Particle and Fibre Toxicology, 2006; 3: 11-11 (más artículos en esta revista)

Los riesgos potenciales de los nanomateriales: un examen llevado a cabo para ECETOC

BioMed Central
Paul Borm, JA (p.borm @ hszuyd.nl) [1], David Robbins (david.robbins @ cenamps.com) [2], Stephan Haubold (Haubold@Nano-solutions.de) [3], Thomas Kuhlbusch (tky @ iuta.de) [4], Heinz Fissan (h.fissan @ uni-duisburg.de) [4], Ken Donaldson (ken.donaldson @ ed.ac.uk) [5], Roel Schins (roel.schins @ uni-duesseldorf.de) [6], Vicki Stone (v.stone @ napier.ac.uk) [7], Wolfgang Kreyling (kreyling@gsf.de) [8], Jurgen Lademann (juergen.lademann @ charite.de ) [9], Jean Krutmann (krutmann@uni-duesseldorf.de) [6], David Warheit (David.B.Warheit @ USA.dupont.com) [10], Eva Oberdorster (eoberdor@mail.smu.edu) [11]
[1] Centro de Especialización en Ciencias Biológicas, Universidad de Zuyd, Heerlen, Holanda
[2] Cenamps, Newcastle upon Tyne, Reino Unido
[3] Nanogate Coating Systems, Saarbrücken, Alemania
[4] AITU, Duisburg, Alemania
[5] ELEGI, Universidad de Edimburgo, Edimburgo, Escocia, Reino Unido
[6] UITA en la Universidad de Düsseldorf, Düsseldorf, Alemania
[7] Departamento de Ciencias Biológicas, Universidad Napier, Edimburgo, Escocia, Reino Unido
[8] GSF-Centro de Investigaciones para el Medio Ambiente y Salud, Instituto de Biología inhalación, Neuherberg, Alemania
[9] Dermatología Clínica, Charite, Berlín, Alemania
[10] Haskell Labs, Dupont de Nemours, Wilmington, EE.UU.
[11] Departamento de Biología, Universidad Metodista del Sur, Dallas, EE.UU.

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Resumen

Durante los últimos años, la investigación sobre las propiedades toxicológico de las nanopartículas de ingeniería ha aumentado enormemente. Una serie de proyectos internacionales de investigación y otras actividades se están llevando a cabo en la UE y los EE.UU., alimentando la esperanza de que un mayor número de técnicos pertinentes y los datos toxicológicos se publicará. Su uso generalizado permite para la exposición potencial a las nanopartículas de ingeniería durante todo el ciclo de vida de una gran variedad de productos. Al examinar las posibles rutas de exposición de las nanopartículas fabricadas, inhalación, dérmica y la exposición oral son los más evidentes, dependiendo del tipo de producto en el que se utilizan nanopartículas. Esta revisión muestra que (1) Las nanopartículas pueden depositar en las vías respiratorias después de la inhalación. Por una serie de nanopartículas, el estrés oxidativo relacionados con reacciones inflamatorias se han observado. Tumores relacionados con efectos sólo han sido observados en ratas, y podría estar relacionado con las condiciones de sobrecarga. También hay algunos informes indican que la absorción de las nanopartículas en el cerebro a través del epitelio olfatorio. Translocación de nanopartículas en la circulación sistémica puede ocurrir después de la inhalación pruebas pero está presente en la medida de translocación. Estos hallazgos instar a la necesidad de estudios adicionales para aclarar aún más estas conclusiones y caracterizar el impacto fisiológico. (2) En la actualidad hay poca evidencia de estudios de penetración de la piel que las solicitudes por vía cutánea de nanopartículas de óxido de metal utilizados en los filtros solares conducir a la exposición sistémica. Sin embargo, se ha planteado la cuestión de si las pruebas habituales con saludable, la piel intacta será suficiente. (3) La adopción de las nanopartículas en el tracto gastrointestinal después de la absorción oral es un fenómeno conocido, de los cuales es el uso intencional realizado en la elaboración de alimentos y componentes farmacológicos. Por último, esta revisión indica que sólo algunas nanopartículas se han investigado en un número limitado de sistemas de pruebas y la extrapolación de estos datos a otros materiales no es posible. La contaminación del aire estudios han generado una prueba indirecta de la función de combustión de derivados nanopartículas (CDNP) en la conducción efectos adversos para la salud en los grupos susceptibles. Los estudios experimentales con algunas nanopartículas a granel (negro de humo, dióxido de titanio, óxidos de hierro) que se han utilizado durante décadas sugieren diversos efectos adversos. Sin embargo, la ingeniería nanomateriales con nuevas propiedades químicas y físicas se están produciendo constantemente y la toxicidad de estas sustancias es desconocida. Por lo tanto, a pesar de la actual base de datos sobre nanopartículas, no cobija declaraciones sobre toxicidad humana se puede dar en este momento. Además, limita los datos ecotoxicológicos de los nanomateriales se opone a una evaluación sistemática del impacto de las nanopartículas en los ecosistemas.

1) Antecedentes
1,1 Definiciones

La nanotecnología es considerada por muchos como el siguiente paso lógico en la ciencia, la integración de la ingeniería con la biología, la química y la física [1]. Se deriva de la actual tendencia de miniaturización de la tecnología, tal como se describe por la Ley de Moore y la combinación con otras disciplinas. Miniaturización, sin embargo, sus límites y nuevos enfoques en la industria manufacturera (bottom-up de fabricación) tienen que ser desarrolladas para alcanzar los hitos previstos.

La nanotecnología puede considerarse como la aplicación de la ciencia que "los pasos a través de los límites" de la miniaturización, donde "nuevas normas" se apliquen [2] Más concretamente, cuando las dimensiones de una pieza de material sólido llegar a ser muy pequeños, sus propiedades físicas y químicas propiedades pueden ser muy diferentes de las del mismo material en forma más amplia a granel. Este es uno de los sellos distintivos de la nanotecnología, que puede describirse como un área de investigación en los que este límite de las nuevas propiedades se alcanza y las estrategias se desarrollan a explotar el régimen de tamaño controlado por las propiedades.

En el último par de años, el término nanotecnología ha sido inflado y se ha convertido prácticamente en sinónimo de cosas que son innovadoras y muy prometedor. Por otra parte, es también objeto de considerable debate en relación con la cuestión abierta en estudios toxicológicos y de impacto ambiental de nanopartículas y nanotubos [3, 4]. En esta discusión una definición de la nanotecnología y sus sectores subyacentes, las aplicaciones y los mercados es importante para el propósito de la evaluación del riesgo y comunicación del riesgo. Muchas definiciones se refieren a la escala de longitud (nano), de esta nueva ciencia, pero no toda mención a las nuevas funcionalidades de los materiales y componentes a nanoescala. Un comúnmente utilizadas definición de trabajo se refiere al tamaño y (cambiar) propiedades de los materiales en el rango de tamaño entre el 1 nanómetro (10) y 100 nm, pero esto da lugar a muchas incertidumbres y contradicciones que deben ser resueltas.

Aunque bastante abierto y resumen de la reciente definición remitida por un grupo de trabajo de la Akademie Europische [2] dice:

"La nanotecnología se ocupa de sistemas funcionales basados en el uso de sub-unidades de tamaño específico con propiedades que dependen de cada sub-unidades o de un sistema de los"

El informe de la Royal Society y la Real Academia de Ingeniería [5] da las siguientes definiciones de "nanociencias" y "nanotecnologías":

"Nanociencia es el estudio de los fenómenos y la manipulación de materiales a atómica, molecular y macromolular escalas, donde las propiedades difieren considerablemente de los que están en una escala más amplia";

"Las nanotecnologías son el diseño, caracterización, producción y aplicación de estructuras, dispositivos y sistemas de control de forma y tamaño a escala de nanómetro".

Otras definiciones son más específicas, como el utilizado por Nanoforum:

La nanotecnología se compone de áreas de la tecnología donde las dimensiones y tolerancias en el rango de 0,1 nm a 100 nm desempeñar un papel crítico

O muy simple, tal como se define en [6] La nanotecnología - la manipulación, la precisión de colocación, medida, modelización o de fabricación de sub-100 nanómetros escala asunto.

1,2 principales aplicaciones y los mercados de nanotecnología

El mercado de la nanotecnología pueden ser ampliamente divididas en 3 segmentos, a saber. Materiales, herramientas y dispositivos:

1. Nano - se usa para describir los materiales con uno o más componentes que tienen por lo menos una de las dimensiones en el rango de 1 a 100 nm e incluyen nanopartículas, nanotubos y nanofibras, materiales compuestos y nanoestructurados superficies. Estos incluyen nanopartículas (NP) como un subconjunto de los nanomateriales está definido actualmente por consenso, como única partículas con un diámetro <100 nm. Aglomerados de NP puede ser superior a 100 nm de diámetro, pero se incluirán en el debate, ya que pueden romper por la debilidad de las fuerzas mecánicas o en disolventes. Nanofibras son una sub-clase de nanopartículas (incluye nanotubos), que tiene dos dimensiones <100 nm, pero la tercera (axial) dimensión puede ser mucho mayor.

2. Nanotools - herramientas y técnicas para la síntesis de nanomateriales, la manipulación de átomos y fabricación de estructuras de dispositivos, y - muy importante - para la medición y caracterización de materiales y dispositivos a nanoescala;

3. Nanodevices - haciendo dispositivos a nanoescala, importante en la microelectrónica y optoelectrónica en el momento actual, y en la interfaz con la biotecnología, donde el objetivo es imitar la acción de los sistemas biológicos, tales como motores celular. Esta última área es la más futurista, y excita la mayor reacción de la opinión pública.

En este informe se centran principalmente en los riesgos de las nanopartículas fabricadas y nanofibras, ya que este ámbito de la nanotecnología debería alcanzar el volumen de producción en el corto plazo y también es el aspecto que suscita mayor preocupación pública sobre los posibles riesgos para la salud. Sin embargo, la distinción de compuestos nanomateriales y herramientas y dispositivos se difumina cuando nanoescala los materiales se combinan para aplicaciones médicas. En el plazo más cercano, algunas nanopartículas ofrecen la oportunidad de desarrollar drogas inteligentes vectores que pueden moverse a través del cuerpo a lugares de destino, o de sensores y sistemas de diagnóstico que operan en las células. Nano también podría ser utilizado para la síntesis de estructuras para implantes en el cuerpo que tienen propiedades que se asemejan a las propiedades de los materiales naturales. Tejidos andamios que utilizan biocompatible nanomateriales para controlar el crecimiento celular y la adhesión están en desarrollo, y en el futuro los órganos artificiales que imitan la porosidad y la estructura capilar natural de órganos como el corazón y el hígado puede convertirse en realidad [7]. Estas aplicaciones no son objeto de este estudio, pero un grupo de trabajo de la Fundación Europea de la Ciencia sobre este tema [7]. Nanomateriales constituyen de lejos la más importante oportunidad de mercado en un futuro previsible. 2002 Un estudio de mercado que las previsiones para el año 2015 el total mundial de la producción industrial en los sectores que pueden verse influidos por los nanomateriales será de más de US $ 10000 millones (realista http://www.inrealis.com]. La misma encuesta indica que, para entonces, aproximadamente el 10% de la producción del sector químico se nano-influenciado. El impacto de la nanotecnología se verá en particular al permitir la innovación en las áreas de especialidad y productos de química fina, y en las materias primas para productos farmacéuticos y productos para el cuidado personal. Las nanopartículas y nanofibras será especialmente importante en estas aplicaciones.

El único tamaño que dependen de las propiedades de nanomateriales significa que de alguna manera se comportan como nuevas sustancias químicas. Por ejemplo, nanopartículas de dispersión y puede absorber a corto radiación UV de longitud de onda, dejando, sin embargo-ya la luz visible de longitud de onda prácticamente intactos. Esta propiedad se explota a los filtros solares transparentes. Cuando nanopartículas fluorescentes absorben la radiación ultravioleta que emiten luz visible, y el color de la luz emitida es diferente de nanopartículas de diferentes diámetros. Este efecto se explota cuando nanopartículas están diseñados como un código de colores para las etiquetas fluorescentes que pueda acoplarse al objetivo moléculas o utilizados como marcadores de diagnóstico. Los cambios en óptica y propiedades de transporte llegar a ser muy pronunciada de nanopartículas de menos de unos 30 nm. Las partículas en este rango son llamados "quantum dots", ya que el tamaño es entonces el control de la separación (o cuantización) de los niveles de energía en el interior de la partícula.

Algunos han sido los nanomateriales en el volumen de producción durante mucho tiempo. Negros de humo en el tamaño de las nanopartículas han estado en producción desde hace más de un siglo, y se utilizan para la fabricación de productos de caucho y pigmentos. La sílice pirógena y otros, como los óxidos de titanio, circonio y alúmina se han producido como nanomateriales durante más de medio siglo y se utilizan como agentes tixotrópico en cosméticos y pigmentos, y, más recientemente, como base para el pulido fino polvo utilizada en la industria microelectrónica. Gran parte de este gran volumen de producción se basa en fase de vapor o llama plasma reacciones realizadas en el marco de condiciones muy controladas.

Nueva nanomateriales están siendo desarrollados para diferentes aplicaciones, utilizando las nuevas técnicas de preparación. Los volúmenes son bajos, a menudo en una escala de laboratorio la producción de <10 kg por día. Ejemplos de ello son los materiales magneticos para motores eléctricos y generadores, así como de alta densidad de almacenamiento de datos, alta corriente de electrodos de materiales para pilas de combustible, baterías y electrochromic pantallas, y materiales con nuevas propiedades de la superficie de pinturas, revestimientos para la auto-limpieza de ventanas, las manchas resistentes a los textiles Estos materiales son más costosos de producir que los materiales convencionales, y debe, por tanto, ofrecer muy altas prestaciones o beneficios similares a los usuarios para justificar el costo adicional. Como los costes de fabricación caída con el aumento de los volúmenes y la maduración de la nanotecnología métodos, se puede predecir que las ventajas de los nanomateriales dará lugar a constantes desplazamientos de los materiales convencionales en muchas aplicaciones de alto valor.

Superficies e interfaces son muy importantes para los nuevos nanomateriales. Como convertirse en partículas más pequeñas, la proporción de los átomos encontrados en la superficie aumenta en relación con la proporción dentro de su volumen. Esto significa que las nanopartículas pueden ser más reactiva, por ejemplo la creación de catalizadores más eficaz o más eficiente de materiales de relleno que permiten la reducción de peso en materiales compuestos. La mayor superficie de energía también pueden hacer interactuar nanopartículas y firmemente pegadas. Si nanomaterial componentes son sintetizados de tal manera que las partes de la superficie se pega, pero otras partes son pasivas y no se pega, entonces el movimiento browniano al azar en un líquido puede provocar que los bloques a unirse en determinadas maneras de hacer grandes estructuras. Esta es la base de los llamados "de abajo arriba" libre métodos de montaje.

La industria química es un actor clave en la explotación de la nanotecnología porque la nanomateriales que produce son la base para la innovación de los productos a través de muchos sectores industriales. En el estudio de mercado realista destaca el equipo de transporte, equipos eléctricos y electrónicos, maquinaria industrial e instrumentación, productos de caucho y plásticos, industrias de los metales, e imprenta y edición como los sectores en los que la nanotecnología se espera que tenga un gran impacto.

El estudio de materiales como cerámica, metales, polímeros y coloides siempre ha participado la ciencia a nanoescala, y es en estas zonas que la introducción de las nanotecnologías de ingeniería como una disciplina tendrá la mayor brevedad impacto comercial. Avanzada cerámica combinar bien controlados con microestructuras complejas composiciones y estructuras cristalinas. El uso de polvos cerámicos nanoescala de reducir el tamaño y distribución de alta pureza permitirá compactar ordenados en matrices y uniforme, y sinterización a temperaturas más bajas, para producir perfectamente controlada por los productos cerámicos para la microelectrónica, la grabación magnética, aplicaciones químicas, etc

Nanocompuestos se combinan con polímeros para producir nanomateriales nuevo termoplástico y termoestable materiales. La gran superficie-peso para los nanomateriales, la superficie de alta reactividad y la equiparación de la escala con dimensiones molécula de polímero puede todo contribuye a la mejora de propiedades de compuestos. Por ejemplo, los nanocompuestos pueden tener mayor resistencia a la tracción o la distorsión de calor la temperatura a más materiales similares utilizando cargas convencionales. Estas propiedades se podría alcanzar con una menor carga de relleno nanomaterial, reduciendo el peso y aumentar la transparencia de nanocompuestos en comparación con los compuestos convencionales. El uso de nanomateriales de carbono, como C 60 fullerenos y nanotubos es una forma promisoria de reforzar los materiales compuestos y tal vez hacerlas más ligeras, más fuertes y eléctricamente y ópticamente activos al mismo tiempo.

1,3 Normas y terminología

Es un hecho ampliamente aceptado que existe una urgente necesidad de normas en la nanotecnología para apoyar la legislación y la reglamentación, el análisis de riesgos y la comunicación, protección de la propiedad intelectual, y los métodos de muestreo y medición. En octubre de 2004 el Consejo Técnico Grupo de Trabajo sobre Nanotecnologías del Comité Europeo de Normalización (CEN / BT / WG 166) puso en marcha una consulta de las partes interesadas que participen los cuestionarios para la industria y no grupos de la industria.

La American National Standards Institute http://www.ansi.org ha formado un Grupo de Nanotecnología de Normas (ANSI-NSP), que emitió una serie de recomendaciones prioritarias. Cuatro áreas se consideran más urgentes para los próximos 12 meses, y dentro de cada área 3 temas fueron identificados como tener mayor importancia. Estas agrupaciones de las prioridades para la normalización nanotecnología son:

Grupo 1: terminología sistemática de los materiales composición y características

• Composición

• Morfología

• Tamaño

Grupo 2: General terminología de la nanociencia y la tecnología

• Definición del término "nano"

• Examen del impacto sobre la propiedad intelectual y otras cuestiones

• Sensibilidad a los convenios existentes

Grupo 3: Metrología y métodos de análisis y métodos de prueba estándar

• Tamaño de las partículas y la forma

• Partículas número y la distribución

• masa de partículas

Grupo 4: efectos de toxicidad / impacto ambiental / evaluación de riesgos

• La higiene ambiental y seguridad

• Los patrones de referencia para la realización de pruebas y controles

• Los métodos de ensayo para la toxicidad

Normas para las zonas de 'fabricación y transformación »y de« Modelización y Simulación' se consideran menos urgente (3-5 años).

Como se indica en el Grupo 4 supra, el mayor riesgo actual es la salud ocupacional de los trabajadores que intervienen en la investigación y fabricación de nanopartículas y nanofibras. Sin embargo, como las aplicaciones de los nanomateriales, incrementar el riesgo de exposición al público en general crecerá. No será necesario controlar los productos que incorporan nanopartículas y nanofibras a lo largo de su vida, desde la producción hasta la eliminación, a fin de estimar la probabilidad de que las emisiones al medio ambiente en particular la eliminación de residuos y los procesos de gestión. Algunos productos implicará la entrega directa de nanopartículas para los seres humanos, por ejemplo la inyección de drogas inteligentes y los sistemas de suministro de marcadores de diagnóstico y aplicación de cosméticos para la piel. En algunos casos puede haber asimilación involuntaria, por ejemplo la ingestión de nanopartículas utilizadas en tecnología de envasado de alimentos.

La amplia variedad de rutas de nanopartículas que podría ser adoptada por el órgano complica la definición de nanopartículas para ser utilizados en la evaluación del riesgo y la regulación. Probablemente es necesario considerar varios componentes y de fases múltiples partículas de cualquier tamaño y composición que puede ser absorbida por el cuerpo y luego romper a emitir nanopartículas o nanofibras de órganos diana. Nanocoatings implantados en los productos sanitarios que puedan arrojar nanopartículas o nanofibras a través del uso o desgaste también deberían incluirse. El riesgo global de la exposición a nanofibras podrá ser inferior al de nanopartículas, ya que parece ser más difícil generar aerosoles de nanofibras.

1,4 Fuentes de nanopartículas
1,5 Producción de nanopartículas fabricadas

De acuerdo con la Iniciativa Nacional de Nanotecnología (EE.UU.), el mayor volumen de producción en 2004 fue la industria química-mecánica polisher (CMP) para obleas de semiconductores, por ejemplo amoniaco-40 nm estabilizado sílice coloidal (se vende bajo el nombre de OX-200; no cantidades específicas dado). Miles de toneladas de sílice, alúmina y Ceria, en forma de partículas ultrafinas abrasivo mezclas que incluyen nanopartículas, son utilizados cada año en lodos de precisión para el pulido de las obleas de silicio. Cabot Microelectronics, el principal productor de lodos CMP, anunció recientemente que ha estado trabajando con Nano Products Corporation por 2 años para desarrollar nanopartículas especialmente diseñados para mejorar el rendimiento de la próxima generación de productos de pulido.

La fabricación del Fullereno pronto podría coincidir con la ingeniería nanopartículas de óxido de metal en cantidades de producción, con la planta de Kitakyushu (Mitsubishi, Japón) la estimación de una producción anual de 1500 toneladas de C 60 de 2007. Otras instalaciones de fabricación también prever un aumento de la producción de fullerenos, y, por tanto, la suma de producción podría ser de varios miles de toneladas de fullerenos de 2007. En 2003, el único de paredes múltiples y de paredes nanotubos tenido una producción mundial de aproximadamente 3000 kg (3 toneladas). Sin embargo, la nanotecnología del carbono Research Institute (Japón) los planes de expansión en su producción de ~ 1000 kg en 2003 a 120000 kg por año en los próximos cinco años. La capacidad de producción en todo el mundo para una sola pared y multi-pared nanotubos de carbono se estima en alrededor de 100 toneladas en 2004 [10], cada vez más a cerca de 500 toneladas en 2008. La capacidad para una sola pared nanotubos (SWNT) comprende actualmente menos del 10% del total, pero se han duplicado como proporción de la capacidad total de 2008.

El probable para la producción mundial-especialmente la ingeniería nanomateriales se resume en el cuadro 1, utilizando recientemente publicado datos [10] basándose en el análisis de la química y las revistas de investigación de mercado:

El aumento en la producción de nanomateriales de ingeniería está siendo alimentado por un crecimiento mundial en I + D, lo cual es visto como clave para la innovación industrial en muchos sectores. La magnitud de la inversión en nanotecnología relacionada con la I + D se ilustra con datos tomados de dos recientes publicaciones, se hace referencia en los cuadros 1,2 y 1,3.

Aunque la producción actual de la ingeniería nanomateriales es pequeño, es evidente que como consecuencia del aumento de la I + D el ritmo de producción se acelerará en los próximos años. Teniendo en cuenta las toneladas de ingeniería nanomaterial prevista para la producción, es probable que algunos de estos materiales en el medio ambiente durante el ciclo de vida del producto (fabricación, utilización, eliminación). Además de estos nanomateriales diseñados específicamente, se calcula que 50000 kg / año de tamaño nano-materiales se producen a través de estos destina-las fuentes antropogénicas, como los gases de escape diesel y otros procesos de combustión. Dada la gran superficie de masa de nano-tamaño de los materiales, esto es una gran cantidad de superficie reactiva.

1,6 Planes de trabajo para la futura fabricación y aplicaciones de los nanomateriales

Hay dos enfoques distintos para hacer productos con nanoescala las características y atributos.

Top-down de fabricación es el método utilizado en la industria de la microelectrónica, donde las pequeñas características se crean en gran sustratos patrón repetido de medidas que impliquen la transferencia de métodos litográfica. Extreme UV fotolitografía puede producir patrones de función con tamaños hasta 100 nm, y haz de electrones litografía pueden ser utilizados para funciones a 30 nm.

De abajo hacia arriba es la fabricación de una relación directa con la industria química. Este método se inicia con unidades muy pequeñas, a menudo moléculas individuales, o incluso los átomos, y monta la construcción de estas unidades-bloque en las estructuras más grandes - claramente el dominio de la química. ¿Qué aporta la nanotecnología es la idea de que la asamblea puede ser jerárquica y controlada de manera específica. Algunos informes recientes dan una visión de cómo la fabricación y aplicaciones de los nanomateriales podrían evolucionar en los próximos 10-20 años:

'Nano de Diseño "[12]

Este informe fue preparado por un grupo de trabajo que representan los EE.UU. industria química. Propone acciones para el año 2020 que permitirá a la industria para ofrecer una biblioteca de nanomaterial con bloques de construcción bien caracterizado composiciones, estable y arquitecturas predijo propiedades. Habrá seguro, reproducible y la relación coste-eficacia "de abajo arriba" de fabricación y montaje de métodos para incorporar estos nanomaterial bloques de construcción en los dispositivos y sistemas diseñados para realizar funciones específicas conservando al mismo tiempo la nanoescala atributos.

'Visión 2020 - nanoelectrónica en el centro de cambio "[13] Este informe fue preparado por representantes de la industria europea y los organismos de investigación como una hoja de ruta para el desarrollo de la microelectrónica en Europa. Break-permitido a través de aplicaciones de los nanomateriales podrían incluir nuevos dispositivos de almacenamiento de datos, pantallas flexibles, transistores moleculares y nuevos sensores y actuadores dispositivos.

«La nanotecnología - la innovación para el mundo del mañana" [14]

La Asociación Alemana de Ingenieros-Centro de Tecnología (VDI-TZ) para el gobierno alemán se preparó este informe. En él se describen los antecedentes científicos a la nanotecnología y los futuros campos de aplicación. Contiene muchos ejemplos de cómo los objetos cotidianos y las actividades se verán afectados por el uso de nanomateriales, y cómo esto podría cambiar la vida de las personas para mejor.

2) físico-química y las propiedades de la superficie de las nanopartículas: agregación y desagregación
2,1 Casas de nanopartículas

Las nanopartículas son únicos ya que entre 1 y 100 nm el comportamiento físico de las partículas cambios de la física clásica a la física cuántica con la disminución de tamaño de las partículas. Una nanopartícula con un radio de 2,5 nm y una densidad de 5 g / cm 3 tiene una superficie de 240 m 2 / g, cuando una bola de asumir como forma. Esto significa que alrededor del 20% de los átomos son las partículas en su superficie. Sin embargo, la superficie de una nanopartícula es nunca "al desnudo". Debido a las altas fuerzas adhesivas energético cerca de la superficie, las partículas son o aglomerado a sus vecinos, pegado a la siguiente superficie disponible o en el trabajo como un filtro de carbón activado hacia otras pequeñas moléculas. La diversidad de su composición, tamaño o composición de superficie, por lo tanto, puede cambiar las propiedades físicas y químicas de una nanopartícula:

Tamaño efectos: Dependiendo del material utilizado para producir nanopartículas, propiedades como la solubilidad, la transparencia, color, absorción o emisión de onda, conductividad, punto de fusión y el comportamiento catalítico se cambian sólo por la variable tamaño de las partículas.

Composición efectos: es evidente que las diferentes composiciones de partículas de plomo a otra físicas y químicas del comportamiento del material.

Superficie efectos: Propiedades como dispersibility, conductividad, el comportamiento catalítico y alterar las propiedades ópticas con diferentes propiedades de la superficie de la partícula.

Cuando se trata de la aplicación técnica de nanopartículas sintéticas, todos los parámetros deben ser controlados. Sin embargo, si las propiedades de la superficie no se puede controlar, nanopartículas rápidamente se convierten en partículas más grandes, debido a la aglomeración. La mayoría de los efectos tamaño depende entonces se perdió. Por otro lado biológico efectos adversos parecen ser impulsados por los mismos efectos excepcionales del NP, que es grande y activa superficie [15, 16]. El único debate si las partículas o aglomerados son importantes a estos efectos no se ha resuelto aún, pero los nanotubos ingeridos por los macrófagos se informó de que se presente como único partículas sobre la base de sus propiedades químicas [17].

En este capítulo se tratan principalmente con el único y aglomerados de partículas desde el punto de vista de síntesis y aplicación. Cuando se trata de la aplicación de las nuevas propiedades de los nanomateriales, sintetizar nanopartículas no es suficiente. Es su dispersión en el producto que importa y hace tan atractiva nanopartículas. Cuando aglomerado, nanopartículas sueltas las propiedades que están determinados por el tamaño como el color y la transparencia. Desde aglomerados tienden a establecerse fuera son difíciles de ser dispersas dentro de una matriz polimérica, una tinta, pintura, etc nata Para la aplicación de nanopartículas, por lo tanto, es crucial para controlar el comportamiento de su aglomeración. Las nanopartículas dispersas se necesitan con el fin de conservar sus propiedades específicas para las aplicaciones tecnológicas (fig 2].

2,2 Síntesis de nanopartículas y su agregación

Desde una aplicación punto de vista de la dispersión de nanopartículas son ideales. Sea o no nanopartículas pueden ser dispersos o no depende en gran medida de la vía de síntesis elegido para producirla.

-- Fresado: Fresado de materiales hasta el nanómetro régimen pertenece al llamado enfoque de arriba hacia abajo. Macro material está lleno en un molino de bolas o algo similar y puede ser molido por lo que respecta a alrededor de 30 nm. La ventaja es el bajo costo del procedimiento. Una desventaja es que el grano límites están todavía en contacto y mantener firmemente juntos. Así, estas partículas son muy difíciles de dispersar. Además alta fuerzas mecánicas aplicadas al material puede dar lugar a una interrupción de la celosía de las partículas y que podría cambiar drásticamente sus propiedades.

-- Gas-Fase: Gas-Fase procedimientos pertenecen a la denominada enfoque de abajo hacia arriba. Precursores del producto final se reaccionó en la fase gaseosa en una cámara de vacío y de crecimiento de cristales está controlada por parámetros como los precursores, la temperatura y la concentración. Resultados previstos ventajas incluyen partículas de alta calidad, producidos en masa bastante barata y con una muy definida distribución de tamaño de partícula. El principal inconveniente es la dificultad en el control de la superficie de las nanopartículas.

-- Wet-Fase: La fase húmeda procedimiento también pertenece al enfoque de abajo hacia arriba y sólo funciona en solución. Las moléculas en la mezcla de reacción, temperatura y tiempo de reacción del control de crecimiento de cristales. La ventaja de este procedimiento es la superficie total de control durante todas las etapas del crecimiento de partículas. Desventaja es su mayor precio y la escalabilidad del proceso. Mayormente fase líquida síntesis da lugar a una dispersión de nanopartículas. Dado que el disolvente sea hidrófilo o hidrófobo, la aplicación de este tipo de dispersión es limitada. Avances recientes muestran no obstante que las nanopartículas aglomerado a propósito se puede flocculated fuera de la fase líquida o de estancia perfectamente dispersable en un disolvente. A partir de una dispersión de polvo la superficie, composición química se puede cambiar y adaptarse a los diferentes disolventes y aplicaciones.

2,3 Síntesis de nanopartículas y su agregación

En general, la mayoría de los proveedores aplicar un post-sintética estrategia para modificar nanopartículas para evitar estimular la agregación o desagregación. Por lo tanto las partículas en polvo molido son mecánicamente en virtud de la adición de la dispersión de los aditivos. Los aditivos forma una capa alrededor de la partícula y de inhibir la agregación. Si la vía de síntesis permite la introducción de moléculas de superficie antes de aglomeración se lleva a cabo, las partículas pueden ser dispersables en algunos medios de comunicación de inmediato. Además superficie moléculas pueden ser modificados por síntesis química después de la partícula ha formado. Esta vía de síntesis posterior se abre una serie de posibles modificaciones de superficie, que puede ajustarse a cualquier aplicación. En algunos casos, especialmente en el agua, las partículas pueden ser estabilizado por su carga superficial. Este comportamiento se ve influido por el contenido de iones del agua y la cantidad de iones con carga en la superficie de la partícula.

Hay un conjunto de pruebas de medicamentos y la literatura toxicológica que la modificación de superficie, así como carga superficial puede tener importantes repercusiones en la respuesta biológica a las partículas, incluyendo la fagocitosis, genotoxicidad, y la inflamación. Recubrimiento de partículas con glicol polietileno es un tratamiento común en la entrega de drogas para impedir el reconocimiento por el retículo-endotelial sistema (capítulo 4) y aumentar la vida media de la partícula conjugado con las drogas. Superficie modificados TiO 2 ha sido objeto de considerable investigación que ha demostrado que los recubrimientos hidrófobos suelen tender a la disminución de la respuesta inflamatoria después de la inhalación o la instilación [18, 19]. Por lo tanto, se recomienda que la superficie de modificación y los agentes utilizan la información son vitales en la descripción de las nanopartículas.

2,4 Cómo evaluar las propiedades de la superficie de las nanopartículas

Como se ha señalado anteriormente la técnica de aplicación de nanopartículas dependen principalmente de su superficie. Por lo tanto, es crucial para el control químico de la superficie y, por tanto, las propiedades de las partículas individuales. Sin embargo, el análisis cualitativo y cuantitativo de la superficie de un solo nanopartículas o un conjunto de nanopartículas es un reto. Los siguientes métodos son de uso común.

3) La exposición potencial durante el curso de producción y la demanda: papel de los procesos
3,1 Introducción

Este capítulo está relacionado con la seguridad sanitaria y medioambiental de Nanomateriales. Por lo tanto, cualquier debate relacionado con la "combustión" Nanopartículas, como el hollín de diesel no están incluidos. Más concretamente, el debate se centra en las nanopartículas fabricadas (NP) y sus aglomerados que se producen directa o indirectamente, comercial y / o uso industrial. Aglomerados de NP puede ser superior a 100 nm de diámetro, pero han de ser incluidas en el debate, ya que pueden romper por la debilidad de las fuerzas mecánicas o en disolventes. No hay diferenciación entre los aglomerados y los agregados se haga desde aquí no definición clara de distinguir esos dos existe.

La diferenciación de ingeniería procedentes de la ciencia es importante para la evaluación del riesgo de PN. Estudios relacionados y una definición basada en la estabilidad de aglomerados durante la absorción por los seres humanos es importante, ya que cambia el número y la activa concentración de superficie y, por ende, influye en la dosis y la respuesta. La EPA de los EE.UU. plantea seis cuestiones principales que la evaluación de la exposición debe responder:

1. ¿Cómo funciona la exposición?

2. ¿Qué o que está expuesta?

3. ¿Cuánto produce la exposición? ¿Cuándo y dónde lo hace?

4. ¿Cómo variar la exposición?

5. ¿Cómo son inciertas estimaciones de la exposición?

6. ¿Cuál es la probabilidad de que la exposición se llevará a cabo?

Un enfoque sistemático general se introduce en el apartado 3,2, 3,3, mientras que el párrafo se refiere a las preguntas 1, 3, 6. Apartado 3,4 ofrece un resumen de la instrumentations disponibles y el método de recomendación para la NP las mediciones de la exposición, mientras que 3,5 se examinan las preguntas 2, 4 y 5.

Proceso de 3,2 / líneas de productos de las nanopartículas y la posible exposición

La Figura 3 muestra un sistema general de la producción de NP. Las cajas indican los distintos pasos en la producción, tratamiento y procesamiento de NP. Dentro de las cajas pequeñas, cajas verdes se incluyen para denotar ciclos cerrados con la liberación no intencional de producto / subproducto NP. En general, la liberación de NP pueden ocurrir en ciclos cerrados por ejemplo, a través de filtraciones y durante el traslado de los intermedios o finales de productos a otras manipulaciones pasos. Esta exposición a NP se debe principalmente a los trabajadores ya que todos estos pasos tienen lugar en entornos de trabajo según lo indicado por la línea discontinua. La exposición del público a NP sólo puede producirse a través del producto o la liberación de la PN con el medio ambiente a través de pila o de difusión de emisiones.

Conclusiones y recomendaciones:

-- No enfoque sistemático relacionadas con el control de NP-producción y de productos existe para nuestro conocimiento.

-- Por lo tanto, el anterior o de un sistema similar debería aplicarse para la exposición y, por tanto, las evaluaciones de riesgo para el NP procesos, el tratamiento y productos.

-- Otras recomendaciones relacionadas con el presente Reglamento son las recomendaciones de expertos 1 y 2 en nanotecnologías [27], incluido el desarrollo de una nomenclatura de los intermedios y acabados de ingeniería nanomateriales como un esfuerzo internacional (experto recomendación 1) y la cesión de un reconocido universalmente Chemical Abstract Service (CAS) Número de ingeniería PN (experto recomendación 2).

-- Fuentes de la PN no están directamente relacionados con Nano o de su producción debe ser separado de la discusión, tal como se indica en las recomendaciones de expertos 1 y 2 anteriores. Sin embargo, tienen que y se incluirán en el debate de los efectos sobre la salud inducidos por nanopartículas.

3,3 potencial de exposición a NP

Separe los factores que tienen que ser investigado y discutido para evaluar el potencial de exposición. Rephrasing las preguntas que figuran en la introducción los siguientes factores pertinentes se identifican:

-- Probabilidad de exposición

-- Alcance de la exposición (tiempo y concentración)

-- La adopción ruta (inhalación, trans-dérmico, ingestión)

No enfoque sistemático está disponible actualmente la evaluación de la probabilidad de exposición relacionados con la producción de NP y los procesos de manipulación. Una evaluación sistemática de este podría basarse en el esquema presentado en el párrafo 3,2. La diferenciación puede hacerse por ejemplo, entre los ciclos de producción cerrados y "abiertas" de manipulación de los productos y los subproductos. Una revisión sistemática aplicada en los métodos de producción, los productos y su manejo debe ser compilado antes de que las recomendaciones específicas se pueden dar relacionados con la probabilidad de exposición. Post-tratamiento sintético para lograr la dispersión de partículas y modificaciones de superficie (como se describe en el capítulo 2) también deben incluirse en ese examen.

La adopción de las nanopartículas de los seres humanos puede darse por inhalación, trans-dérmica o por ingestión. La mayoría actualmente discutido e investigado vía de exposición es por inhalación. Esta ruta tiene que ser tratado de manera diferente a trans-dérmico y los procesos de ingestión. Es difícil tp evaluar la exposición personal a NP y partículas ultrafinas. No existe personal de toma de muestras de concreto para medir la concentración (ya sea en masa o el número de concentración) de partículas inferiores a 100 nm de diámetro. Actual nivel de exposición profesional mediciones se basan en concentraciones en masa de la inhalable o alveolar tamaño de las partículas fracción. En primer lugar mediciones de varias distribuciones de tamaño de partículas en los lugares de trabajo para evaluar el potencial de exposición se llevaron a cabo en unos determinados lugares de trabajo o zonas. La exposición puede ser objeto, actualmente, sólo se deduce / calculado sobre la base de la limitada mediciones realizadas hasta la fecha.

Las recomendaciones son las siguientes:

-- Desarrollar una revisión sistemática de aplicarse previsto NP y los métodos de producción, los productos y su manipulación.

-- Desarrollar un enfoque sistemático para evaluar el potencial de liberación en relación con PN y sus aglomerados.

-- Desarrollar un método reproducible para evaluar la exposición personal al NP y sus aglomerados.

-- Recopilar datos actuales sobre la distribución del tamaño de varias mediciones en las zonas de trabajo y estimar los niveles de exposición personal a obtener una visión general sobre los posibles niveles de exposición.

-- Medir / Calcular la exposición de la piel a Nano y sobre todo para los trabajadores NP manipulación en polvo como para Nano como Negro de carbono o dióxido de titanio.

-- El desarrollo y la promoción de buenas prácticas en el manejo de Nano (véase también el experto en la recomendación 6 BIA informe sobre "partículas ultrafinas en lugares de trabajo http://www.hvbg.de/d/pages/index.html.

3,4 Métodos de caracterización y evaluación de la exposición
3,5 líneas de productos diferentes en vista de la exposición

NP que actualmente se producen en grandes cantidades en masa a escala mundial son de titanio, sílice, alúmina, los metales y de carbono. Otros PN actualmente utilizadas se incluyen los nanotubos de carbono y sulfato de bario. Sólo unos pocos estudios de acercarse a la exposición sistemática a NP y sus aglomerados existen. Otra desventaja es que los informes de estos estudios a menudo no están disponibles para el público en general. Ejemplos de estos estudios se dan, por ejemplo, en Actas del Simposio Internacional "Los polvos, humos y nieblas en el lugar de trabajo" [28]. Algunas mediciones de limitado tamaño de las partículas y el número de distribuciones de las concentraciones se llevaron a cabo. Kuhlbusch et al. [29] determina el número y tamaño de las distribuciones de concentraciones en masa en diversos entornos de trabajo en varias de carbono negro plantas de producción.

Estos son sólo ejemplos, pero mucho más sistemático y amplio enfoque es necesario para obtener una buena visión general de la exposición a Nanomaterial industrial y especialmente nanopartículas.

Las recomendaciones son las siguientes:

-- Desarrollo de un sistema de categorización sistemática de Nanomateriales sobre la base de físico-química de la información Nanomaterial y toxicológicos relacionados con los métodos de cribado.

La compilación sistemática de Nanomaterial los procesos de producción, manipulación y productos para la evaluación del estado actual del conocimiento y la identificación de procesos y productos con la falta de información (puede ser internos a fin de incluir información no divulgada sobre los estudios).

4. Toxicología de nanopartículas
4,1 Prueba de nanopartículas en el ambiente de partículas efectos

La mayor base de datos sobre la toxicidad de las nanopartículas tiene su origen en la literatura PM 10, donde la 'NP hipótesis' ha demostrado ser una fuerza poderosa para la investigación. Por lo tanto consideramos que es pertinente para debatir esta prueba con la esperanza de que va a arrojar luz sobre la toxicidad de la ingeniería NP. La idea de que la combustión de derivados nanopartículas (NP) son un componente importante que impulsa a los efectos adversos del medio ambiente la contaminación atmosférica de partículas o PM 10 proviene de varias fuentes [30]:

1) Gran parte de la masa de PM 10 se considera que no son tóxicos y por lo tanto ha surgido la idea de que hay un componente (s) de PM 10 que actualmente impulsa el pro-inflamatorios y los efectos derivados de la combustión NP parece un probable candidato.

2) NP son las partículas de tipo dominante en número lo que sugiere que puede ser importante y su reducido tamaño medio que tienen una gran superficie por unidad de masa. Partículas toxicología sugiere que, para las partículas tóxicas en general, más superficie de partículas es igual a más toxicidad.

3) Importantes datos toxicológicos y los limitados datos epidemiológicos de las fuentes de apoyo a la afirmación de que el PN a 10 PM son importantes conductores de los efectos adversos.

Resumen 4,1

En general, se considera que la PM 10 en masa no es el verdadero conductor de los efectos adversos de la contaminación atmosférica de partículas y consideraciones toxicológicas de los componentes sugieren que uno o más componentes, de hecho, impulsa estos efectos y que la masa de PM 10 es realmente un sustituto. Hay pruebas directas e indirectas que la combustión de derivados NP es un elemento importante que podría ser una clave de la exposición a los efectos adversos de PM 10. Tres importantes pro-inflamatorias son factores asociados con la combustión de derivados NP incluyendo partículas de alta superficie, orgánicos y metales (Figura 4.1]. Esta «hipótesis de nanopartícula 'tiene que ser aún más a prueba en estudios toxicológicos y epidemiológicos escenarios. Queda por investigar si y cómo estos informes pertinentes de efectos adversos de las medidas derivadas de la combustión NP son nanopartículas para la ingeniería, que pueden diferir de forma espectacular en las características físicas y químicas.

4,2. Distribución y cinética de las nanopartículas en el cuerpo
Translocación de los pulmones a la sangre

Los conflictos de estudios se ha informado en relación con la translocación de partículas después de la inhalación de NP en el pulmón, revisado recientemente por Borm & Kreyling [75]. Oberdörster y compañeros de trabajo observó una rápida translocación hacia el hígado de más del 50% de 13 C-NP etiquetados (26 nm de tamaño) dentro de las 24 horas en un modelo de rata [76]. Kreyling y compañeros de trabajo, sin embargo, observó sólo minuto (<1%) translocación de iridio NP (15-20 nm de tamaño) en la sangre de las ratas no sólo alcanzar, sino también el hígado bazo, riñones, cerebro y corazón [53]. Resultados contradictorios en estudios humanos también se informó. Nemmar et al [34] ha demostrado un rápido 3 - 5% de la absorción de carbón NP radiomarcado en el torrente sanguíneo en cuestión de minutos de exposición y la posterior absorción en el hígado. En contraste, ni Brown et al [77] ni Mills et al [78] puede encontrar cualquier partículas detectable (<1% de NP se inhala, límite de detección) más allá de los pulmones y se liquidarán las fracciones a través de las vías respiratorias y tracto gastro-intestinal usando similares NP carbonosas como Nemmar et al. Sin embargo, Nemmar y compañeros de trabajo demostrada en su hámster modelo, la importancia de las propiedades de la superficie como el cargo desde la superficie polar mostraron diferentes tipos de translocación a través del epitelio respiratorio en circulación [34].

La absorción dérmica de NP a través de los folículos pilosos

Como se mencionó anteriormente, absorción cutánea / penetración de los procesos se han descrito como un proceso de difusión a través de las capas de lípidos del estrato córneo (4. X) Follicular penetración se creyó anteriormente a desempeñar un papel menor en la penetración percutánea, teniendo en cuenta que los folículos pilosos se estima que ocupan menos del 0,1% del total de superficie de la piel. Sin embargo, varios estudios sugirieron que la penetración folicular podría contribuir a la tasa de penetración total. Por ejemplo, Feldman [88] y Maibach [89] encontraron variaciones regionales de absorción percutánea en diversas regiones corporales y supone que, además de piel de espesor, la densidad y el tamaño de los folículos pilosos contribuir a las diferencias en los índices de penetración.

En una reciente observación de sulfuro de cadmio, deposición de partículas en folículos [87] llevado a nuevas investigaciones sobre folicular penetración de partículas sólidas. Los resultados sugieren que, después de la aplicación de una multa de material de un diámetro inferior a 1 μ m en un vehículo apropiado, el material se encuentra principalmente en las partes superiores de la capa córnea, así como en orificios folicular. Un material de partículas con un diámetro de 3 a 10 μ m se observó en los orificios sólo folículo, mientras que el material de más de 10 μ m de diámetro, también se mantuvo en la superficie de la piel. Esta observación se hizo durante varios materiales, entre ellos adapalene (un retinoide sintético), cristales, perlas de poliestireno, anilina dansylate así como el peróxido de benzoilo. Es concebible que, a partir de este reservorio folicular compuestos solubles pueden seguir en la difusa viable capas de la piel.

Lademann et al. [91] investigó la penetración de dióxido de titanio recubierto NP en el estrato córneo de la piel humana que viven por el paso de la cinta y toma de biopsias en combinación con mediciones espectroscópicas. Después de la aplicación de un protector solar que contenga dióxido de titanio 2 NP, la mayor cantidad de dióxido de titanio recubierto fue localizado en la parte superior del estrato córneo, aunque cantidades mínimas de TiO 2 puede ser detectado en cintas obtenidas al final del procedimiento de extracción como se muestra en la figura 9.

Los pequeños puntos blancos de material de protección solar se puede observar visualmente en algunos orificios folículo después de la eliminación de varias tiras de la piel tratada la superficie, lo que sugiere que el dióxido de titanio 2 estaba presente en los orificios. Con el fin de investigar la concentración de TiO 2 en folículos, la distribución del TiO 2 NP en tiras de cinta de diferentes partes del estrato córneo se analizó después de la tinción con Oso 4 [91]. Presencia de TiO 2 en pilosebácea orificios puede ser mostrada en las tiras de cinta de las partes inferiores del estrato córneo. El material de revestimiento de las nanopartículas TiO 2 en tiras de la cinta emitida una típica fluorescencia, lo que permitió la detección de nanopartículas en las zonas manchadas de los orificios de microscopía de escaneo láser (figura 10].

El corneocytes fuera del folículo canales o película adhesiva de las zonas no cubiertas con corneocytes, no se detectó fluorescencia. Biopsias de piel fueron recogidos con el fin de localizar TiO 2 en partes más profundas de la epidermis. Tres zonas característica podría ser distinguido por rayos X microscopía de fluorescencia, es decir:

estrato córneo: presencia de dióxido de titanio NP

Interfollicular tejido epidérmico por debajo del estrato córneo: ausencia de dióxido de titanio NP

Follicles: en aproximadamente el 10% de los folículos de fluorescencia se observó que sugiere la presencia de dióxido de titanio El titanio se redujo la concentración en la parte baja de las regiones de estos folículos. Detectado TiO 2 concentraciones dentro de los folículos fueron de dos órdenes de magnitud inferior a los que están en la parte superior de la capa córnea.

Una penetración de nanopartículas a través de la capa córnea no puede ser detectada por rayos X de fluorescencia. En general, incluso estos métodos altamente sensibles para detectar no una penetración de partículas de dióxido de titanio en los tejidos vivos de la piel humana [91]. Estos datos también confirman los resultados de un estudio anterior, que no detectó la absorción percutánea de partículas en muestras de piel de seres humanos tratados con un microfine óxido de titanio que contengan protección solar [92]. Un estudio más reciente sobre la penetración percutánea de dos diferentes dióxido de titanio micronizado preparados utilizados en los filtros solares (a) el tamaño de las partículas de 10 a 15 nm, que agregados a las partículas de aproximadamente 100 nm, y b) el tamaño de las partículas de aproximadamente 100 nm) ha puesto de manifiesto que estas partículas se mantuvo en la superficie del estrato córneo, y no penetrar en el estrato córneo o viven compartimentos de la piel [93]. La ausencia de penetración en la piel de NP es también coherente con los resultados de un estudio reciente que mide in vitro la penetración percutánea de óxido de zinc micronizado (media del tamaño de las partículas: 40 nm), a través de la piel de cerdo. El estudio no encontró mensurables penetración de óxido de cinc en la NP viable partes de la piel (BASF Estudio n º 52H0546/032193, 2004, inédito). Aunque no puede excluirse que las propiedades físicas de NP puede mejorar la absorción y penetración de ciertas sustancias aplicadas a la piel, tal como se informó para el metanol o de reparto octanol [94], los resultados de los estudios disponibles sugieren que, aunque pequeñas partículas pueden depositarse en el folículo orificio, que no penetran la piel a través del folículo. Esto fue confirmado por los resultados de un estudio reciente, que puso de manifiesto que aunque el PN de poliestireno (20 a 200 nm) acumulado en los orificios folículo, las partículas no penetran en la piel o el folículo [95].

4,2. Resumen

Después de inhalación, la administración oral o parenteral administración NP puede tener acceso al pulmón, tracto gastrointestinal y cerebro. La exposición cutánea y la absorción se está debatiendo como una importante ruta para la absorción de NP, desde el PN están presentes en muchos productos cosméticos como vehículos de humectantes o en champús, detergentes o filtros solares. Hasta ahora, la absorción cutánea de nanopartículas no se ha demostrado más allá de la submucosa. No se han realizado estudios para abordar la cuestión de si nanopartículas de aplicación tópica para la piel humana puede alcanzar el compartimiento y cutánea a través de esta vía entrar en la circulación. Dada la alta biodisponibilidad de nanopartículas, sin embargo, estos estudios son de evidente importancia, en particular en lo que respecta a las personas con una barrera de la piel defecto como atopics.

La captación y mecanismos de transporte en los pulmones y el tracto GI-difieren cualitativamente y cuantitativamente a partir de partículas finas. Transporte en caveolae de macromoléculas molecular con radios de varios nanómetros parece existir a través de muchos obstáculos como vía para la entrega de proteínas de los pulmones a la sangre [110]. Esto podría ser otro mecanismo sólido para NP transporte, teniendo en cuenta que las aberturas de la caveolae oscilan entre 0,04 y 0,1 μ m.

No soluble en nanopartículas pueden permanecer durante años en los pulmones, el tracto GI-o el cerebro, que no están tan bien considerado por el profesional de los macrófagos sistema de defensa, sino interactuar con las células del epitelio, el tejido intersticial y vascular que permite células pro-inflamatorias reacciones de estas células que normalmente no ve ningún partículas. Además, nanopartículas pueden obligar a las proteínas o translocate en la circulación y llegar a secundaria órganos diana como el hígado, bazo, riñones, corazón y cerebro; tasas y fracciones siguen siendo objeto de debate y dependen sobre todo de la composición química y las propiedades de la superficie de nanopartículas.

4,3 efectos de las nanopartículas
Efectos de NP-resumen

Ambos animales y humanos sugieren que el PN son capaces de causar efectos agudos y crónicos en el pulmón que van desde inflamación, las exacerbaciones de asma a genotoxicidad y carcinogénesis. El tumor relacionados con los efectos son únicas a las ratas y no se han reportado en otras partículas expuestas, las especies de roedores como hamsters o ratones, en condiciones análogas a las condiciones crónicas. Actualidad datos epidemiológicos en trabajadores expuestos a (pigmentaria) TiO2 y CB no muestran un mayor riesgo para el cáncer de pulmón. Aunque el tamaño de las partículas y la superficie parece ser importantes parámetros de partículas, en la actualidad la comprensión de las propiedades de partículas en relación con los riesgos es limitada. Además, es importante delimitar las pulmonar efectos de partículas ultrafinas en ratas frente a la sobrecarga de no sobrecargar las condiciones.

La aparición de datos sobre la implantación de NP en el cerebro a la inhalación presentar un nuevo desafío para la toxicología y la medicina para investigar la importancia funcional de esta translocación a los sistemas CNS función indirecta y los efectos sistémicos. La asimilación de la ingeniería NP a través de la barrera hematoencefálica es un efecto deseado en la entrega de drogas y sólo puede conseguirse por muy superficie específica modificaciones.

Los efectos cardiovasculares de NP pueden estar relacionados con la absorción de ambos cerebro, así como efectos directos después de varias vías de absorción. La investigación en medicamentos ha demostrado que la ingeniería NP a la entrega por vía intravenosa tienen poco efecto sobre la cardiovasculature, y este know-how pueden utilizarse para la fabricación NP sin estos riesgos en otras aplicaciones de las nanotecnologías que pueden dar lugar a la exposición y la utilización de NP.

NP son ampliamente utilizados en los preparados cosméticos se aplica a la piel humana, tales como filtros solares. Varios NP preparativos de óxido de cinc o de óxido de titanio se han puesto a prueba in vitro de la penetración percutánea, fototoxicidad o la foto de genotoxicidad. En el estado actual de conocimientos, hay pocas pruebas de que el PN en los productos cosméticos puede penetrar la piel humana y producir la exposición sistémica humanos. En general, los datos disponibles sugieren que el riesgo para la salud humana de la exposición cutánea a NP materiales es baja, pero el conjunto de datos publicados por cierto las necesidades de extensión.

5) Impacto ambiental de las nanopartículas

Algunas nanopartículas pueden surgir de forma natural, a través de la combustión o la nucleación por ejemplo, y esta es la forma en que puede repercutir en la salud humana. Se calcula que 50000 kg / año de tamaño nano-materiales se producen a través de estos-la intención fuentes antropogénicas. En el capítulo 4 las pruebas para el papel de nanopartículas en los efectos inducidos por la contaminación atmosférica fue examinado. Por otro lado, el PN se fabrican cada vez más y en función de las técnicas utilizadas en la industria manufacturera, el PN podría ser liberado en el aire, el agua y, en última instancia contaminar el suelo y los productos alimenticios [144]. En 2003, el único de paredes múltiples y de paredes nanotubos en todo el mundo tenía una producción de 2954 kg. Sin embargo, la nanotecnología del carbono Research Institute (Japón) los planes de expansión en su producción de ~ 1000 kg en 2003 a 120000 kg por año en los próximos cinco años. Aunque la producción actual de la ingeniería nanomateriales es pequeño, es evidente que las tasas de producción se acelerará exponencialmente en los próximos años. Teniendo en cuenta las toneladas de ingeniería nanomaterial prevista para la producción, es probable que algunos de estos materiales en el medio ambiente durante el ciclo de vida del producto (fabricación, utilización, eliminación). Además de estos nanomateriales diseñados específicamente, nano-partículas de tamaño también están siendo producidos no intencionalmente en el escape diesel y otros procesos de combustión.

Debido a su extrema pequeñez, la fuerte movilidad y reactividad (Capítulo 2), parece ser pertinente para evaluar los riesgos relacionados con la transferencia de NP y persistencia en el medio ambiente. Sin embargo, muy poca investigación se ha hecho en toxicología ambiental de la ingeniería nanomateriales. Este breve examen sirve como un panorama de posibles problemas entre ellos bioacumulación, bio-toxicidad y biodegradabilidad, así como los beneficios potenciales de la nanotecnología en la configuración del medio ambiente.

5,1 Impactos ambientales sobre especies

Pocos se dispone de datos sobre los impactos de la ingeniería nanomateriales en el medio ambiente las especies en cuestión. Ningún estudio hasta la fecha se han realizado en protists, hongos, plantas, aves, reptiles o anfibios, y los mamíferos sólo se han realizado estudios de laboratorio utilizando especies. Sólo un estudio se ha realizado en los peces y artrópodos, y los estudios no se han hecho en cualquier otro phyla de invertebrados. Teniendo en cuenta que los invertebrados constituyen 95-97% de todas las especies animales conocidas, existe una considerable falta de información sobre los parámetros ecológicos. Sólo se dispone de información limitada para las bacterias.

Los datos sobre los impactos ambientales de la ingeniería nanomateriales sólo están disponibles para no-recubiertos, soluble en agua coloides de fullerenos (NC 60). Estos estudios muestran que la Daphnia magna 48 horas LC 50 es de aproximadamente 800 ppb [145], haciendo que estas fullerenos sólo moderadamente tóxico. Largemouth bass (Micropterus salmoides) expuestos a un máximo de 1 ppm nC 60 no mostraron signos de mortalidad o morbilidad después de 48 horas, a pesar de glutatión, un componente del antioxidante sistema de defensa, fue agotado en la agallas, y significativa la peroxidación lipídica (LPO ) Se encontró en el cerebro [146]. Tanto el hígado y branquias LPO ha disminuido, posiblemente debido a upregulation de las enzimas de reparación [146]. Estudios de seguimiento a estos peces las exposiciones utilizando supresores de sustracción de hibridación confirma la upregulation de las enzimas de reparación, así como la respuesta inflamatoria genes (datos aún no publicados).

Filtro de alimentación organismos representan un grupo único objetivo de nano-partículas de toxicología. En el ecosistema acuático, zooplancton y filtrar la alimentación de los invertebrados constituyen la base de las redes tróficas. Zooplancton, como rotíferos y branchiopods, son tan pequeñas (micras gama) que se alimentan de tamaño nano-materiales, entre ellos bacterias, virus y macromoléculas orgánicas. En esta nano-escala, el agua es un líquido viscoso y muchos aparatos de filtrado de partículas cepa nanosized basarse no sólo en tamaño, sino también en la química de superficie [147]. Por lo tanto cambiando nanomaterial superficie química para hacerlos más biocompatibles en última instancia, podría dar lugar a la filtración selectiva y la utilización de zooplancton y de otro tipo de filtro selectivo de alimentación invertebrados como los cangrejos lunar estudiado por Conova [147]. Cualquier tamaño nano-material puede ser selectiva consumidos por el zooplancton debido a su tamaño, o se pueden tomar en generalista filtro de alimentadores, como los bivalvos. Consideraciones especiales en términos de evaluación de la seguridad debe hacerse en la capacidad de zooplancton y de otro tipo de filtro de alimentación para consumir invertebrados de tamaño nano materiales. Muchos invertebrados bentónicos se especializan en la ingestión de sedimentos y la extracción de material orgánico. La química de la mayoría de los nano-materiales de ingeniería prevé que los nanomateriales tenderá a absorber a los sedimentos, la creación de otro grupo objetivo único en el bentos.

Además de filtrar los alimentadores, nano-materiales de tamaño también puede influir en Protozoan especies. Estudios recientes han demostrado que en cultivos celulares, los fibroblastos pueden alterar su sentido del movimiento en función de si nano de tamaño islas se encuentran en el camino [148]. Fibroblastos producen más sentido a filopodios y reunir información, y se activa la interacción con los 10 nm × ~ 150 nm de ancho islas en las placas de cultivo celular [148]. El filopodios parecen a participar activamente en la detección tanto físico y naturaleza química del sustrato, filopodios y directa la formación de lamellipodia que conduce en última instancia, la célula a la isla [148]. Este tipo de interacción se ha encontrado en células de diversos tipos y especies diferentes de tamaño nano sustratos [148]. Esto implica que Rhizopoda, protist u otras especies, que utilizan pseudopodia de locomoción, puede ser capaz de interactuar específicamente con los nanomateriales en su entorno.

Otro grupo objetivo potencial son los productores primarios fotosintéticos. Algunos impresionantes se han desarrollado tecnologías más eficientes para las células solares basadas en la clorofila [149]. Esta tecnología se basa en la transferencia de electrones desde un análogo sintético de clorofila a la C 60 en una pasta de carbono. Sería prudente que investigue si fullerenos también podría actuar como aceptores de electrones de la clorofila natural, y si fullereno en el medio ambiente podría desvincular la fotosíntesis. Esto es puramente especulativa, y el uso de fullerenos para hacer más eficientes células solares, sería muy útil para romper la dependencia de los no renovables, los combustibles fósiles.

5,2 Bactericida propiedades de nanomateriales

Varios estudios han informado de las propiedades bactericidas de fullerenos o modificados fullerenos. Ambos gram negativas y gram positivos bacterias son muy sensibles a NC 60, con 48 horas LC 50 en el rango de 20 ppb [150]. Dr Pedro Alvarez (Universidad de Rice) es dar seguimiento a esta observación y está actualmente investigando los efectos de NC bacteriana en 60 comunidades. En el estudio de largemouth bass se ha descrito anteriormente, se observó que la exposición agua estaba visiblemente más claro que el control del agua, lo que indica que bacterias beneficiosas más probable es que se elimina del agua [146]. Modificado fullerenos también han sido específicamente diseñados para ser anti-microbiana [26], lo que redundaría en beneficio de Medicina, pero podría ser perjudicial en caso de liberación al medio ambiente, de manera similar a lo que está ocurriendo actualmente con el uso excesivo de antibióticos tradicionales.

No todos los nanomateriales son bactericidas. Por ejemplo, revestido con un péptido-y embalada, (ya preparado por los métodos de Dieckmann et al. 2003) [151] y ssDNA-envuelto único de paredes de nanotubos de carbono (SWNT) [152] no son tóxicas para la E. coli hasta ppm los niveles, que son los límites de su solubilidad en agua (Dr. Rockford Draper, Universidad de Texas, comunicación personal). Por lo tanto, una amplia generalización de que todos los nanomateriales son bactericidas no es apropiado. Cada material de revestimiento y debe evaluarse de forma individual por su potencial de perturbar la ecología microbiana, y también por su potencial toxicidad ambiental.

5,3 Estabilidad de la ingeniería nanomateriales y meteorización de los revestimientos de superficie

Fullereno, NC 60, son estables en medio acuoso hasta 10 mM de NaCl y 10 mM NaN 3 solución [153], y en hasta un 3% de NaCl y solución de Houston en la zona de baja salinidad bayou agua que contiene taninos (comunicación personal, Mason Tomson, Universidad de Rice). También hemos encontrado que nC 60 es estable en agua dura reconstituida, que consta de 192 mg / L NaHCO 3; 120 mg / L CaSO 4-2H 2 O; 120 mg / L MgSO 4, 8 mg / L KCl, pH 8,5 [ 146]. Otros nanomateriales tiene gran solubilidad en agua, fluidos biológicos, y otros solventes [152, 154 - 159], y se espera que sea soluble en el medio ambiente y las condiciones dentro de los organismos. De particular interés son los nanomateriales que se van a utilizar para productos de cuidado personal, tales como filtros solares [160]. Otros ingredientes activos en los filtros solares y productos para el cuidado personal han sido encontrados en los niveles mensurables en los lagos en Europa y en otros lugares, en donde los niveles de impactos sobre la fauna es de esperar [161]. Si la ingeniería nanomateriales se introducen ampliamente utilizado en productos para el cuidado personal, que sin duda entrar en el medio ambiente.

Nano-partículas de tamaño no se mueven mucho en las condiciones ambientales. Los estudios han demostrado que el tamaño se correlaciona con movimiento, donde más pequeñas de tamaño nano-partículas son fácilmente adsorbidos en las superficies de granos de arena y, por tanto, inmovilizado [162]. Biológica de transporte todavía podría producirse a partir de sedimentos se ingiere, sino de movimiento físico de tamaño nano materiales está limitado por su pequeño tamaño y la propensión a absorber en las superficies.

5,4. Repercusión de la superficie modificaciones

Hay dos maneras de modificar los nanomateriales para que sean más biocompatibles y son menos tóxicos mediante el uso de diferentes recubrimientos y de superficie modificaciones covalentes. Although this is a valuable exercise in the laboratory, some studies have shown that these coatings and covalent surface modifications can be altered under UV exposure or exposure to oxygen in the air, and cause rapid cytotoxicity [ 163 , 164 ]. Therefore, although coatings and surface modifications may be critically important in drug-delivery devices, the likelihood of weathering under environmental conditions makes it important to study toxicity under UV and air exposure conditions. This is similar to the problem of studying polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in the laboratory, where UV-exposure activates PAHs and makes them more toxic (for examples, see [ 165 , 166 ])

5.5 Use of nanomaterials in bioremediation

This potential problem of UV activation can also be turned into a potential benefit. For example, one can use the photoactivity of nanomaterials for bioremediation. Studies with UV-irradiated TiO 2 showed promise in removing organics from phenol solutions [ 167 ]. Others have also used nanomaterials for bioremediation. This included the removal of various organics (phenol, p -nitrophenol, salicylic acid) using nano-TiO 2 [ 168 ]; the decomposition of a carbothioate herbicide (Molinate) by zero-valent iron [ 169 ]; the removal of hormones (E2 , T, E1, P) via nano-filters due to adsorption to the large nano-filter surface area [ 170 ]; the removal of PAHs by amphiphilic polyurethane (APU) Nanoparticles [ 171 ]; and the removal of phenanthrene from aquifer material by amphiphilic polymer particles [ 172 ]. Bioremediation has also been field tested, where nanoscale redox active bimetallic (Fe/Pd) particles were able to reduce trichloroethylene contamination up to 96% in field trials. There are likely other bioremediation uses of nanomaterials, and this is not an exhaustive list.

Although nanomaterials may be used for bioremediation, a cautionary note should be made about injecting lipophilic, redox active compounds into the environment. The impact on non-charismatic meiofauna (as opposed to charismatic megafauna at which most of our environmental legislation is aimed) needs to be considered. In addition, as noted by Lecoanet and Wiesner (2004) [ 162 ], nanosized materials may not migrate through soils at rapid enough rates to be valuable in bioremediation. Future laboratory and field trials will help clear up the line between bioremediation and biocontamination.

Summary

Production of engineered nanomaterials on the order of thousands of tons by 2007 makes it very likely that these materials will enter the environment through production, manufacture, use, or disposal of products. There is an almost complete lack of data on bioaccumulation, bio-toxicity and biodegradation of NP in environmentally relevant species. There is also limited study of the weathering potential of both coatings and covalent surface modifications. Early studies indicate the fullerenes and their derivatives may be toxic in some species (fish, daphnia and bacteria), while other nanomaterials (SWNT) have limited toxicity to bacteria. Therefore no blanket statements about toxicity of nano-sized materials can be made at this time. Potential benefits of nanotechnology in the environment include uses in bioremediation and increasing efficiency of fuel cells and solar cells to decrease our dependence on fossil fuels (which have known toxic impacts on the environment).

Agradecimientos

This review was commissioned by European Centre for Ecotoxicology and Toxicology of Chemicals (ECETOC) in (Date). ECETOC aims to support the safe manufacturing and use of chemicals, pharmaceuticals and biomaterials through sound science. Their mission is to act as an independent, credible, peer-reviewed technical resource to all concerned with identification of research needs and provision of scientific rationale for the assessments of health effects and environmental impact and thereby to justify industry's licence and freedom to operate. (see EECTOC http://www.ecetoc.org . The aim of the review was to bring together a group of experts in order to define the potential risks from exposure to nanomaterials. A panel was formed from the authors of this paper and they produced this final document. This document was not formally reviewed by the ECETOC Scientific committee.