نانوتکنولوژی و ایمنی، بهداشت و محیط زیست

دكتر ایرج محمدفام

 

طبق تعریف، یک نانوذره به ذره ای گفته می شود که ابعادی بین یک تا 100 نانومتر داشته باشد. نانو ذرات از طیف وسیعی از مواد ساخته می شوند. نانو ذرات دوده از سال 1900 در لاستیک ها استفاده می شده اند تا آنها را سیاه رنگ جلوه دهد. نانوذرات طلا و نقره سال ها پیش در قرن دهم در تولید شیشه های رنگی کاربرد داشته اند. شیر از میلیون ها ذره با ابعاد نانویی کازئین تشکیل شده است. مولکول های شکر یک نانومتر قطر دارند. متداول ترین و پرکاربردی ترین آنها نانوذرات سرامیکی هستند. با توجه به تعریف نانو ذرات ممکن است این ذهنیت بوجود آید که این ذرات با چنین ابعادی در هوا معلق خواهند ماند اما در واقع چنین نیست و نیروهای الکترواستاتیکی بین این ذرات، آنها را درکنار هم قرار می دهد.

 

خواص نانو ذرات:

با توجه به تعریف نانوذرات، یکی از سوال ­­­های مهم در تولید مواد نانو این است که آرایش هندسی وپایداری اتم ها با تغییر اندازه ذرات چه تغییری می کند؟

در تكنولوژی نانو اولین اثر کاهش اندازه ذرات، افزایش سطح است. افزایش نسبت سطح به حجم نانو ذرات باعث می شود که اتم های واقع در سطح، اثر بسیار بیشتری نسبت به اتم های درون حجم ذرات، بر خواص فیزیکی ذرات داشته باشند. این ویژگی، واکنش پذیری نانو ذرات را به شدت افزایش می دهد؛ علاوه براین افزایش سطح ذرات، فشار سطحی را تغییر داده و منجر به تغییر فاصله بین ذرات یا فاصله بین اتم های ذرات می شود.

 

خواص الکترونیکی و شیمیایی:

در نانو تكنولوژی تغییر در فاصله بین اتم های ذرات و هندسه ذرات روی خواص الکترونیکی ماده هم تاثیرگذار است وقتی اندازه ذرات کاهش می یابد پیوندهای الکتریکی در فلزات ظریف تر می شوند. جالب است که بپرسیم در چه اندازه ای یک ذره فلزی، همانند یک توده فلز رفتار می کند؟ آیا این تغییر در خواص به تدریج رخ می دهد یا ناگهانی؟ پاسخ به این سوالات هم از نظر آزمایشگاهی وهم تئوریک مشکل است.

 

خواص سطحی

در فن آوری نانو خواص دیگری مثل نسبت سطح به حجم و انرژی پتانسیل در مقیاس نانو به طور چشمگیری افزایش می یابند که در قابلیت های محصولات تاثیر بسزایی دارد.

 

ویسکوزیته در مقیاس نانو

آب در مقیاس نانو آب روانی نیست که ما در مقیاس های بزرگ استفاده می کنیم. اشیای کوچک در آب با ماده چسبنده ای مثل عسل یا آب قند احاطه شده اند. خواص سیالات در مقیاس نانو در ویسكوزیته برجسته می گردد. یک باکتری که یک میلیون بار کوچکتر از یک انسان است آب را یک میلیون بار ویسکوزتر می یابد[4].

 

خواص مغناطیسی

در نانو تكنولوژی پیچیده ترین تاثیر اندازه ذرات تاثیر بر خواص مغناطیسی ماده است. یک ماده توده ای فرومغناطیس با حوزه های مغناطیسی که هر کدام حاوی هزاران اتم هستند، شناخته می شود. در یک حوزه مغناطیسی جهت چرخش الکترون ها یکسان است، اما حوزه های مغناطیسی متفاوت، جهات چرخش متفاوتی دارند. تغییر فاز مغناطیسی وقتی رخ می دهد که یک میدان مغناطیسی بزرگ، تمام حوزه های مغناطیسی را یک جهت سازد. به عنوان مثال در مورد نانو ذرات، حوزه های مغناطیسی مشخصی دیده نمی شود. ذرات مغناطیسی کوچک و حتی جامدات غیر مغناطیسی با اندازه دانه کوچک، نوع جدیدی از خواص مغناطیسی را نشان می دهند. این خواص متاثر از خاصیت کوانتومی اندازه ذرات است که برای فهمیدن آن، نیاز به مطالعه بسیار است. اندازه ذرات مورد بحث ما، معمولا کمتر از اندازه حوزه های مغناطیسی در جامدات است. بنابراین یک ذره مثل یک اتم مجزا رفتار می کند که گشتاور مغناطیسی بزرگی دارد.

 

روش های تولید نانو ذرات:

به طور کلی واکنش های شیمیایی برای تولید مواد می تواند در هریک از حالات جامد، مایع وگاز صورت گیرد. روش های بسیاری برای تولید نانو ذرات توسعه یافته اند که شامل فرایندهای حالت بخار، مایع و جامد است.

 

کاربردهای نانوذرات:

مصارف روزمره

همانطور که در بالا بیان شد یکی از خواص مهم نانو ذرات نسبت سطح به حجم بالای این مواد است. با استفاده از این خاصیت می توان کاتالیزورهای قدرتمندی را در ابعاد نانومتری تولید نمود. این نانوکاتالیزورها راندمان واکنش های شیمیایی را به شدت افزایش داده و همچنین به میزان چشمگیری از تولید مواد زاید در واکنش ها جلوگیری خواهند نمود. به کارگیری نانو ذرات در تولید مواد می تواند استحکام آنها را افزایش دهد، وزن آنها را کم کند، مقاومت شیمیایی و حرارتی آنها را بالا ببرد و واکنش آنها را در برابر نور و تشعشعات دیگر تغییر دهد. پس اولین کابردی که برای نانو ذرات می توان متصور شد، استفاده از این مواد در تولید نانوکامپوزیت هاست. با استفاده از نانو ذرات، نسبت استحکام به وزن مواد کامپوزیتی به شدت افزایش خواهد یافت. اخیرا در ساخت شیشه های ضد آفتاب از نانوذرات اکسید روی استفاده شده است استفاده از این ماده علاوه بر افزایش کارایی این نوع شیشه ها عمر آنها را نیز چندین برابر نموده است. از نانو ذرات همچنین در ساخت انواع ساینده ها، رنگ ها، لایه های محافظتی جدید و بسیار مقاوم برای شیشه ها و عینک ها (مانند عینک های ضدجوش و نشکن)، کاشی ها و پوشش های سرامیکی و برای افزایش استحکام سلول های خورشیدی استفاده شده است.

 

وقتی اندازه ذرات به نانومتر می رسد یکی از خواصی که تحت تاثیر این کوچک شدن اندازه قرار می گیرد تاثیرپذیری از نور و امواج الکترومغناطیسی است با توجه به این موضوع اخیرا چسب هایی از نانو ذرات تولید شده اند که کاربردهای مهمی در اپتوالکتریک و صنایع الکترونیکی دارند. ورود نانو ذرات به صنایع تولید رنگ یا مواد ساختمانی وزن این مواد را کاهش می دهد و استفاده از رنگ های دارای فناوری نانو در هواپیماها مصرف سوخت آنها را کاهش می دهد. نانوذرات اکسید تیتانیوم (بی رنگ) می تواند در کرم های ضد اشعه UV بکار رود. ذراتی مشابه در شیشه آب را دفع می کنند و نور خورشید را به کار می برند تا آلودگی را از بین ببرند (شیشه های خود تمیز شونده) در حال حاضر شرکت های زیادی نانو ذرات را به شکل پودر، اسپری و پوشش تولید می کنند که کاربردهای زیادی در قسمت های مختلف اتومبیل، راکت های تنیس، عینک های آفتابی، پارچه های ضد لک، پنجره های خود تمیز شونده و صفحات خورشیدی و غیره دارند.

 

ایمنی و بهداشت

اثرات سمیت و بیولوژیکی:

اطلاعات کمی در مورد اثرات سم شناسی و بیولوژیکی نانو مواد، بویژه در رابطه با راه های بالقوه تماس و جابجایی مواد نانو در بدن و پاسخ بدن به این مواد وجود دارد. تنوع بسیار زیاد نانومواد و ویژگی های متفاوتشان، دسترسی کلی به اثرات سم شناسی آنها را در این مرحله غیر ممکن ساخته است.

مشخص نیست که ویژگی های منحصر به فرد فیزیکی و شیمیایی نانوذرات چگونه سمیت آنها را تحت الشعاع قرار می دهند. به هر حال مطالعات نشان می دهند سایز ذره، سطح ناحیه ای و سطح شیمیایی به عنوان فاکتورهای کلیدی در ایجاد اثرات بهداشتی  سوء می باشند.

به دلیل اندازه بی نهایت کوچک ذرات نانو، آنها قادرند مکانیسم های دفاعی بدن را مختل کرده و تشکیل ذراتی با سایز بزرگتر دهند. ذرات نانو در مقایسه با دیگر ذرات بزرگتر نسبت سطح به جرم بسیار بزرگتری دارند که ممکن است آنها را قادر به نفوذ به درون سلول های بدن سازد. تماس با ترکیبات نانو به احتمال زیاد از طریق استنشاق انجام می شود اما ممکن است از طریق پوست یا گوارش نیز انجام شود.

مطالعات نشان داده است که ذرات نانو قادرند از ریه ها وارد جریان خون شده و در سایر ارگان های بدن انتشار یابند. مطالعات روی حیوانات آزمایشگاهی حاکی از آن است که تماس با ترکیبات نانو ممکن است باعث تغییرات پاتولوژیکی ریه از جمله سرطان ها، التهاب، فیبروز و مشکلات تنفسی شود.         

زمانی که مطالعات روی جوندگان یا کشت سلولی، اثرات بهداشتی ناشی از استفاده و یا تماس با ذرات نانو را نشان دهد، مستقیما قادر نیستیم این تست ها را با خطر تماس شغلی یا به انسان ارتباط بدهیم.

تحقیقات بیشتری برای شناسایی اثرات  مزمن  بهداشتی ناشی از ذرات نانو باید صورت گیرند.

 

خطر انفجار:

علاوه بر کنترل تماس ذرات نانو با کارگران در محیط کار، خطر دیگری مورد توجه است كه خطر حریق یا انفجار به دلیل فعالیت شدید کاتالیستی بسیاری از نانومواد می باشد. بعنوان یک پیش احتیاط باید حداقل کنترل هایی را که برای مواد مشابه در سطح ماکرو استفاده می شوند، در محیط کار برای نانومواد نیز لحاظ کرد.

 

تماس شغلی:

این که قادر به ارزیابی تماس به منظور آگاهی از مخاطرات ایمنی و بهداشت شغلی نانومواد باشیم حایز اهمیت است. فعالیت هایی که نانومواد را در فاز گازی یا به فرم پودر یا محلول تولید یا استفاده می کنند در معرض خطرات بزرگتری ناشی از تماس شغلی می باشند.

اگرچه تولید ذرات نانو اغلب در سیستم های بسته انجام می شود، خطر تماس با این مواد به انواع کنترل های موجود در محل بستگی دارد. فعالیت هایی که منجر به تماس با نانومواد می شوند شامل کار با مواد نانو به صورت مایع بدون حفاظت کافی و نظافت سیستم های جمع آوری گرد و غبار که برای فیلترکردن ذرات نانو استفاده می شوند، افرادی که به تجارت نانومواد مشغولند و فعالیت های کاری که ریسک بالایی از تماس با ذرات نانو دارند شامل حمل ونقل، نظافت، نگهداری منظم وسایل، مرتب کردن، ذخیره سازی داخل مخازن و توزیع کننده ها، به علاوه استفاده توسط مصرف کنندگان نهایی برای اهداف صنعتی و غیره می باشند.

 

نتیجه گیری:

بررسی اولیه در مورد ایمنی و بهداشت شغلی نانوتکنولوژی نشان می دهد که این تکنولوژی نیازمند توجه و تحقیق بیشتری می باشد؛ بویژه وجود نانوذرات در آلاینده های هوای محیط کار که می تواند سلامتی کارگران را تحت الشعاع قرار دهد. تاکید سازمان ملل بر توجه بیشتر به ایمنی فناوری نانو می باشد که نیازمند تحقیقات گسترده ای برای شناسایی خطرات زیست محیطی، بهداشتی، اقتصادی و اجتماعی می باشد.

 

منابع:

1- http://www.tryb.org/a_white_paper_on_nano-safety.pdf

2- http://ec.europa.eu/health/ph_risk/documents/synth_report.pdf

3- http://toxsci.oxfordjournals.org/misc/terms.shtml

4- www.sincedirect.com

5- http://www.ag.gov.au/cca.5

6- Approaches to safe nanotechnology  an information exchange with niosh

7- green facts. com

8- nano technology and occupational health

9- www.hse.gov.uk/research/rrhtm/rr274.htm

خبرنامه

اطلاعات تماسی

تلفن : ۰۲۱۲۲۹۲۴۹۸۷

ایمیل :‌ info [@] safetymmesage [dot] com

درباره پیام ایمنی

فعاليت سايت پیام ایمنی از سال 1382 همزمان با انتشار نشریه پیام ایمنی آغاز گرديد. هدف ما از طراحی اين سايت، ايجاد مرجعی کامل و كارآمد از موضوعات ایمنی، بهداشت، محیط‏ زیست و آتش‏ نشانی، به منظور رفع نياز محققين و علاقمندان در كشور است.


طراحی سایت و طراحی گرافیک توسط استودیو طراحی حاشیه