование);

- автономные микросистемы наземного, воздушного, морского, космического базирования для сбора и передачи информации;

- технические средства создания и противодействия необнаружаемости (видеть «невидимок»).

Геополитические риски:

- открытые работы в области прямого создания оружия массового поражения, проводимые странами с высоким уровнем научного, производственного и человеческого потенциала могут быть использованы малыми странами для прямой разработки оружия для ассиметрического ответа.

Глобальные социально-экономические риски:

- создание новых наноматериалов и устройств с недостижимыми в природе свойствами может оказать непредсказуемое влияние на рынок полезных ископаемых. Следствием этого может быть изменения структуры мирового рынка сырья и экономический рост стран, не обладающих природным сырьем, но владеющих нанотехнологиями;

- наноэнергетика может изменить мировой рынок энергоемкой и изменить геополитическую карту мира, выдвинув в лидеры одни страны и опустив другие.

Об этих рисках и угрозах должны знать граждане мира, стран, но эти риски и угрозы в совокупности с огромными возможностями нанотехнологий должны знать, понимать (хотя бы в общем виде) политики всех уровней. А ученые должны ставить эти проблемы и просвещать, объективно оценивать достоинства, возможности и риски нанотехнологий.

14. Конкретные примеры отраслевых проблем

1. Косметика и нанокосметика - успехи и риски

С какими нанопродуктами общество наиболее часто, ежедневно встречается и пользуется: текстиль, лекарства, бытовая электроника и косметика, конечно, прежде всего, для женщин, но теперь и для мужчин. Это зубная паста, кремы различного назначения, лосьоны, маски и т.д. и т.п. На примере косметики попытаемся проследить достоинства и риски косметической нанопродукции.

Сегодня мощная система рекламы (в широком смысле) формирует у широкого потребителя мнение, что нанотехнология - современное, эффективное и прогрессивное направление (что в общем правильно, но, конечно, не всегда), а поэтому требует дополнительных расходов и, значит, должна стоить дороже. А вот это уже коммерческий трюк. Во-первых, одним из достоинств и целей нанотехнологий является достижение более низкой себестоимости по сравнению с традиционными технологиями. И это принципиально возможно, это связано с сущностью нанотехнологий.

Во-вторых, конечно, сама нанопродукция имеет существенные достоинства по сравнению с предшествующей продукцией аналогичного назначения. Поэтому даже при более низкой себестоимости ее более высокая потребительская стоимость (цена) оправдана и обеспечивает более высокую прибыль производителю. Но! В нанокосметике не всегда, как будет показано ниже, обеспечиваются более высокие потребительские свойства, иногда они, к сожалению, перекрываются опасностью продукции для здоровья, а в ряде случаев продукция, выдаваемая за нано- никакого отношения к нанотехнологии не имеет. Нанокосметика обещает омоложение, избавление от морщин и целлюлита, соблазняет миллиарды женщин на планете.

Косметическая индустрия, имея годовой оборот 200 млрд. долларов, является одним из основных реальных игроков на рынке нанотехнологий. На долю косметики приходится большинство патентов, связанных с наночастицами: зубные пасты, солнцезащитные кремы, шампуни, тени для глаз, краски и кондиционеры для волос, губные помады, гели после бритья, увлажнители и дезодоранты.

Именно нанокосметика по числу патентов впереди наноэлектроники, медицины, фармацевтики, текстиля, современного оружия. И это понятно! С этой поляны можно очень быстро и в большом объеме снять пенку в виде сверхприбыли, часть из которой инвестировать в другие области применения с более долгими деньгами. Объем розничных продаж в косметике и парфюмерии в Европе в 2007 г. составил более 20 млрд. евро, а самый высокий показатель темпа роста (29,7%) наблюдался для солнцезащитной косметики, основная часть которой изготавливается с использованием наночастиц (в основном TiO₂ - двуокиси титана).

Массового покупателя косметики «разводят» на наукоподобную, псевдонаучную рекламу, имея в виду, что потребитель и рынок клюнет на наукоемкую продукцию. Это способ выделится производителю среди конкурентов, дать понять покупателю, что на него работают самые умные ученые планеты. Приведем несколько примеров наукоподобных реклам.

«Крем, обогащенный проксиланом, запускает выработку кожей пяти видов коллагенов, борется с признаками хроно- и фотостарения!

Или «В составе косметики (фирмы не будем указывать) нанокомплексы работают на физическом уровне: за счет способности менять структуру с двухмерной на поверхности кожи до трехмерной внутри ее; нанокомплексы мгновенно проникают в верхние слои эпидермиса и создают там тончайшую структурированную решетку, которая моментально разглаживает поверхность морщины и придает коже сияющий вид. Затем решетки из наночастиц начинают сокращаться и подтягивать глубокие слои кожи».

Обе рекламы безграмотны, лживы и не имеют никакого отношения ни к науке, ни к нанотехнологии. Автор подчеркнул наиболее наглые манки. Смысл этих реклам не может понять никто, ни авторы, ни покупатели. Но зато оно - околонаучно и болванит потребителя.

Всех производителей нанокосметики и действительно нано- и не нано- объединяет более высокая цена, которая на 50-100% (в некоторых особых случаях, в десятки раз) выше цены косметической продукции без приставки нано-.

В косметику начали проникать самые интересные наночастицы - фуллерены (особая форма углерода). Но не все потребители нанокосметики знают, что эти наночастицы способны проникать через гематоэнцефалический барьер и повреждать клетки мозга. Этим цитостатическим свойством фуллеренов пользуются при разработке лекарств адресной доставки к онкологическим опухолям. Но вряд ли их не безопасно применять в нанокосметике.

Можно встретить и такую рекламу крема (фирму знаю, но не укажу, а то засудят, денег у них много): «Крем способен увеличить грудь с первого размера до третьего: нанолипосомы, входящие в состав препарата, расширяют грудь на клеточном уровне, стимулируя разработку грудных тканей и удлиняя молочные железы». Ну, это уже не просто ложь, а наглая антинаучная ложь! Но на нее «ведется» малообразованная огламуренная публика. Однако эти шедевры псевдонауки не означают, что в косметике нет реальных, истинных успехов нанотехнологий, основанных на серьезной науке.

Можно перечислить основные косметические продукты, в которых используется или упоминается нанотехнология по делу или для рекламы.