فناوري‌هاي نانو در زمينه‌هاي گوناگوني همچون توسعه داروها، آلودگي‌زدايي آب‌ها، فناوري‌هاي ارتباطي و اطلاعاتي توليد مواد مستحكم‌تر و سبك‌تر داراي مزاياي بالقوه مي‌باشند. در حال حاضر شركت‌هاي زيادي نانوذرات را به شكل پودر، اسپري و پوشش توليد مي‌‌كنند كه كاربردهاي زيادي در قسمت‌هاي مختلف اتومبيل، راكت‌هاي تنيس، عينك‌هاي آفتابي ضدخش، پارچه‌هاي ضدلك، پنجره‌هاي خود تميزكن و صفحات خورشيدي دارند.

 اما اثرات افزايش بيش از حد توليد و استفاده از نانومواد در سلامت كاركنان و مصرف كننده‌ها، سلامت عمومي و محيط زيست بايد به دقت مورد توجه قرار گيرد. از آنجايي كه فرآيند رشد و واكنش‌هاي شيميايي كاتاليستي در سطح اتفاق مي‌افتند، يك مقدار مشخصي از ماده در مقياس نانومتري بسيار فعال‌تر از همان مقدار ماده با ابعاد بزرگ‌تر مي‌باشد. اين ويژگي‌ها ممكن است بر روي سلامتي و محيط زيست اثرات منفي داشته و منجر به سميت زياد نانوذرات شوند.

 همزمان با توسعه دانش ما در مورد مواد در مقياس‌نانو و افزايش توانايي كار كردن با ساختارها در اين مقياس، فناوري‌نانو رفته رفته گسترش يافته و سرمايه‌گذاري جهاني در اين زمينه نيز افزايش مي‌يابد. فناوري‌هاي نانو در زمينه‌هاي گوناگوني همچون توسعه داروها، آلودگي‌زدايي آب‌ها، فناوري‌هاي ارتباطي و اطلاعاتي توليد مواد مستحكم‌تر و سبك‌تر داراي مزاياي بالقوه مي‌باشند. در حال حاضر شركت‌هاي زيادي نانوذرات را به شكل پودر، اسپري و پوشش توليد مي‌‌كنند كه كاربردهاي زيادي در قسمت‌هاي مختلف اتومبيل، راكت‌هاي تنيس، عينك‌هاي آفتابي ضدخش، پارچه‌هاي ضدلك، پنجره‌هاي خود تميزكن و صفحات خورشيدي دارند. تعداد اين شركت‌ها روز به روز در حال افزايش است.

محدوده اندازه ذراتي كه چنين علاقه‌مندي را به خود جلب كرده است، عموما كمتر از 100 نانومتر است. براي داشتن تصوري از اين مقياس لازم به ذكر است كه موي انسان داراي قطر 10000 تا 50000 نانومتر، يك سلول قرمز خوني داراي قطر حدود 5000 نانومتر و ابعاد يك ويروس بين 10 تا 100 نانومتر است. با كاهش اندازه ذرات، نسبت تعداد اتم‌هاي سطحي به اتم‌هاي داخلي افزايش مي‌يابد. به عنوان مثال درصد اتم‌هاي سطحي يك ذره با اندازه 30 نانومتر، 5 درصد است، در حالي كه اين نسبت براي يك ذره با اندازه 3 نانومتر، 50 درصد مي‌باشد.

بنابراين نانوذرات در مقايسه با ذرات بزرگ‌تر نسبت سطح به وزن بسيار بزرگ‌تري دارند. با كاهش اندازه ذرات به يك دهم نانومتر يا كمتر، اثرات كوانتومي پديدار مي‌شوند و اين اثرات، مي‌تـوانـند به مقـدار زيــادي ويـژگي‌هـاي نــوري، مغـناطيسي و الكتـريكي مواد را تغيير دهند. از طريق پي‌گيري ساختار مواد در مقياس نانو، امكان طراحي و ساخت مواد جديد با ويژگي‌هاي كاملا نو به وجود مي‌آيد. تنها با كاهش اندازه و ثابت نگهداشتن نوع ماده، ويژگي‌هاي اساسي از قبيل هدايت الكتريكي، رنگ، استحكام و نقطه ذوب ماده (كه معمولا براي هر ماده مقدار ثابتي از آنها را در نظر مي‌گيريم) مي‌تواند تغيير كند.

در حال حاضر نانوذراتي كه به طور ناخواسته، از طريق فرآيندهاي احتراق انجام شده جهت توليد انرژي يا در اتومبيل‌ها، فرآيندهاي خوردگي مكانيكي و يا فرآيندهاي صنعتي معمول به وجود مي‌آيند، بيش از توليد صنعتي نانوذرات بر محيط زيست و زندگي انسان تاثير مي‌گذارند. اما اثرات افزايش بيش از حد توليد و استفاده از نانومواد در سلامت كاركنان و مصرف كننده‌ها، سلامت عمومي و محيط زيست بايد به دقت مورد توجه قرار گيرد. از آنجايي كه فرآيند رشد و واكنش‌هاي شيميايي كاتاليستي در سطح اتفاق مي‌افتند، يك مقدار مشخصي از ماده در مقياس نانومتري بسيار فعال‌تر از همان مقدار ماده با ابعاد بزرگ‌تر مي‌باشد. اين ويژگي‌ها ممكن است بر روي سلامتي و محيط زيست اثرات منفي داشته و منجر به سميت زياد نانوذرات شوند.

تنفس نانوذرات

خطرات احتمالي نانوذراتي كه در هوا پخش شده‌اند، يعني آئروسل‌ها از اهميت بيشتري برخوردارند. اين قضيه به دليل تحرك بالاي آنها و امكان جذب آنها از طريق ريه، كه راحت‌ترين مسير ورود به بدن مي‌باشد، اهميت پيدا مي‌كند. اندازه ذرات تا حدزيادي تعيين‌كننده محل نشست اين ذرات در دستگاه تنفسي مي‌باشد. به خاطر راحت‌تر شدن كار، دستگاه تنفسي را به سه قسمت ناحيه‌اي و كاركردي تقسيم مي‌‌كنيم:

1- مسير‌هاي هوايي بالايي،

2- ناحيه نايژه‌ها، كه هر دوي آنها به وسيله لايه موكوس حفاظت مي‌شوند. در اينجا ذرات بزرگ‌تر، از طريق نشستن بر روي ديواره مسير هوايي، از هواي ورودي به ريه جدا مي‌شوند. حركات مژه‌هاي اين قسمت، خلط را به سوي گلو بالا برده و از آنجا يا در اثر سرفه خارج و يا بلعيده مي‌شوند. ذرات كوچكتر (كوچكتر از 2.5 ميكرومتر) و نانوذرات ممكن است وارد كيسه‌هاي هوايي شوند، كه ناحيه مبادله گاز در ريه مي‌باشند. جهت تسهيل جذب اكسيژن و دفع دي‌اكسيد كربن، تمام غشاها و سلول‌ها در اين قسمت از ريه، نازك و آسيب‌پذير بوده و هيچ‌گونه لايه حفاظتي ندارند. تنها مكانيسم حفاظتي در اين قسمت از طريق ماكروفاژها مي‌باشد.

3- ماكروفاژها سلول‌هاي بزرگي هستند كه اشياي خارجي را بلعيده و از طريق جابه‌جا كردن آنها، به عنوان مثال به سوي گره‌هاي لنفاوي، آنها را از كيسه‌هاي هوايي خارج مي‌كنند. نانوذرات تا حد زيادي از اين سيستم حفاظتي رها شده و مي‌توانند وارد بافت‌هاي تنفسي گردند. ذرات و الياف باقي‌مانـده مي‌تواننـد با بافت‌هاي مخاطي ريوي بر هم كنش داده و منجر به ايجاد التهاب شديد، زخم و از بين رفتن بافت‌هاي ريوي گردند. اين وضعيت ريه‌ها شبيه حالت به وجود آمده در بيماري‌هايي همچون بيماري باكتريايي ذات‌الريه، يا بيماري‌هاي ريوي صنعتي مهلك همانند سيليكوسيس يا آزبستوسيس مي‌باشد.

سيليكوسيس و آزبستوسيس

با وجودي كه بيماري‌هاي سيليكوسيس و آزبستوسيس از طريق نانوموادي كه به روش تكنيكي توليد شده‌اند به وجود نمي‌‌آيند، اما منشا ايجاد اين بيماري‌ها، تنفس موادي شبيه نانوذرات است كه اطلاعات قديمي در مورد اثرات زيان‌بخش آنها بر روي سلامتي وجود دارد. سيليكوسيس زماني ايجاد مي‌شود كه گرد و غبار حاوي سيليس به مدت طولاتي به درون ريه تنفس شود. سيليس بلوري براي سطح بيروني ريه سمي مي‌باشد. زماني كه سيليس بلوري در تماس با ريه قرار مي‌گيرد اثرات التهابي شديدي به وجود مي‌آيد. در مدت زمان طولاني اين التهاب باعث مي‌شود تا بافت ريه به طور برگشت‌ناپذيري آسيب‌ديده و ضخيم شود كه اين پديده به نام فيبروسيس ناميده مي‌شود.

سيليس بلوري عموما در ماسه‌سنگ، گرانيت، سنگ لوح، زغال سنگ و ماسه سيليسي خالص وجود دارد. بنابراين افرادي همچون كارگران كارخانه‌هاي ذوب فلزات، سفال‌گران و كارگراني كه با ماسه كار مي‌كنند، در معرض خطر قرار دارند. سيليس بلوري از سوي سازمان بهداشت جهاني به عنوان يك ماده سرطانزا معرفي شده است.

الياف پنبه نسوز داراي طول چند ميكرومتر مي‌باشند و در نتيجه جزء نانومواد قرار نمي‌گيرند. با اين‌ حال جزء ذرات و الياف مجموعه امراض شغلي قرار مي‌گيرند. پنبه نسوز يك فيبر معدني طبيعي است كه در بيش از 3000 ماده ساختماني و محصول توليد شده به كار گرفته شده است. تمام انواع پنبه نسوز تمايل به خرد شدن به الياف بسيار ريز دارند.

به دليل كوچك بودن، اين الياف پس از پخش شدن در هوا ممكن است به مدت چند ساعت يا حتي چند روز معلق بمانند. الياف پنبه نسوز تخريب‌پذير نبوده و در طبيعت پايدار مي‌باشند. اين الياف در مقابل مواد شيميايي پايدار هستند، تبخير نمي‌شوند، در آب حل نمي‌شوند و در طول زمان تجزيه نمي‌گردند. پنبه نسوز موجب ايجاد سرطان ريه و مزوتليوما مي‌شود كه نوعي تومور خطرناك غشايي است كه ريه را مي‌پوشاند .

آلودگي ذره‌اي هوا در مشاغل ديگري همچون توليد و فرآوري كربن سياه و الياف مصنوعي نيز موجب ايجاد نگراني مي‌شود.

آلودگي ذره‌اي هوا

آلودگي هوا مخلوط كمپلكسي از تركيبات مختلف در فاز گاز، مايع و جامد است. خود مواد ذره‌اي مخلوطي ناهمگن از ذرات معلق هستند كه تركيب شيميايي و اندازه آنها متفاوت است. در مطالعات اپيدمي‌شناسي، انواع مختلفي از آلودگي‌هاي ذره‌اي هواي معـرفي شـده‌اند كـه از آن جمـله ميـتـوان بـه TPS (مجموع مواد معلق) و PM 10 (مواد ذره‌اي با قطر موثر آئروديناميك كمتر از 10 ميكرومتر) اشاره كرد. در سال‌هاي اخير مطالعات زيادي در زمينه مواد ذره‌اي ريز PM 2.5 (ذراتي با قطر آئروديناميك كمتر از 2.5 ميكرومتر) و فوق ريز (ذرات با قطر كمتر از 100 نانومتر) انجام گرفته است.

با وجودي كه ميزان خالص آلودگي‌ ذره‌اي هواي شهري (يعني مقدار PM 2.5)، با كم شدن نشر ذرات از صنايع و مراكز توليد انرژي كاهش يافته است، غلظت ذرات فوق‌ريز ناشي از ترافيك افزايش يافته است. هر چند غلظت اين ذرات كوچك معمولاً مهمتر است اما سهم آنها معمولاً پايينتر از غلظت كل است. بنابراين اندازه‌‌گيري توزيع اندازه ذرات تا چند نانومتر ، براي توصيف ذرات پخش‌شده از ترافيك ضروري است.

با توسعه روش‌هاي اندازه‌گيري آثار روشن‌تري از ذرات با اندازه كوچك‌تر مشاهده گرديد. با اين‌حال، بسياري از مطالعات هنوز ادامه دارند و تعداد بسيار كمي از آنها تاكنون به نتيجه رسيده‌اند. پيشنهاد شده است كه اثرات زيان‌آور آلودگي ذره‌اي هوا به طور عمده به غلظت ذرات كوچك‌تر از 100 نانومتر ارتباط دارد و به غلظت جرمي ذرات بزر‌گ‌تر بستگي چنداني ندارد. بنابراين معقول به نظر مي‌رسد كه اطلاعات به دست آمده از اپيدمي‌شناسي محيطي را با داده‌هاي حاصل از مطالعات سم‌شناسي انجام گرفته بر روي حيوانات و يا ساير داده‌هاي تجربي تركيب نماييم.

مطالعات اپيدمي‌شناسي زيادي ثابت كرده‌اند كه ارتباط مستقيمي بين افزايش مقطعي مواد ذره‌اي و افزايش بيماري و مرگ و مير ناشي از نارسايي‌هاي قلبي و عروقي وجود دارد. بيماران مسن‌تري كه سابقه بيماري‌هاي قلبي و يا تنفسي دارند و همچنين بيماران ديابتي، در معرض خطر بيشتري قرار دارند.

مدارك تجربي، مكانيسم‌هاي بيولوژيكي محتملي همچون تحريك دستگاه تنفسي و فشار اكسيدي جهازي را نشان مي‌دهند. در نتيجه اين تحريك‌ها، مجموعه‌اي از پاسخ‌هاي زيستي همانند موارد زير ممكن است ايجاد شوند:

تغيير جريان خون به نحوي كه موجب ايجاد انعقاد در قسمتي از رگ‌هاي خوني گردد، به هم خوردن آهنگ ضربان قلب، عملكرد نادرست و بحراني رگ‌ها، ناپايداري پلاكت‌هاي خوني، و در طولاني مدت توسعه تصلب شرايين، التهاب مزاجي و ريوي ناشي از ذرات، تصلب شرايين تسريع شده و عملكرد تغيير يافته ارادي قلب.

اين موارد ممكن است بخشي از عوامل زيستي باشند كه آلودگي ذره‌اي هوا را به مرگ و مير ناشي از بيماري‌هاي قلبي ارتباط مي‌دهند. همچنين نشان داده شده است كه نشست ذرات در كيسه‌هاي هوايي شش‌ها منجر به فعال شدن توليد سيتوكين به وسيله ماكروفاژها و سلول‌هاي اپيتليال كيسه‌هاي هوايي گشته و موجب التهاب سلول‌ها مي‌شود. در نمونه‌هايي كه به طور تصادفي از ميان بزرگسالان سالم در معرض آلودگي ذره‌اي هوا انتخاب شده بودند، افزايش ويسكوزيته پلاسما، فيبرينوژن و پروتئين فعال C مشاهده گرديد.

خلاصه و چشم‌انداز بحث

در مجموع مدارك بسيار زيادي حاصل از مطالعات اپيدمي‌شناسي وجود دارد كه اثرات زيان‌آور ذرات فوق‌ريز را بر روي سلامتي نشان مي‌دهند. همچنين از مدت‌ها پيش مدارك زيادي مبني بر زيان‌آور بودن تنفس ذرات قابل تنفس در محيط‌هاي كاري وجود دارد. به طور كامل مشخص نيست كه اين مسائل به نانومواد ساخت بشر مربوط است يا نه. با اين حال منطقي آن است تا زماني كه بر اساس مطالعات بيشتر اپيدمي‌شناسي، همچنين مطالعات انجام شده بر روي حيوانات، اثرات زيان‌آور اين نانومواد كاملا مشخص نشده است، از اين داده‌ها چشم‌پوشي نكنيم.

در حال حاضر هيچ قانوني در مورد توليد و كاربرد نانومواد براي سلامتي كاركنان و مصرف‌كنندگان و همچنين براي مسائل زيست‌محيطي وجود ندارد. همچنين در زمينه قانون‌گذاري براي مواد شيميايي، هيچ گزينه‌اي براي اندازه ذرات در هنگام ثبت يك ماده مدنظر قرار نمي‌گيرد.

پيش از انجام هرگونه قانون‌گذاري در زمينه نانومواد، بايد اطلاعات بسيار زيادي راجع به اثرات فرآيندها و محصولات نانو، بر روي سلامتي انسان و همچنين محيط زيست به دست آيد. اما حتي با در نظر گرفتن عدم قطعيت علمي موجود، شواهد كافي براي انجام اقدامات پيشگيرانه در محيط‌هاي كاري و بسته وجود دارد.