Токсичность наноматериалов: доказательства и предположения

Реферат

«Изменения, вносимые в жизнь развитием нанотехнологий, по глубине сравнимы с последствиями открытия радиоактивности или с компьютерной революцией. Опыт подсказывает, что изменения такого масштаба могут нести не только положительные, но и негативные последствия. Однако опытом тут не обойтись, нужны опыты».

Кандидат физико-математических наук, Александр Данилов

Токсичность наноматериалов: доказательства и предположения 1

Рис.1 — Модели наночастиц

В настоящее время большое внимания уделяется перспективам развития нанотехнологий. Область применения нанотехнологий в настоящий момент быстро расширяется, при этом не до конца известны все свойства нанотехнологий, их положительные и отрицательные стороны. Так же до конца не изучены свойства токсичности наноматериалов, но в настоящий момент — это одна из приоритетных областей изучения, так как наноматериалы широко применяются в медицине, где они напрямую взаимодействуют с организмом человека.

В своей работе я хочу показать положительные и отрицательные стороны использования наноматериалов, узнать какие из них обладают той или иной степенью токсичности, а так же узнать об исследованиях проведенных в этой области.

1. Определение токсичности

Токсичность — (от греческого toxicon — яд), это способность вещества вызывать нарушать физиологические функции организм, в результате чего возникают симптомы интоксикаций (заболевания), а при тяжелых поражениях гибель.

Степень токсичности вещества характеризуется величиной токсичной дозы, количеством вещества, отнесенным как правило к единице массы животного или человека), вызывающим определенный токсический эффект. Чем меньшая доза требуется для отравления, тем выше степень токсичности вещества.

Так например такие вещества как сернистый иприт, полуторный иприт, кислородный иприт являются табельно отравляющими сильно токсичными веществами. Они используются военными со времен 1-ой Мировой войны. В тоже время такие вещества как фосгеконим, уруошилы относятся к гипааллергенам средней токсичности. При их первичным попадании в огранизм провоцируется острая аллергическая реакция, но при повторым организм приобретает иммунитет и воздействие становится очень слабым.

Особенность токсичности наночастиц заключается в том что наночастица не может быть выведена из организма по сравнению со своими аналогами в макродиспесной форме или в виде сплошных фаз, так как токсикологические свойства наноматериалов являются результатом не только их химического состава, но и разнообразия их других особенностей, таких как поверхностные характеристики, размер, форма, состав, химическая реактивность [1,2].

3 стр., 1449 слов

Токсичность веществ и их воздействие на организм человека

... согревают его и отправляют на медицинский пункт. 1.4 Боевые токсические химические вещества кожно-нарывного действия (иприт и др.) обладают многосторонним поражающим действием. В капельножидком и парообразном ... Ар) является сильнейшим из всех в настоящее время адов смертельного действия. Наибольшей токсичностью обладает при попадании в кровь через раневые поверхности. Явные признаки поражения ...

2. Определение Наноматериалов

В настоящее время огромное внимание уделяется перспективам развития нанотехнологий, то есть технологий направленного получение и использования веществ или материалов в диапазоне до 100 нанометров. Другими же словами, технологий направленных для получения и использования наноматериалов. Что же такое наноматериалы [2]?

Нанотехнология — междисциплинарная область фундаментальной и прикладной науки и техники, имеющая дело с совокупностью теоретического обоснования, практических методов исследования, анализа и синтеза, а также методов производства и применения продуктов с заданной атомарной структурой путём контролируемого манипулирования отдельными атомами и молекулами

Наноматериалы — это материалы содержащие структурные элементы, геометрические размеры которых, хотя бы в одном измерении не превышают 100 нанометров, и обладают качественно новыми свойствами, функциональными и эксплуатационными характеристиками.[3]

Токсичность наноматериалов: доказательства и предположения 2

Рис.2 — Структура пленки графена [3]

3. Наноматериалы и их применение

Наночастицы и наноматериалы обладают комплексом физических, химических свойств и биологическим действием, которые часто радикально отличаются от свойств этого же вещества в форме сплошных фаз или макроскопических дисперсий.

Токсичность наноматериалов: доказательства и предположения 3

Рис. 3 — Капсулы из наноматериала, используемые для адресной доставки.[3]

В настоящее время основные области применения наноматериалов — это: техника,( где определяемая уникальными свойствами наноматериалов, отличных от свойств веществ в обычной (макродисперсной) форме, становится создание высокопрочных, в том числе композитных, конструкционных материалов), микроэлектроника и оптика (микросхемы, компьютеры, оптические затворы и т.д.), энергетика (аккумуляторы, топливные элементы, высокотемпературная сверхпроводимость и др.), химическая технология, военное дело, научные исследования (метки и индикаторы), охрана окружающей среды (наночипы и наносенсоры).

В медицине наноматериалы находят применение для целей транспорта лекарственных средств, в шовных и перевязочных материалах, для создания биосовместимых имплантатов и др. В парфюмерно-косметической промышленности наночастицы используются как составная часть солнцезащитных кремов; в сельском хозяйстве — для более эффективной доставки средств защиты растений и удобрений, для нанокапсулирования вакцин; предполагается использование наночастиц для доставки ДНК в растения в целях генной инженерии. В пищевой промышленности наноматериалы находят применение в фильтрах для очистки воды, при получении более легких, прочных, более термически устойчивых и обладающих антимикробным действием упаковочных материалов, при обогащении пищевых продуктов микронутриентами. Использование наночипов предполагается для идентификации условий и сроков хранения пищевой продукции и обнаружения патогенных микроорганизмов.

3 стр., 1463 слов

Наноматериалы, их получение и применение

... в XXI веке. 2. Понятие о наноматериалах. Классификация и типы структур наноматериалов Так что же такое наноматериалы? В общем, это материалы, обладающие каким-либо уникальным свойством, полученным благодаря использованию наночастиц и нанотехнологий в ...

Большинство наноматериалов может обладать совершенно иными физико -химическими свойствами и биологическим действием. В связи с этим они относятся к материалам и продукции потенциального риска для здоровья человека и среды обитания наноматериалы могут. Частично поэтому наноматериалы широко не используются в медицине и других промышленных областях. Ниже будут показаны положительные и отрицательные стороны использования наноматериалов.[2, 3, 4, 5]

Токсичность наноматериалов: доказательства и предположения 4

Рис. 4 — Одна из моделей наноробота, используемая в медицинских целях. К сожалению полностью функциональные нанороботы еще не изобретены.[3]

4. Положительная сторона использования наноматериалов

 положительная сторона использования наноматериалов 1

Рис. 5 — Кожный покров в разрезе. Красные точки видные на изображении — наночастицы размером 1 мкм. [3]

Использование наноматериалов в медицине позволяет проводить диагностику заболеваний на ранней стадии, в перспективе — на уровне единичных клеток. В качестве примера можно привести диагностику с помощью магнитных наночастиц. При введении в организм суспензии из таких частиц они захватываются макрофагами. Если где-то есть опухоль или протекает воспалительный процесс, «меченые» макрофаги устремляются туда и могут быть легко обнаружены с помощью магнитного томографа. Другим примером служат квантовые точки, обладающие, подобно атомам, дискретным спектром излучения. Обработанные определённым образом, они могут маркировать раковые клетки, что уже подтверждено экспериментами на мышах. Или же суспензию из зелёных квантовых точек можно вводить в сосуды для визуализации кровеносной системы. Если в каком-то месте повреждён маленький сосуд или капилляр, это будет отчётливо видно, поскольку в тканях человеческого организма нет зелёного цвета.

 положительная сторона использования наноматериалов 2

Рис. 6 — Наношестерни молекулярного размера.[3]

Наноматериалы позволили сделать адресную доставку лекарств более эффективной. В дальнейшей перспективе планируется реализовать доставку лекарств и генов к поражённым клеткам. Это намного повышает возможности лечения онкологических и некоторых других заболеваний сильнодействующими препаратами с ярко выраженными побочными действиями.

Использование наноматериалов в регенеративной медицине. Её цель — мобилизация собственных возможностей организма на борьбу с такими заболеваниями, как диабет, остеоартрит, поражения сердечной мышцы и центральной нервной системы. В основе регенеративной медицины лежит доставка к поражённым участкам тела биосовместимых материалов, стволовых клеток, а также сигнальных молекул, инициирующих регенеративные процессы на клеточном уровне.

Особые перспективы открывают нанотехнологии в области питания человека. Так в настоящие время уже массово производятся «умные» упаковки для пищевых продуктов, которые не только обеспечивают антимикробные свойства, баланс влажности и газопроницаемости, но и способны сигнализировать потребителям об истекшем сроке годности продука.

На основе нанотехнологий разрабатываются новые типы пищевых добавок позволяющих при соответствующий кулинарной обработки придавать продукту новые кулинарные свойства(цвет, аромат, вкус).[3,4,5,7]

6 стр., 2916 слов

История открытия серебра

... горах в 40-45 км от города Фрайберг) был обнаружен самородок серебра весом 20 т. Глыбу серебра размером 1 х 1 х 2,2 м выволокли из горной выработки, ... же месторождении и получившая за свои размеры название «серебряный тротуар», имела длину около 30 м и содержала 20 т серебра. Однако, при всей внушительности когда-либо обнаруженных ...

5. Отрицательная сторона использования наноматериалов

Последствия воздействия наноматериалов на живые организмы изучено не до конца, но можно выделить некоторые допустимые и уже известные проблемы, которые могут возникнуть при попадании наночастиц в живой организм.

 отрицательная сторона использования наноматериалов 1

Рис. 7 — Сборка молекул ДНК.[3]

Увеличение химического потенциала веществ на межфазной границе высокой кривизны. Для макрочастиц (размерами порядка микрона и более) данный эффект незначителен (не более долей процента), но большая кривизна поверхности наночастиц и изменение топологии связи атомов на поверхности может привести к изменению их химических потенциалов. Вследствие этого существенно изменяется растворимость, реакционная и каталитическая способность наночастиц и их компонентов;

— Большая удельная поверхность наноматериалов. Очень высокая удельная поверхность (в расчете на единицу массы) наноматериалов увеличивает их адсорбционную емкость, химическую реакционную способность и каталитические свойства. Это может приводить, в частности, к увеличению продукции свободных радикалов и активных форм кислорода и далее к повреждению биологических структур (липиды, белки, нуклеиновые кислоты, в частности, ДНК).

Небольшие размеры и разнообразие форм наночастиц. Наночастицы, вследствие своих небольших размеров, могут связываться с нуклеиновыми кислотами (вызывая, в частности, образование аддуктов ДНК), белками, встраиваться в мембраны, проникать в клеточные органеллы и, тем самым, изменять функции биоструктур. Так же наночастицы могут не вызывать иммунный ответ из-за их незначительного размера.. Процессы переноса наночастиц в окружающей среде с воздушными и водными потоками, их накопление в почве, донных отложениях могут также значительно отличаться от поведения частиц веществ более крупного размера.

 отрицательная сторона использования наноматериалов 2

Рис. 8 — Нанопорошок ZnO.[1]

Высокая адсорбционная активность. Из-за своей высокоразвитой поверхности наночастицы обладают свойствами высокоэффективных адсорбентов, то есть способны поглощать на единицу своей массы во много раз больше адсорбируемых веществ, чем макроскопические дисперсии. Возможна, адсорбция на наночастицах различных контаминантов и облегчение их транспорта внутрь клетки, что резко увеличивает токсичность последних. Многие наноматериалы обладают гидрофобными свойствами или являются электрически заряженными, что усиливает как процессы адсорбции на них различных токсикантов, так и их способность проникать через барьеры организма.

Высокая способность к аккумуляции. Возможно, что из-за малого размера наночастицы могут не распознаваться защитными системами организма, не подвергаются биотрансформации и не выводятся из организма. Это ведет к накоплению наноматериалов в растительных, животных организмах, а также микроорганизмах, передаче по пищевой цепи, что, тем самым, увеличивает их поступление в организм человека.

Таким образом описанные выше факторы, подтверждают. Что наноматериалы обладают совершенно другими физико-химическими свойствами и могут быть токсичными, а так же подтверждают что токсичность возрастает с уменьшением размеров частиц. Таким образом, могут проявлять токсичность и наночастицы из материалов, не токсичных в обычной форме .

5 стр., 2046 слов

Филипас 1. Термодинамическое исследование скважин

... пласта для определения его параметров. Эти исследования также можно применять и для изучения газовых скважин. 1. Термодинамическое исследование скважин. Известно, что колебания температуры на земной ... геотерма. Термограмма - распределение температуры в работающей скважине имеет отклонения от геотермы, которые связаны с термодинамическими и гидродинамическими процессами, происходящими в продуктивном ...

Появление новых материалов и технологий нередко несет с собой и новую угрозу здоровью человека и окружающей среде. Опасения относительно возможной токсичности наноматериалов, которые имеют весьма большую удельную поверхность, малые размеры, а значит, высокую химическую активность и высокую способность к проникновению в организм, заставили ученых заняться исследованиями их влияния на живую природу.[2, 3, 4, 5, 7]

6. Лабораторные исследования по токсичности наноматериалов.(In Vitro)

Исследования по токсичности наноматериалов и их влиянию на живую природу влияния в первую очередь проводились в лаборатория, так называемые исследования «In Vitro», что в переводе с латинского означает — в пробирке, в искусственных условиях.

Одни из первых наночастиц с уникальными свойствами, известные ученым с давних пор являются металлические наночастицы и образуемые ими нанокластеры. Среди всех металлических наноматериалов следует выделить наночастицы золота и серебра.

Коллоидное золото.

Коллоидное золото известно еще с древности и использовалось в лечебных целях. С XX века золото стало применяться в изучении оптических и фрактальных свойств, механизмов агрегации и стабилизации коллоидов, биологии и медицине, физике и аналитической химии.

Учеными было доказано, что типы и способы модификации поверхности наночастиц золота оказывают воздействие на развитие токсического эффекта (in vitro), а также на функциональную активность макрофагов. Изучение токсичности наночастиц золота на эмбрионах показало, что эмбриотоксические свойства сильнее проявляются у наночастиц размером 0,8 нм, чем 1,5 нм. В тоже время тератогенный эффект характерен вне зависимости от их размера. [8]

Наночастицы серебра.

Наночастиц серебра размером 5-50 нм обладают сильной антибактериальной и цитотоксической активностью по отношению к гепатоцитам крыс. Механизм развития токсичности связан с окислительным стрессом, нарушением функций митохондрий и увеличением проницаемости мембраны. Однако , ингаляционное воздействие наночастицами серебра на крыс в концентрации 1,73·104 — 1,23·106 частиц/см3 в течение двадцати восьми дней не выявило значимых изменения в массе тела и больших отклонений от контрольной группы биохимических показателей периферической крови. Это соответствует требованиям американской конференции (ACGIH), установившей предельно допустимую концентрацию наночастиц серебра в воздухе — 2,16·106 частиц/см3. Токсичность наночастиц серебра зависит от используемых клеточных линий (in vitro) и включения наночастиц в дендримеры.[4, 7, 9]

 лабораторные исследования по токсичности наноматериалов  1

Наночастицы кадмия, хрома, меди, никеля и цинка.

Исследования токсичности наночастиц кадмия, хрома, меди, никеля и цинка на водной культуре дафний (Daphnia magna) показали, что медь и цинк проявляют похожую токсичность, которая усиливается при низком значениях pH (кислотно-щелочной среды).

При этом добавление ЭДТА в среду снижало токсическое воздействие обоих меди и цинка, тогда как тиосульфат натрия снижал только токсическое воздействие меди. Проявление токсических свойств других металлов так же зависело от кислотно-щелочной среды.[4, 7]

24 стр., 11564 слов

Лазерное излучение в биологических исследованиях

... важных моментов, определяющих действие низкоинтенсивного излучения лазера на важнейшие функции клеток и тканей, процессы жизнедеятельности и регенерации ... Уже первые исследования показали, что лазерная радиация избирательно поглощается содержащимися в клетках пигментными веществами. ... ускоряет скорость его образования, повышает эффективность работы дыхательной цепи митохондрий. В то же время ...

Наночастицы титана.

Наиболее широко используемым в настоящее время , как в чистом виде, так и в составе наноматериалов оксид титана. Токсикологические исследования тонких (250 нм) и ультратонких (20 нм) TiO2 при ингаляционном введении крысам показали, что частицы размером 20 нм способны накапливаться в лимфоидных тканях , обладают повреждающим действием по отношению к ДНК лимфоцитов и клеток мозга. Основным механизмом токсического действия наночастиц оксида титана является индукция активных форм кислорода, причем реактивность зависит не только от размеров наночастиц, но и от того какой структурой представлен TiO2..[4, 7]

Наночастицы алюминия.

Сильными токсическими свойствами обладают наночастицы алюминия, которые способны подавлять синтез м-РНК. Вызывать пролиферацию клеток, индуцировать проатерогенное воспаление, нарушение функций митохондрий и т.д.[4, 7]

Наночастицы ванадия.

Наночастицы оксида ванадия размером менее 30 нм в концентрации выше 10 мкг/мл обладают сильными каталитическими свойствами и способны генерировать ОН- — радикалы, который в дальнейшем окисляет липиды.[5, 7]

Углеродные нанотрубки.

Исследование углеродных нанотрубок (in vitro) в культуре клеток эпидермальных кератоцитов человека и мыши показало, что углеродные нанотрубки проникают через мембрану, аккумулируется внутри клетки и индуцируют апоптоз. Одно стенные углеродные нанотрубки в концентрациях 25, 50, 100 и 150 мкг/мл ингибируют пролиферацию эмбриональных клеток человеческой почки. При пероральном введении растворимые в воде углеродные нанотрубки распределяются по тканям и органам, исключая мозг. Много стенные углеродные нанотрубки снижают жизнеспособность клеток. [3, 6]

 лабораторные исследования по токсичности наноматериалов  2

Рис. 10 — Углеродные нанотрубки диаметра 50 нанометров.[3]

Наночастицы кремния.

Исследования цитотоксичности диоксида кремния в форме нанопроволоки и наночастиц (in vitro) на двух линиях эпителиальных клеток человека показали, что концентрация 190 мкг/мл является предельной, ниже которой токсические эффекты не наблюдаются. Более высокие концентрации вызывали разрушение мембраны и некроз клеток. Использование культуры клеток бронхоальвеолярной карциномы человека показали цитотоксический эффект наночастиц диоксида кремния размером 15 и 46 нм. Наночастицы на основе полистирола (30, 100 и 300 нм) при пероральном введении способны проникать в печень и селезенку.[5, 7]

7. Исследования по токсичности наноматериалов проводимые на живых организмах.(In vivo)

Исследования по токсичности наноматериалов и их влиянию на живую природу проводимые на живых организмах, не в лабораторных условиях, исследования «In Vivo», что в переводе с греческого означает живой, на живом.

Наночастицы железа.

 исследования по токсичности наноматериалов проводимые на живых организмах  1

Рис. 11 — Применение наноматериалов для медицинской диагностики.[3]

Исследования воздействия наночастиц железа на живые организмы, на мышей, крыс, крупно рогатый скот, птиц, рыб, некоторые растительные объекты описанные в монографии Коваленко и Фолманиса «Биологически активные нанопорошки железа».

6 стр., 2870 слов

Ультразвуковое исследование щитовидной железы

... всегда эффективен. Ультразвуковая диагностика имеет почти 100% чувствительность в выявлении очагового поражения щитовидной железы, в выявлении рака около 93%. Щитовидная железа реагирует практически на все виды ... данной группы считается комплексная терапия, включающая препараты, модулирующие Функциональную активность клеток иммунной системы. Хронический аутоиммунный тиреоидит (ХАТ) в прежние годы ...

Так, острое пероральное введение мышам суспензии наночастиц железа в дозе 50, 100 и 500 мкг/кг не вызывало каких-либо токсических эффектов. Только дробное введение доз 1000, 2000 и 5000 мкг/кг приводило к развитию воспалительного процесса на слизистой желудка и кишечника, а также сдвигов в гемопоэзе. Хроническое воздействие наночастицами железа в дозах 20 и 40 мкг/кг в течение 90 дней не приводило к значимым отклонениям от биохимических и гематологических показателей контрольной группы. Кроме того, было показано, что дозы 2 — 6 мкг/кг стимулируют рост животных, бактерицидную активность сыворотки крови и увеличение общего белка в крови. Предпосевная обработка семян нанопорошками железа в концентрации 0,001% положительно влияло на энергию прорастания, однако увеличение концентрации до 0,01% приводило к подавлению прорастания. Была рассчитана оптимальная доза предпосевной обработки (2-6 мг на 1 га), дающей от 5% до 30% повышения урожайности и улучшения товарного вида растительной продукции. Низкая токсичность суспензии оксида железа γ-Fe2O3 в комплексе с гуминовыми кислотами была показана на клеточной культуре фибробластов человека. Слабая токсичность, биосовместимость и магнитные свойства железа позволили создать маркер на основе Fe2O3, стабилизированного декстраном и цитратом натрия для онкодиагностики (торговое название Синерем).

Исследования острой токсичности на крысах и собаках показало, что Синерем проявляет остро-токсические свойства в дозах превышающих 400мг/кг. Изучение хронической токсичности выявило увеличение активности АЛТ и АСТ в крови, ассоциированных с цитоморфологическими изменениями в печени. Синерем не обладал генотоксичностью. Темнее менее были обнаружены некоторые тератогенные эффекты и эмбриотоксичность. Ингаляционное воздействие наночастиц оксида железа размерами 22 и 280 нм на крыс в дозах 0,8 и 20 мг/кг вызывало индукцию активных форм кислорода в клетках, гиперемию, гиперплазию и фиброз тканей легких. Также было выявлено нарушение системы свертывания крови.[9]

Наночастицы меди.

Изучение токсичности наночастиц меди (23,5 нм), микрочастиц меди (17 микрон) и ионов (CuCl2) на мышах при пероральном введении позволило рассчитать параметры острой токсичности : 413, 5000 и 110 мг/кг. Органами-мишенями токсического воздействия оказались печень, селезенка, почки. При этом не масса тела животных не изменялась.[7,9]

Наночастицы цинка.

Фитотоксические исследования свойств наночастиц цинка и его оксида на кукурузе, редисе, огурце показали, что их концентрация 2000 мг/л отрицательно действует на прорастание семян кукурузы и подавляет удлинение корней. Была рассчитана пятидесяти процентная ингибиторная концентрация для редьки, которая составила 50 мг/л.

Воздействие различных концентраций суспензий микрочастиц, наночастиц и ионов цинка на водные культуры дафний и бактерий выявило летальные концентрации — 8,8, 3,2 и 6,1 мг/л для дафний и 1,8, 1,9 и 1,1 мг/л для бактерий, соответственно.

4 стр., 1803 слов

Классификация топливно-энергетических ресурсов. Виды возобновляемых ...

... энергетических ресурсов представлены схеме, изображенной на рис. 1. Вторичные топливно-энергетические ресурсы делятся на три основные группы: Рис. 1 - Виды топливно-энергетических ресурсов горючие (топливные), ... машиностроения. 1. КЛАССИФИКАЦИЯ ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ Топливно-энергетические ресурсы (ТЭР) - ... специальными метановыми бактериями. Геотермальная энергия Ресурсы: тепло земных ...

Различия в токсичности наночастиц и микрочастиц цинка также были показаны на взрослых мышах. Причем микрочастицы цинка оказались токсичнее, чем наночастицы. В обоих случаях наблюдалось поражение почечной функции, также нано-цинк вызывал анемию и нарушение системы свертывания крови.[7]

 исследования по токсичности наноматериалов проводимые на живых организмах  2

Рис. 12 — Бактерии E-coli до и после обработки углеродными нанотрубками.[3]

Углеродные нанотрубки.

Ученые выяснили что углеродные нанотрубки токсичны для клеток кишечной палочки. Исследователи использовали штамм кишечной палочки со встроенным геном из светящихся морских бактерий. Суспензию клеток смешивали с одностенными углеродными нанотрубками таким образом, чтобы в 1 мл водной суспензии присутствовали 1 млрд. клеток и 0,2 мг частиц, и выдерживали разное время при комнатной температуре. Затем клетки отмывали от нанотрубок и рассматривали с помощью атомно-силового микроскопа. Клетки кишечной палочки, проведшие несколько дней в воде, выглядят как настоящие палочки. Однако после четырех суток инкубации с углеродными нанотрубками поверхность бактерий была деформирована. Клетка частично утрачивает содержимое, из-за чего ее изображение имеет провал в средней части. На 7-8-е сутки содержимое клеток вытекает полностью, и от бактерий остается только сплющенная клеточная оболочка.

Исследователи отмечают, что материал, из которого изготовлены нанотрубки, не оказывает на клетки такого действия. Бактерицидными свойствами обладают именно нанотрубки. Через двое суток инкубации с ними количество живых бактерий в суспензии сократилось вдвое, через 3 суток — более чем на порядок. Очевидно, эти структуры механически разрушают бактериальную клеточную стенку и мембрану под ней.

Таким образом углеродные нанотрубки не только вызывают внешние изменения бактерий и снижают их жизнеспособность, но и влияют на клеточный метаболизм. Уже через час совместной инкубации бактерии в два раза увеличивают потребление кислорода, но к третьему часу оно приходит в норму. Уровень метаболизма удобно также определять по свечению клетки: после инкубации с нанотрубками кишечная палочка с геном морской фотобактерии светится далеко не так ярко, как должна. Уже через сутки биолюминесценция снижается на 45-50%.

Исследования проведенные учеными из НАСА показали, что при впрыскивании наночастиц в дыхательные пути мышей углеродные нанотрубки причиняли значительный вред легким и вызывали гибель нескольких мышей, но при этом фуллерены не наносили никакго вреда.[10]

Заключение

Представленных данных видно, что токсические свойства наночастиц металлов сильно зависят от их размеров и структурной организации. В тоже время одним из основных механизмов токсического действия является окислительный стресс, который обуславливается активными формами кислорода, генерируемыми наночастицами.

Таким образом видно, что токсичность наноматериалов зависит не только от физической природы, способа получения, размеров, структуры нанокластеров и наночастиц, но и от биологической модели, на которой проводятся испытания. Органы-мишени и механизмы развития токсического эффекта разнообразны. Одни наноматериалы благодаря своей физической природе способны индуцировать активные формы кислорода. Другие способны проникать через тканевые барьеры, внутрь клеток и взаимодействовать с внутриклеточными компонентами. Третьи, дендримеры различной степени генерации, некоторые типы наноматериалов могут нарушать мембранные структуры, делая их проницаемыми. Рассматривая выше изложенный материал, можно увидеть, что не всегда и не везде наноматериалы оказывают токсическое или иное повреждающее действие. Так одни исследователи однозначно обнаружили цитотоксический эффект магнитных частиц на основе оксида железа, другие же напротив, показали, что они безвредны.

26 стр., 12775 слов

Маслянокислые бактерии как продуценты кислот

... Характерным С4 - продуктом является масляная кислота. Осуществляют такой тип брожения многие бактерии, относящиеся к роду Clostridium. ... У клостридий, осуществляющих ацетонобутиловое брожение, образование масляной кислоты происходит на первом этапе брожения. По мере подкисления среды ... катаболические процессы с биосинтетическими реакциями. Объясняется это тем, что у клостридий (как и других анаэробов) ...

Предоставленные материалы показывают насколько уникальны по своим свойствам наноматериалы, даже если они состоят из одного и того же химического вещества.

Токсичность же наноматериалов напрямую связана с их размерами, а значит, с крайне высокой удельной площадью, которая обуславливает высокую химическую активность и высокую способность к проникновению в организм, таким образом получается так, что чем меньше размер материала, тем больше его удельная площадь и тем больше степень токсичности материала.

Список используемой литературы

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/referat/toksichnost-nanomaterialov/

наноматериал токсичность

1. Ильин Л.А. , И.В. Саноцкий Методы определения токсичности и опасности химических веществ, 1990. с.440-447.

2. Кардановский В.А. «Наноматериалы: то ли враг, то ли друг?» статья для журнала «Наука и Жизнь» // Электронный ресурс: <http://www.nkj.ru/news/6191/?sphrase_id=22217>

  • Годымчук А.Ю. Лекции по курсу «Отрасли наноиндустрии и области применения наноматериалов».// Электронный ресурс: <http://portal.tpu.ru/SHARED/g/GODYMCHUK/Education>.
  • Кобаяси Н.

Введение в нанотехнологию. М.: Бином. Лаборатория знаний, 2007. с.134.

  • Данилов А. — «Дуализм наночастиц» // Журнал «Российские нанотехнологии» — 2009. Т.41. №5. с.20-21.

6. Carbon nanotubes render E. coli inactive // Электронный ресурс: <http://nanotechweb.org/articles/news/6/8/14/1>.

7. Г.Г. Онищенко, Б. Г. Бикотько, В.И. Покровский, А. И. Потапов «Концепция токсикологических исследований, методологии оценки риска, методов идентификации и количественного определения наноматериалов» 2007 год. // Электронный ресурс: <http://www.nanonewsnet.ru/blog/nikst/kontseptsiya-toksikologicheskikh-issledovanii-nanomaterialov>.

  • Дыкман Л.А., Богатырев В.А., Щеглов С.Ю., Хлебцов Н.Г. Золотые наночастицы: синтез, свойства, биомедицинское применение. М.: Наука, 2008. с.319.
  • Коваленко Л.В., Фолманис Г.Э.

Биологически активные нанопорошки железа. М.: Наука, 2006. с.124.