Od nanotechnologií se hodně očekává, ať je to v průmyslu anebo v medicíně. V té se předpokládá, že nanopostupy a nanomateriály výrazně usnadní diagnostiku a terapii nádorů.
Rizika nanočástic pro zdraví a jak jim čelit
Před několika lety byla v jednom americkém scifi filmu prezentována fabule, kdy miniaturní přístroje - nanoroboty vpravené do krevních cest v lidském těle, aby vykonávaly terapeutickou fukci, se vzbouřily, přestaly poslouchat lékaře, kteří je vládali zvenčí, a začaly si dělat, co samy chtěly. Podle scénáře se však lékařům nakonec podařilo nad minirobotky získat znovu kontrolu a thriller dobře skončil.
Ve všedním životě nebývají zprávy o nanotechnice publikovány tak dramatickým způsobem, jako to učinili tvůrci onoho filmu. Nicméně už bylo zaznamenáno poměrně hodně symptomů, které lze označit za znepokojivé, a to především z hlediska lidského zdraví a životního prostředí.
Od nanotechnologií se hodně očekává, ať je to v průmyslu anebo v medicíně. V té se předpokládá, že nanopostupy a nanomateriály výrazně usnadní diagnostiku a terapii nádorů. Rozpracovává se např. koncepce, podle níž budou díky novým poznatkům genetiky a nanotechnologií vyvinuty individuální léčebné postupy a léky, tedy přesně "na míru" každému pacientovi. To by nepochybně byl veliký pokrok vůči dnešnímu stavu.
ZNEPOKOJIVÁ ZJIŠTĚNÍ
Nelze však přehlédnout skutečnost, že už přibližně dva nebo tři roky se množí hlášení odborníků na toxikologii, že nanomateriály, jak už bylo zjištěno z pokusů, jsou anebo mohou být nebezpečné pro živé organismy. Někteří hlavně ekologicky orientovaní odborníci bijí na poplach velmi intenzivně a navrhují, aby rozvoj nanotechnologií byl přísně řízen a omezen.
Je nabíledni, že stouoencům nanotechnologií, kteří je považují za zázračnou vědu 21. století a za next big thing ve vědě a technice (po IT a biotechnologiích) se takovéto pochyby a kritiky nelíbí. "To poslední, co nyní potřebujeme, je společenská debata a přísný státní dozor," říká v onlineovém vydání hospodářského magazinu Forbes Josh Wolfe, spoluzakladatel americké firmy Lux Capital. To je jedna z firem, které v nanotechnologiích vycítily příležitost k expanzi a zisku a intenzivně je prosazují. Obavy z rizik nanotechnologií a nanomateriálů jsou podle těchto firem přehnané.
Pochyby nicméně nevzbuzují jenom bagatelizující postoje takovýchto firem, nýbrž i chování mnoha výzkumných institucí a vlády USA, resp. veřejných organizací, které se nanotechnologiemi zabývají a jsou financovány ze státního rozpočtu. Americký expert pro výzkum komunikace David Berube to charakterizuje slovy: "To, co se dostává ven z laboratoří, nijak nezvyšuje ve veřejnosti důvěru vůči nanotechnologiím. Osvětová práce vlády se v podstatě omezuje na to, že jedna skupina lidí poklepává uznale na ramena druhé skupině lidí, ale to, co chce slyšet veřejnost, to nikoho nezajímá."
KATEGORIZACE NANOČÁSTIC
Jak k tomuto stavu mohlo dojít a co by se mělo udělat, aby se vysvětlilo, která rizika nanotechnologií jsou jenom domnělá a která reálná, a jak by měl být ovlivňován další vývoj v oblasti těchto věd? Na to se v článku v měsíčníku MIT Technology Review pokouší dát odpověď fyzik Niels Boeing, který působí jako vědecký publicista a který je autorem několika odborných knih.
Podle něho je zapotřebí si nanotechniku a nanomateriály rozčlenit do tří kategorií, které se co do své rizikovosti odlišují. Jde o kategorie: izolovaná, bioaktivní a disruptivní, (tj. doslova: rozvratná, destruktivní).
IZOLOVANÉ NANOČÁSTICE - SOUČÁSTI JINÝCH MATERIÁLŮ
Většina současných technik a technologií pracuje se strukturami, do nichž jsou nanokomponenty vloženy, resp. jejichž jsou součástmi (embedded), a díky tomu jsou izolovány od okolního prostředí. Do této kategorie patří např. nejrůznější přístroje sloužící ke zkoumání povrchů a molekul. U mnohých z nich jde vlastně o určité varianty mikroskopů. V roce 1981 byl vynalezen rastrový tunelový mikroskop, pomocí něhož lze sledovat jednotlivé molekuly a atomy a pohybovat s nimi. Při silovém působení na křemíkové částice se tyto podařilo prokazatelně ohýbat.
Do této kategorie patří materiály, jako jsou samočisticí anebo antipřilnavé vrstvy. Jde o takové materiály, které jsou nano a zároveň plasty. Strukturu takového materiálu je nejprve nutno za vysokého vynaložení energie rozmělnit, aby z nich bylo možno získat nanočástice.
Mezi izolované nanomateriály je nutno počítat i nanoelektroniku, což souvisí se snahou umístit do co nejmenšího prostoru co nejvíce elektronických součástek (viz Mooreův zákon, podle něhož se během cca 19 měsíců díky miniaturizaci počet tranzistorů v čipu zdvojnásobuje). Molekulární obvody mají smysl jenom tehdy, jestliže je lze v milionech vpravit do jediného procesoru.
Izolované nanomateriály se tedy jeví jako lidskému zdraví či vůbec živým organismům (relativně) neškodné. Boeing však přesto klade otázku: co se stane s nanokomponentami, když přístroje a materiály, v nichž jsou obsaženy, doslouží a musejí být vyřazeny? Co s elektronickým či nanotechnickým "šrotem"? Koncepce jeho recyklace a znovupoužívání zatím nejsou dostatečně ujasněny ani v Americe, která v nanotechnologiích ve světě vede, natož pak jinde na světě.
Pokud by se podařilo dosáhnout toho, aby nanoaplikace na konci své životnosti byly rozloženy (fyzikálně a chemicky), dostaly by se do další kategorie, tj. staly by se bioaktivními nanomateriály.
BIOAKTIVNÍ NANOTECHNIKA
Takovýto přírůstek však tato kategorie nanomateriálů nepotřebuje, protože je už dnes sama o sobě dost problémová, a dokonce ožehavá.
"Když jsme v roce 1994 formulovali tezi, že ultrajemné částečky o průměru menším než 100 nanometrů mohou způsobovat újmy na zdraví, vzbudilo to škálu reakcí od přátelské skepse až po tvrdošíjné odmítání," říká Günter Oberdörster z univerzity v Rochesteru ve státě New York, jenž je jedním z nejrenomovanějších světových toxikologů. Tím se však jeho tým nedal odradit, ve výzkumech pokračoval, a jeho další zjištění jsou bohužel dosti alarmující.
Tým přišel na to, že uměle vytvořené nanočástice, které nejsou uloženy v matrici (jako je tomu např. u plastů), jsou bioaktivní. To je vlastnost, která na jedné straně umožňuje, aby nanočástice byly používány v průmyslu a v medicíně, ale na druhé straně tato vlastnost skrývá v sobě to nebezpečí, že při setkání s buňkami mohou s nimi nanočástice vstoupit do interakce, tedy ovlivnit vývoj v buňkách tkáně.
Nejnebezpečnější jsou přitom nanočástice (uhlíkové molekuly) zvané buckminsterfullereny - tento název je odvozen od jména architekta Buckminstera Fullera, jehož kopulovité stavby připomíná stavba atomů v molekule tohoto nanomateriálu. Známá varianta takovýchto molekul, zvaná ve vědecké hantýrce Buckyballs, se skládá ze 60 atomů vytvářejících kouli o průměru 0,7 nanometru (C60). Atomy jsou uspořádány do pěti- a šestihranných obrazců, takže připomínají míč na kopanou, který je sešit z podobně tvarovaných kousků kůže. Tyto nanočástice by se mohly jednou používat v medicíně a v solárních buňkách.
UHLÍKOVÉ NANOTRUBIČKY A BUCKYBALLS
Jinou variantou bioaktivních nanomateriálů jsou tzv. uhlíkové nanotrubičky. Jde o trubičky složené ze šestihranů, jež mohou mít délku několik mikrometrůetrů a jež se mohou vyskytovat jak jednotlivě, tak prokládaně, ve vrstvách. Nanotrubičky jsou pevnější než ocel, vedou teplo lépe než diamant (dlouho pokládaný za vůbec nejlepší vodič tepla), a pokud jde o elektřinu, jsou to buď vodiče, anebo polovodiče. Není tedy divu, že těmito přednostmi nanotrubičky nadchly hlavně technology v průmyslu.
Nanotrubičky je dají využívat jako diody, jako tranzistory, jako molekulární transferová média pro přemísťování mikrokapiček kapalin, ale také jako zpevňovací, vyztužovací složky do plastů. Z nanotrubiček se dají táhnout lehká a přitom velice tenká vlákna uhlíkové příze a transparentní fólie, které mají schopnost vysílat teplo anebo svítit. Mnozí vývojáři označují právě nanotrubičky za "slepice snášející zlatá vejce" v nanotechnologiích.
V čem je tady ale potíž a riziko? V tom, že tělesné buňky, resp. buňky živého organismu a bakterie se s novými uhlíkovými molekulami nesnášejí. Chemička Vicki Colvinová ze Střediska biologických a ekologických nanotechnologií (CBEN) na Rice University v Houstonu při pokusech in vitro přidala k nanomateriálu zvanému buckyballs kulturu kožních buněk. Při koncentraci 20 buckyballů v 1 miliardě molekul roztoku polovina kožních buněk rychle odumřela.
Colvinová nicméně zjistila i to, že buckyballs působí méně jedovatě, jestliže jsou obaleny či obklopeny jednoduchými molekulami, takže toxicitu těchto nanočástic lze mírnit, byť jen do určité míry.
Velkou pozornost vzbudily loni také pokusy in vitro jiné americké toxikoložky, Evy Oberdörsterové. Ta vložila buckyballs ve formě klastru rozpustného ve vodě do akvária s pstružími samci. Po 48 hodinách zjistila, že nanočástice pronikly žábrami do mozků ryb a poškodily tam mozkové buňky.
Joseph Hughes, inženýr životního prostředí z Technického institutu státu Georgia, zjistil, že bioaktivní nanočástice mají antibakteriální účinek: jestliže koncentrace těchto částic překročí určitou prahovou hodnotu, buckyballs výrazně zabraňují dýchání dvou druhů bakterií, jež se na Zemi vyskytují. Hughes říká: "Toho se dá využít pro pozitivní aplikace, jenže také to může mít neblahé následky pro ekosystémy, může to narušit jejich zdraví."
Lépe tomu není ani u nanotrubiček. Vícero pokusů s myšmi a krysami ukázalo, že uhlíkové nanotrubičky mohou vyvolávat zánětlivé reakce v plicních sklípcích těchto zvířat. V současné době probíhá výzkum v EMPA Material Science and Technology v St. Gallenu ve Švýcarsku, zaměřené na toxické působení na kultury bakterií. Dosavadní výsledky ukazují, že už po jediném dni působení nanočástic se drasticky snižuje aktivita buněk, přičemž určité rozdíly k intenzitě působení trubiček jsou dány tím, jakou geometrickou formu tyto trubičky mají. Vcelku je zde však toxicita indikována jako vyšší než u asbestu.
ZÁLEŽÍ NA VELIKOSTI ČÁSTIC
Aby toho nebylo málo, je nutno počítat ještě s dalším rizikem. Toxikolog Paul Borm ze Zuid Universität v Heerlenu poukazuje i na to, že pokud se zjemní struktura určitých materiálů, tedy rozruší jejich stavba, pak i takové materiály, které jsou v původní podobě chemicky setrvační, málo aktivní a reagují pomalu (jsou "chemicky líné"), začnou reagovat velice aktivně. Jako příklad uvádí oxid titanu (TiO2): pokusy ukázaly, že částečky tohoto materiálu o průměru 20 nm způsobovaly krysám zápaly plic, zatímco částečky téhož materiálu o průměru 250 nm takovéto škodlivé účinky neměly, projevovaly se neutrálně.
Ironií osudu je skutečnost, že TiO2 se už dlouho používá jako přísada do opalovacích krémů, která má chránit pokožku před ultrafialovým zářením. Fyzik Tilman Butz z Lipska, který pracuje v rámci projektu EU Anoderm, se pokouší uklidit veřejnost tvrzením, že částice oxidu titanu o průměru 20 nanometrů neproniknou do pokožky hlouběji než do 5 mikrometrůetrů. Nedokáže však zatím uspokojivě zodpovědět otázku, jaký vliv má TiO2 na potní a mazové žlázy v pokožce a na kůži hodně opálenou či spálenou sluncem.
INTERAKCE MEZI NANOČÁSTICÍ A ŽIVOU BUŇKOU
Co se může stát, jestliže nanočástice narazí na buňku živého organismu? Jsou tři možnosti:
- na povrchu nanočástice setkávající se s vnějším obalem buňky dochází k "oxidačnímu stressu". To znamená, že se vytvářejí volné radikály čili molekuly obsahující volné elektrony a díky tomu jsou velice náchylné k reakci. Následkem toho se zvýší hladina vápníku v buňce a v jejím jádru může dojít k nežádoucí přeměně genů v proteiny, jež mohou vyvolat zánětlivý, resp. chorobný proces ve tkáni;
- dojde k aktivaci receptorových molekul na buněčném obalu, protože atomy kovu se vyloučí z nanočástic. Další průběh je už jako v první variantě;
- nanočástice je jako celek pohlcena buňkou a dostává se do tzv. mitochodrií, což jsou svého druhu "elektrárny" čili energetické zdroje buňky. Nanočástice činnost mitochodrií buď citelně naruší, nebo je zcela vyřadí z činnosti.
DISRUPTIVNÍ NANOTECHNIKA
(Zde je zapotřebí poznamenat, že termín disruptivní je nutno chápat primárně nikoliv v negativním smyslu, neboť např. při terapiích je někdy zapotřebí razantních kroků a úkonů.)
Vcelku lze konstatovat, že se už podařilo sestavit, byť neoficiálně a nekoordinovaně, notně tlustý katalog nanorizik. Je zřejmé, že rizika vznikají v určitých situacích a za určitých podmínek, a že spolu s riziky jsou kvůli objektivnosti do katalogu zahrnouty i přednosti těch kterých nanočástic a nanopostupů.
Do katalogu nesporně patří i třetí skupina či kategorie nanočástic, a to mikroorganismy vyvíjené ve sféře syntetické biologie. Jde o vědní oblast úzce spjatou s výzkumem genetiky, přičemž jedním z důvodů je už to, že i v této disciplíně se uvažuje a pracuje v dimenzích velice malých částic. Konkrétně tu jde o vytváření mikroorganismů.
Kdysi byly do této kategorie řazeny i výšezmíněné nanoroboty, od kterých se nicméně distancoval i jeden ze zakladatelů nanotechnologií Eric Drexler, který o nich vizionářsky hovořil.
Velice známou postavou na tomto poli je Craig Venter, šéf Institute for Biological Energy Alternatives v Rockville/Maryland, známý hlavně díky tomu, že před několika lety rozklíčoval lidský genom. Nyní pracuje na novém genomu pro bakterii s názvem Bacterium M. genitalium. Venter spatřuje v takto uměle vytvářených mikrobech budoucí činitele, které budou v organismech či pro ně získávat energii nebo jim ji dodávat, a které budou odstraňovat škodliviny. I když samozřejmě ani zde nelze zcela vyloučit eventualitu, že takto vypracované postupy bude případně možno zneužít k vyvinutí virů, které budou pro lidi a vůbec organismy škodlivé. Ale tak či onak - ke zkonstruování pozitivně působících částic v nanorozměrech - mikrobů anebo škodlivých virů, je zatím daleko..
ŠKODLIVÉ JSOU UŽ AUTOLAKY OBSAHUJÍCÍ NANOČÁSTICE
Z uvedeného je zřejmé, že všechny tři kategorie nanočástic s sebou nesou rizika. Zdánlivě nejmenší je nebezpečí u izolovaných nanomateriálů, ale je nutno si uvědomit důležitou okolnost: pokud jsou nanočástice obsaženy v povrchových vrstvách předmětů (protože se např. používají pro povrchové úpravy) a pak jsou vystaveny oděru, otěru, korozi, vibracím, biologickým, nejrůznějším chemickým, fyzikáním a povětrnostním vlivům. Při nich se částečky uvolňují a dostávají se do okolního prostředí, tedy i do vzduchu vdechovaného lidmi a do vody, přesněji řečeno do koloběhu vody v přírodě, bez něhož by lidé nemohli existovat.
Nová auta jsou dnes v automobilkách nastříkána nanolakem, jehož částečky se po několika letech uvolňují a dostávající do ovzduší, a při mytí aut i do odpadových vod, přičemž způsoby odstraňování škodlivých nanočástic z vody čištěné v čistírnách nejsou zatím stanoveny. Automobilů jsou miliony. Všechny jsou nalakovány a všechny uvolňují nanočástice, ale jejich působení bude možno důkladně zmapovat až za cca 10 let, až bude s nanolakováním více zkušeností.
Zatímco však u izolovaných nanočástic lze zhruba rozsah možných škod aspoň odhadnout, u zbylých dvou kategorií to provést nelze. Obecně vzato jsou samozřejmě mnohem nebezpečnější než první kategorie. Pokud jde o bioaktivní nanočástice, mohou zasáhnout např. potravní řetězce v přírodě silněji než izolované částice, a mohou být zneužity i pro válečné a teroristické účely, podobně jako disruptivní, pokud se ocitnou v nesprávných rukách.
DATABANKA S ÚDAJI O NANOTOXIKOLOGII
Otázka tedy stojí takto: jaké poznatky a závěry je možno a nutno z prvních poznatků o skutečném a možném či předpokládaném negativním působení nanočástic na zdraví a fungování organismů vyvodit? Je nutno vývoj nanomateriálů právně regulovat? Nebo by na tento vývoj mělo být uvaleno kratší či delší moratorium, jak to už tři roky navrhuje kanadská ETC Group, což je první antinanotechnologická organizace na světě zabývající se ochranou životního prostředí.
Jde i o to, aby co nejrychleji pokročil výzkum, který se bude zabývat tím, do jaké míry mohou nanočástice škodit, a také kde, za jakých podmínek, v jaké formě a struktuře. Vhodným prvním krokem by bylo anebo bude vytvoření mezinárodní databanky, v níž by byly zaneseny a popsány skutečné i možné škody a rizika, jež mohou nanočástice způsobovat v tělech živočichů, ve flóře, v potravním řetězci, v klimatu. Existují už první náznaky - pod záštitou OSN byly začátkem letošního roku spuštěny projekty zaměřené na shromažďování takovýchto dat nazvané Impart a Nanotox. Také již zmíněná instituce CBEN od loňského září uvádí na svých webových stránkách články o toxikologických aspektech nanomateriálů. Americká ekologická organizace EPA se rovněž zabývá systematickým shromažďováním údajů o negativních vlivech nanotechnologií.
"VÍCE OTEVŘENOSTI, PROSÍM" ČILI LÉPE SPOLUPRACOVAT S VEŘEJNOSTÍ
Niels Boeing končí svůj článek výzvou Více otevřenosti, prosím. Po diskusích s jinými experty, kteří si rovněž uvědomují rizika nanotechnologií, aniž by jim však chtěli bránit v rozvoji zaměřeném ve prospěch lidí, dochází k názoru, že existuje cesta, jak utvářet tuto oblast vědy a techniky humánním způsobem - totiž jako "otevřenou nanotechniku".
Přitom adjektivum otevřený má zde podle něho dvojí význam:
- za prvé znamená transparentnost - nanotechnologie musejí vyjít ven z laboratoří, v tom smyslu, že se to, na čem se v nich pracuje, bude náležitě vysvětlovat široké veřejnosti, a to jazykem srozumitelným, nikoliv jazykem, který je obvyklý v odborných časopisech a na toxikologických seminářích. Diskuse o nanotechnologiích se musejí podle jeho názoru stát veřejnou věcí, předmětem činnosti občanských iniciativ.
Jako příklad zde uvádí už existující Nano Jury ve Velké Británii. Jde o to, aby veřejný tlak zabránil vývoji nanotechnologií nežádoucím směrem, ale zároveň aby napomáhal rozvoji těchto disciplín směrem ku prospěchu společnosti a lidského zdraví, a samozřejmě i přírody;
--kromě toho chápe Boeing otevřenost jako přirozený důsledek a doprovod přenosu principu Open Source z oblasti IT do nanotechnologií. Niels Boeing končí slovy: "Měli bychom nanokosmos prohlásit za veřejnou doménu, kterou vlastně už miliardy let je, a z toho by všichni mohli profitovat."
AUTOR: Jakub Honěk
Ve všedním životě nebývají zprávy o nanotechnice publikovány tak dramatickým způsobem, jako to učinili tvůrci onoho filmu. Nicméně už bylo zaznamenáno poměrně hodně symptomů, které lze označit za znepokojivé, a to především z hlediska lidského zdraví a životního prostředí.
Od nanotechnologií se hodně očekává, ať je to v průmyslu anebo v medicíně. V té se předpokládá, že nanopostupy a nanomateriály výrazně usnadní diagnostiku a terapii nádorů. Rozpracovává se např. koncepce, podle níž budou díky novým poznatkům genetiky a nanotechnologií vyvinuty individuální léčebné postupy a léky, tedy přesně "na míru" každému pacientovi. To by nepochybně byl veliký pokrok vůči dnešnímu stavu.
ZNEPOKOJIVÁ ZJIŠTĚNÍ
Nelze však přehlédnout skutečnost, že už přibližně dva nebo tři roky se množí hlášení odborníků na toxikologii, že nanomateriály, jak už bylo zjištěno z pokusů, jsou anebo mohou být nebezpečné pro živé organismy. Někteří hlavně ekologicky orientovaní odborníci bijí na poplach velmi intenzivně a navrhují, aby rozvoj nanotechnologií byl přísně řízen a omezen.
Je nabíledni, že stouoencům nanotechnologií, kteří je považují za zázračnou vědu 21. století a za next big thing ve vědě a technice (po IT a biotechnologiích) se takovéto pochyby a kritiky nelíbí. "To poslední, co nyní potřebujeme, je společenská debata a přísný státní dozor," říká v onlineovém vydání hospodářského magazinu Forbes Josh Wolfe, spoluzakladatel americké firmy Lux Capital. To je jedna z firem, které v nanotechnologiích vycítily příležitost k expanzi a zisku a intenzivně je prosazují. Obavy z rizik nanotechnologií a nanomateriálů jsou podle těchto firem přehnané.
Pochyby nicméně nevzbuzují jenom bagatelizující postoje takovýchto firem, nýbrž i chování mnoha výzkumných institucí a vlády USA, resp. veřejných organizací, které se nanotechnologiemi zabývají a jsou financovány ze státního rozpočtu. Americký expert pro výzkum komunikace David Berube to charakterizuje slovy: "To, co se dostává ven z laboratoří, nijak nezvyšuje ve veřejnosti důvěru vůči nanotechnologiím. Osvětová práce vlády se v podstatě omezuje na to, že jedna skupina lidí poklepává uznale na ramena druhé skupině lidí, ale to, co chce slyšet veřejnost, to nikoho nezajímá."
KATEGORIZACE NANOČÁSTIC
Jak k tomuto stavu mohlo dojít a co by se mělo udělat, aby se vysvětlilo, která rizika nanotechnologií jsou jenom domnělá a která reálná, a jak by měl být ovlivňován další vývoj v oblasti těchto věd? Na to se v článku v měsíčníku MIT Technology Review pokouší dát odpověď fyzik Niels Boeing, který působí jako vědecký publicista a který je autorem několika odborných knih.
Podle něho je zapotřebí si nanotechniku a nanomateriály rozčlenit do tří kategorií, které se co do své rizikovosti odlišují. Jde o kategorie: izolovaná, bioaktivní a disruptivní, (tj. doslova: rozvratná, destruktivní).
IZOLOVANÉ NANOČÁSTICE - SOUČÁSTI JINÝCH MATERIÁLŮ
Většina současných technik a technologií pracuje se strukturami, do nichž jsou nanokomponenty vloženy, resp. jejichž jsou součástmi (embedded), a díky tomu jsou izolovány od okolního prostředí. Do této kategorie patří např. nejrůznější přístroje sloužící ke zkoumání povrchů a molekul. U mnohých z nich jde vlastně o určité varianty mikroskopů. V roce 1981 byl vynalezen rastrový tunelový mikroskop, pomocí něhož lze sledovat jednotlivé molekuly a atomy a pohybovat s nimi. Při silovém působení na křemíkové částice se tyto podařilo prokazatelně ohýbat.
Do této kategorie patří materiály, jako jsou samočisticí anebo antipřilnavé vrstvy. Jde o takové materiály, které jsou nano a zároveň plasty. Strukturu takového materiálu je nejprve nutno za vysokého vynaložení energie rozmělnit, aby z nich bylo možno získat nanočástice.
Mezi izolované nanomateriály je nutno počítat i nanoelektroniku, což souvisí se snahou umístit do co nejmenšího prostoru co nejvíce elektronických součástek (viz Mooreův zákon, podle něhož se během cca 19 měsíců díky miniaturizaci počet tranzistorů v čipu zdvojnásobuje). Molekulární obvody mají smysl jenom tehdy, jestliže je lze v milionech vpravit do jediného procesoru.
Izolované nanomateriály se tedy jeví jako lidskému zdraví či vůbec živým organismům (relativně) neškodné. Boeing však přesto klade otázku: co se stane s nanokomponentami, když přístroje a materiály, v nichž jsou obsaženy, doslouží a musejí být vyřazeny? Co s elektronickým či nanotechnickým "šrotem"? Koncepce jeho recyklace a znovupoužívání zatím nejsou dostatečně ujasněny ani v Americe, která v nanotechnologiích ve světě vede, natož pak jinde na světě.
Pokud by se podařilo dosáhnout toho, aby nanoaplikace na konci své životnosti byly rozloženy (fyzikálně a chemicky), dostaly by se do další kategorie, tj. staly by se bioaktivními nanomateriály.
BIOAKTIVNÍ NANOTECHNIKA
Takovýto přírůstek však tato kategorie nanomateriálů nepotřebuje, protože je už dnes sama o sobě dost problémová, a dokonce ožehavá.
"Když jsme v roce 1994 formulovali tezi, že ultrajemné částečky o průměru menším než 100 nanometrů mohou způsobovat újmy na zdraví, vzbudilo to škálu reakcí od přátelské skepse až po tvrdošíjné odmítání," říká Günter Oberdörster z univerzity v Rochesteru ve státě New York, jenž je jedním z nejrenomovanějších světových toxikologů. Tím se však jeho tým nedal odradit, ve výzkumech pokračoval, a jeho další zjištění jsou bohužel dosti alarmující.
Tým přišel na to, že uměle vytvořené nanočástice, které nejsou uloženy v matrici (jako je tomu např. u plastů), jsou bioaktivní. To je vlastnost, která na jedné straně umožňuje, aby nanočástice byly používány v průmyslu a v medicíně, ale na druhé straně tato vlastnost skrývá v sobě to nebezpečí, že při setkání s buňkami mohou s nimi nanočástice vstoupit do interakce, tedy ovlivnit vývoj v buňkách tkáně.
Nejnebezpečnější jsou přitom nanočástice (uhlíkové molekuly) zvané buckminsterfullereny - tento název je odvozen od jména architekta Buckminstera Fullera, jehož kopulovité stavby připomíná stavba atomů v molekule tohoto nanomateriálu. Známá varianta takovýchto molekul, zvaná ve vědecké hantýrce Buckyballs, se skládá ze 60 atomů vytvářejících kouli o průměru 0,7 nanometru (C60). Atomy jsou uspořádány do pěti- a šestihranných obrazců, takže připomínají míč na kopanou, který je sešit z podobně tvarovaných kousků kůže. Tyto nanočástice by se mohly jednou používat v medicíně a v solárních buňkách.
UHLÍKOVÉ NANOTRUBIČKY A BUCKYBALLS
Jinou variantou bioaktivních nanomateriálů jsou tzv. uhlíkové nanotrubičky. Jde o trubičky složené ze šestihranů, jež mohou mít délku několik mikrometrůetrů a jež se mohou vyskytovat jak jednotlivě, tak prokládaně, ve vrstvách. Nanotrubičky jsou pevnější než ocel, vedou teplo lépe než diamant (dlouho pokládaný za vůbec nejlepší vodič tepla), a pokud jde o elektřinu, jsou to buď vodiče, anebo polovodiče. Není tedy divu, že těmito přednostmi nanotrubičky nadchly hlavně technology v průmyslu.
Nanotrubičky je dají využívat jako diody, jako tranzistory, jako molekulární transferová média pro přemísťování mikrokapiček kapalin, ale také jako zpevňovací, vyztužovací složky do plastů. Z nanotrubiček se dají táhnout lehká a přitom velice tenká vlákna uhlíkové příze a transparentní fólie, které mají schopnost vysílat teplo anebo svítit. Mnozí vývojáři označují právě nanotrubičky za "slepice snášející zlatá vejce" v nanotechnologiích.
V čem je tady ale potíž a riziko? V tom, že tělesné buňky, resp. buňky živého organismu a bakterie se s novými uhlíkovými molekulami nesnášejí. Chemička Vicki Colvinová ze Střediska biologických a ekologických nanotechnologií (CBEN) na Rice University v Houstonu při pokusech in vitro přidala k nanomateriálu zvanému buckyballs kulturu kožních buněk. Při koncentraci 20 buckyballů v 1 miliardě molekul roztoku polovina kožních buněk rychle odumřela.
Colvinová nicméně zjistila i to, že buckyballs působí méně jedovatě, jestliže jsou obaleny či obklopeny jednoduchými molekulami, takže toxicitu těchto nanočástic lze mírnit, byť jen do určité míry.
Velkou pozornost vzbudily loni také pokusy in vitro jiné americké toxikoložky, Evy Oberdörsterové. Ta vložila buckyballs ve formě klastru rozpustného ve vodě do akvária s pstružími samci. Po 48 hodinách zjistila, že nanočástice pronikly žábrami do mozků ryb a poškodily tam mozkové buňky.
Joseph Hughes, inženýr životního prostředí z Technického institutu státu Georgia, zjistil, že bioaktivní nanočástice mají antibakteriální účinek: jestliže koncentrace těchto částic překročí určitou prahovou hodnotu, buckyballs výrazně zabraňují dýchání dvou druhů bakterií, jež se na Zemi vyskytují. Hughes říká: "Toho se dá využít pro pozitivní aplikace, jenže také to může mít neblahé následky pro ekosystémy, může to narušit jejich zdraví."
Lépe tomu není ani u nanotrubiček. Vícero pokusů s myšmi a krysami ukázalo, že uhlíkové nanotrubičky mohou vyvolávat zánětlivé reakce v plicních sklípcích těchto zvířat. V současné době probíhá výzkum v EMPA Material Science and Technology v St. Gallenu ve Švýcarsku, zaměřené na toxické působení na kultury bakterií. Dosavadní výsledky ukazují, že už po jediném dni působení nanočástic se drasticky snižuje aktivita buněk, přičemž určité rozdíly k intenzitě působení trubiček jsou dány tím, jakou geometrickou formu tyto trubičky mají. Vcelku je zde však toxicita indikována jako vyšší než u asbestu.
ZÁLEŽÍ NA VELIKOSTI ČÁSTIC
Aby toho nebylo málo, je nutno počítat ještě s dalším rizikem. Toxikolog Paul Borm ze Zuid Universität v Heerlenu poukazuje i na to, že pokud se zjemní struktura určitých materiálů, tedy rozruší jejich stavba, pak i takové materiály, které jsou v původní podobě chemicky setrvační, málo aktivní a reagují pomalu (jsou "chemicky líné"), začnou reagovat velice aktivně. Jako příklad uvádí oxid titanu (TiO2): pokusy ukázaly, že částečky tohoto materiálu o průměru 20 nm způsobovaly krysám zápaly plic, zatímco částečky téhož materiálu o průměru 250 nm takovéto škodlivé účinky neměly, projevovaly se neutrálně.
Ironií osudu je skutečnost, že TiO2 se už dlouho používá jako přísada do opalovacích krémů, která má chránit pokožku před ultrafialovým zářením. Fyzik Tilman Butz z Lipska, který pracuje v rámci projektu EU Anoderm, se pokouší uklidit veřejnost tvrzením, že částice oxidu titanu o průměru 20 nanometrů neproniknou do pokožky hlouběji než do 5 mikrometrůetrů. Nedokáže však zatím uspokojivě zodpovědět otázku, jaký vliv má TiO2 na potní a mazové žlázy v pokožce a na kůži hodně opálenou či spálenou sluncem.
INTERAKCE MEZI NANOČÁSTICÍ A ŽIVOU BUŇKOU
Co se může stát, jestliže nanočástice narazí na buňku živého organismu? Jsou tři možnosti:
- na povrchu nanočástice setkávající se s vnějším obalem buňky dochází k "oxidačnímu stressu". To znamená, že se vytvářejí volné radikály čili molekuly obsahující volné elektrony a díky tomu jsou velice náchylné k reakci. Následkem toho se zvýší hladina vápníku v buňce a v jejím jádru může dojít k nežádoucí přeměně genů v proteiny, jež mohou vyvolat zánětlivý, resp. chorobný proces ve tkáni;
- dojde k aktivaci receptorových molekul na buněčném obalu, protože atomy kovu se vyloučí z nanočástic. Další průběh je už jako v první variantě;
- nanočástice je jako celek pohlcena buňkou a dostává se do tzv. mitochodrií, což jsou svého druhu "elektrárny" čili energetické zdroje buňky. Nanočástice činnost mitochodrií buď citelně naruší, nebo je zcela vyřadí z činnosti.
DISRUPTIVNÍ NANOTECHNIKA
(Zde je zapotřebí poznamenat, že termín disruptivní je nutno chápat primárně nikoliv v negativním smyslu, neboť např. při terapiích je někdy zapotřebí razantních kroků a úkonů.)
Vcelku lze konstatovat, že se už podařilo sestavit, byť neoficiálně a nekoordinovaně, notně tlustý katalog nanorizik. Je zřejmé, že rizika vznikají v určitých situacích a za určitých podmínek, a že spolu s riziky jsou kvůli objektivnosti do katalogu zahrnouty i přednosti těch kterých nanočástic a nanopostupů.
Do katalogu nesporně patří i třetí skupina či kategorie nanočástic, a to mikroorganismy vyvíjené ve sféře syntetické biologie. Jde o vědní oblast úzce spjatou s výzkumem genetiky, přičemž jedním z důvodů je už to, že i v této disciplíně se uvažuje a pracuje v dimenzích velice malých částic. Konkrétně tu jde o vytváření mikroorganismů.
Kdysi byly do této kategorie řazeny i výšezmíněné nanoroboty, od kterých se nicméně distancoval i jeden ze zakladatelů nanotechnologií Eric Drexler, který o nich vizionářsky hovořil.
Velice známou postavou na tomto poli je Craig Venter, šéf Institute for Biological Energy Alternatives v Rockville/Maryland, známý hlavně díky tomu, že před několika lety rozklíčoval lidský genom. Nyní pracuje na novém genomu pro bakterii s názvem Bacterium M. genitalium. Venter spatřuje v takto uměle vytvářených mikrobech budoucí činitele, které budou v organismech či pro ně získávat energii nebo jim ji dodávat, a které budou odstraňovat škodliviny. I když samozřejmě ani zde nelze zcela vyloučit eventualitu, že takto vypracované postupy bude případně možno zneužít k vyvinutí virů, které budou pro lidi a vůbec organismy škodlivé. Ale tak či onak - ke zkonstruování pozitivně působících částic v nanorozměrech - mikrobů anebo škodlivých virů, je zatím daleko..
ŠKODLIVÉ JSOU UŽ AUTOLAKY OBSAHUJÍCÍ NANOČÁSTICE
Z uvedeného je zřejmé, že všechny tři kategorie nanočástic s sebou nesou rizika. Zdánlivě nejmenší je nebezpečí u izolovaných nanomateriálů, ale je nutno si uvědomit důležitou okolnost: pokud jsou nanočástice obsaženy v povrchových vrstvách předmětů (protože se např. používají pro povrchové úpravy) a pak jsou vystaveny oděru, otěru, korozi, vibracím, biologickým, nejrůznějším chemickým, fyzikáním a povětrnostním vlivům. Při nich se částečky uvolňují a dostávají se do okolního prostředí, tedy i do vzduchu vdechovaného lidmi a do vody, přesněji řečeno do koloběhu vody v přírodě, bez něhož by lidé nemohli existovat.
Nová auta jsou dnes v automobilkách nastříkána nanolakem, jehož částečky se po několika letech uvolňují a dostávající do ovzduší, a při mytí aut i do odpadových vod, přičemž způsoby odstraňování škodlivých nanočástic z vody čištěné v čistírnách nejsou zatím stanoveny. Automobilů jsou miliony. Všechny jsou nalakovány a všechny uvolňují nanočástice, ale jejich působení bude možno důkladně zmapovat až za cca 10 let, až bude s nanolakováním více zkušeností.
Zatímco však u izolovaných nanočástic lze zhruba rozsah možných škod aspoň odhadnout, u zbylých dvou kategorií to provést nelze. Obecně vzato jsou samozřejmě mnohem nebezpečnější než první kategorie. Pokud jde o bioaktivní nanočástice, mohou zasáhnout např. potravní řetězce v přírodě silněji než izolované částice, a mohou být zneužity i pro válečné a teroristické účely, podobně jako disruptivní, pokud se ocitnou v nesprávných rukách.
DATABANKA S ÚDAJI O NANOTOXIKOLOGII
Otázka tedy stojí takto: jaké poznatky a závěry je možno a nutno z prvních poznatků o skutečném a možném či předpokládaném negativním působení nanočástic na zdraví a fungování organismů vyvodit? Je nutno vývoj nanomateriálů právně regulovat? Nebo by na tento vývoj mělo být uvaleno kratší či delší moratorium, jak to už tři roky navrhuje kanadská ETC Group, což je první antinanotechnologická organizace na světě zabývající se ochranou životního prostředí.
Jde i o to, aby co nejrychleji pokročil výzkum, který se bude zabývat tím, do jaké míry mohou nanočástice škodit, a také kde, za jakých podmínek, v jaké formě a struktuře. Vhodným prvním krokem by bylo anebo bude vytvoření mezinárodní databanky, v níž by byly zaneseny a popsány skutečné i možné škody a rizika, jež mohou nanočástice způsobovat v tělech živočichů, ve flóře, v potravním řetězci, v klimatu. Existují už první náznaky - pod záštitou OSN byly začátkem letošního roku spuštěny projekty zaměřené na shromažďování takovýchto dat nazvané Impart a Nanotox. Také již zmíněná instituce CBEN od loňského září uvádí na svých webových stránkách články o toxikologických aspektech nanomateriálů. Americká ekologická organizace EPA se rovněž zabývá systematickým shromažďováním údajů o negativních vlivech nanotechnologií.
"VÍCE OTEVŘENOSTI, PROSÍM" ČILI LÉPE SPOLUPRACOVAT S VEŘEJNOSTÍ
Niels Boeing končí svůj článek výzvou Více otevřenosti, prosím. Po diskusích s jinými experty, kteří si rovněž uvědomují rizika nanotechnologií, aniž by jim však chtěli bránit v rozvoji zaměřeném ve prospěch lidí, dochází k názoru, že existuje cesta, jak utvářet tuto oblast vědy a techniky humánním způsobem - totiž jako "otevřenou nanotechniku".
Přitom adjektivum otevřený má zde podle něho dvojí význam:
- za prvé znamená transparentnost - nanotechnologie musejí vyjít ven z laboratoří, v tom smyslu, že se to, na čem se v nich pracuje, bude náležitě vysvětlovat široké veřejnosti, a to jazykem srozumitelným, nikoliv jazykem, který je obvyklý v odborných časopisech a na toxikologických seminářích. Diskuse o nanotechnologiích se musejí podle jeho názoru stát veřejnou věcí, předmětem činnosti občanských iniciativ.
Jako příklad zde uvádí už existující Nano Jury ve Velké Británii. Jde o to, aby veřejný tlak zabránil vývoji nanotechnologií nežádoucím směrem, ale zároveň aby napomáhal rozvoji těchto disciplín směrem ku prospěchu společnosti a lidského zdraví, a samozřejmě i přírody;
--kromě toho chápe Boeing otevřenost jako přirozený důsledek a doprovod přenosu principu Open Source z oblasti IT do nanotechnologií. Niels Boeing končí slovy: "Měli bychom nanokosmos prohlásit za veřejnou doménu, kterou vlastně už miliardy let je, a z toho by všichni mohli profitovat."
AUTOR: Jakub Honěk
Zdroj:Technik
Sdílet článek na sociálních sítích
