Версия для печати
Вернуться к списку

Макрозадачи для микрочастиц

Одним из ее направлений было создание системы оценки безопасности наноматериалов и нанотехнологий. Она успешно выполнена: в России разработаны нормативно-методические документы по всем этапам оценки безопасности и контроля, разработаны экспериментальные методики проверки нанопродуктов на различных моделях, аккредитованы лаборатории, ответственные за их экспертизу и контроль.

- Проблема наночастиц в научном отношении не новая, теоретическая база, объясняющая свойства дисперсных систем, существует с ХIХ века, - рассказывает ведущий научный сотрудник Института питания РАМН, доктор биологических наук Иван Гмошинский. - Все, что вокруг нас существует - любые аэрозоли, пыль, туманы, частицы сажи при пожаре, - это и есть высокодисперсные, то есть наноразмерные, системы. Естественно, встал вопрос, опасен ли контакт человека с ними. Чтобы ответить на него, нужно было создать систему оценки безопасности и контроля нанотехнологий и наноматериалов.

Эта задача была поставлена перед учеными, когда, казалось, в реальности ни того, ни другого не существовало. Такая осторожность была вызвана тем, что человечество уже имеет горький опыт неудачного внедрения новейших технологий, которые не приняло общество.

- Любая ошибка или промедление в этой области чреваты серьезными последствиями, - считает директор Института питания РАМН, академик Виктор Тутельян. - И чем более инновационной является технология, тем тщательнее надо готовиться к ее внедрению, и особенно в том, что касается непосредственно человека, - в производстве пищи, лекарств, новых материалов.

Пример - формирование негативного отношения к генетически модифицированным организмам (ГМО). Эти технологии позволяют резко повышать урожайность ценных сельскохозяйственных культур, улучшать структуру питания. Но крупные фирмы, вложив в технологию большие деньги, не позаботились о подготовке общественного мнения к ее восприятию. В результате во многих странах ГМО отвергаются, хотя никаких научных данных о вреде ГМО для человека нет.

С другой стороны, есть и отрицательные примеры недооценки опасности новых материалов. Так, в течение многих лет в электротехнике широко использовались полихлорированные бифенилы, в огромных количествах они выбрасывались во внешнюю среду. В результате накапливались в живых организмах и сейчас являются одним из глобальных загрязнителей среды обитания

Эти негативные примеры были учтены, как только начала развиваться нанотехнология. Перед учеными были поставлены задачи по созданию эффективной и жесткой системы оценки рисков возможного негативного воздействия на людей новых продуктов и технологий и их контроля.

Возникает вопрос: если наноформы веществ существовали в природе всегда, в чем же состоит опасность новых наноматериалов? Дело в том, что искусственные наночастицы обладают комплексом физических, химических свойств и биологическим действием, которые радикально отличаются от свойств тех же веществ в форме сплошных сред или дисперсий более крупного размера. Во-первых, они обладают большей растворимостью и способностью вступать в реакции. Во-вторых, очень большая площадь поверхности частиц наноматериалов увеличивает их способность к связыванию ионов тяжелых металлов, ядохимикатов и радионуклидов по сравнению с более крупными частицами. Они тем самым выступают в роли своеобразного "троянского коня". Повышена и их способность к продукции свободных радикалов, которые повреждают клетки организма и даже ДНК. Кроме того, из-за малых размеров наночастицы могут не распознаваться иммунной системой организма и не выводятся из него, что может привести к их накоплению. Многие из этих эффектов подтверждены экспериментально и считаются научно доказанными.

Эти риски не являются чем-то умозрительным. В 2006 году в Германии произошел знаковый инцидент - первый в истории случай массовой интоксикации наночастицами силиката, которые входили в состав спрея для чистки ванн и раковин. Около 70 человек отравились, причем шестеро из них попали в больницу с отеком легких. В итоге вся партия средства была отозвана с рынка. Но урок этой истории в другом - все новые продукты, произведенные по нанотехнологиям, должны тщательно проверяться на предмет безопасности. Тем более если речь идет о продуктах питания или косметике.

Одно из важных направлений - использование нанотехнологий в производстве пищи. Например, использование наноразмерных форм микроэлементов. Целесообразность этого определяется тем, что существует проблема малого интервала между необходимым и токсическим уровнем их потребления. Новые формы позволяют ее решить для ряда минеральных веществ, незаменимых в питании, - железа, селена, цинка и др. Наноинкапсулирование позволяет преодолеть несовместимость различных пищевых веществ, например, меди и витамина С. Оно также повышает биодоступность многих веществ, защищая их от воздействия желудочного сока. Наночастицы могут также использоваться в качестве консервантов, наполнителей, красителей, ароматизаторов и других пищевых добавок. А использование нанотехнологий для изготовления пищевых упаковочных материалов позволяет увеличить срок годности продуктов, предотвращая их загрязнение микробами за счет уменьшения размеров пор или увеличения поглощения УФ-лучей.

Процесс освоения пищевой промышленностью этих технологий пока еще в самом начале. Сегодня в реестре, который ведет Институт питания РАМН, присутствует около 30 нанопродуктов пищевой индустрии. Это и собственно пищевые продукты, и биологически активные добавки к пище, и упаковочные материалы для нее. Однако прогноз развития этого направления, который составили специалисты института на основе определения числа патентных разработок в этой области, ждущих своей практической реализации, свидетельствует: с 2013 года нас ждет лавинообразный рост пищевой нанопродукции - счет пойдет, по меньшей мере, на сотни.

Ученые НИИ питания РАМН разработали методические рекомендации по выявлению наноматериалов, представляющих потенциальную опасность для здоровья человека. Они основаны на методе математического моделирования и позволяют рассчитать и классифицировать степень опасности как низкую, среднюю и высокую. В зависимости от этого и определяется объем токсико-гигиенических исследований того или иного наноматериала. Приоритетные для отечественной наноиндустрии материалы уже прошли эту экспертизу полностью.

Эксперименты на различных моделях - клетках, растениях, лабораторных животных - были проведены с наночастицами двуокиси титана, двуокиси кремния (кремнезем, силикагель) и наноразмерным серебром. Первое соединение применяется в косметической промышленности, второе - в различных абразивных материалах, а также как пищевая добавка, а коллоидное серебро - как дезинфицирующее средство.

Так, введение крысам наночастиц двуокиси титана продемонстрировало их токсическое действие - животные хуже росли, у них возникли изменения в показателях антитоксической защиты печени, уровне глюкозы, гемоглобина и численности тромбоцитов. Эксперименты с наночастицами кремнезема, напротив, показали их безвредность даже в высоких дозах.

Третьим продуктом, который прошел полный цикл экспериментальных исследований, было наноразмерное серебро. В экспериментах были определены дозы наночастиц, которые являются совершенно безвредными, и те, при которых могут возникать небольшие сдвиги в отдельных биохимических процессах.

На основании всестороннего изучения приоритетных наноматериалов ученые также разработали гигиенические нормативы их присутствия в объектах окружающей среды - воздухе рабочей зоны, воде водоемов и питьевой воде . Они утверждены и обязательны для исполнения всеми субъектами права в России. Работы продолжаются и по другим практически важным наноматериалам и наночастицам.

Итак, в стране разработана одна из самых строгих и эффективных систем оценки безопасности и контроля нанотехнологий и наноматериалов по всем аспектам. Задача, поставленная перед учеными, была двуединой. С одной стороны, нельзя было затормозить прогресс в этих работах, не погрязнуть в бесконечных исследованиях и экспериментах. С другой, требовались четкие гарантии полной безопасности для населения.

Для начала была выбрана расчетная оценка потенциальной опасности наноматериалов, то есть материальных объектов, имеющим околомолекулярные размеры в пределах от 1 до 100 нанометров.

- В мире уже опубликовано более 2000 работ по токсиколого-гигиенической характеристике наноматериалов и их испытанию на самых разных моделях - бактериях, клетках, рачках, рыбах, млекопитающих и т.п., - продолжает Иван Гмошинский. - Надо было собрать все данные, провести их анализ, используя математические методы, разработать алгоритмы расчета нескольких уровней потенциальной опасности - малой, средней, высокой. И определить пути дальнейшего их изучения.

На основе этого анализа была создана структурированная система документов. В ней шесть уровней - определение приоритетов на основе математического моделирования; алгоритмы количественного анализа и нормирования; порядок и методики отбора проб; методы токсиколого-гигиенической и медико-биологической оценки; методы контроля и надзора; оценка рисков и управление ими. В числе последних широкий спектр мер - от усовершенствования очистных сооружений вплоть до изменения технологии и даже перепрофилированию производства, если его продукция будет признана опасной.

В результате в рамках реализации Федеральной целевой программы "Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации на 2008-2011 годы" был разработан и утвержден постановлениями Главного государственного санитарного врача РФ комплекс из 28 нормативно-методических материалов, устанавливающих двухстадийную систему тестирования безопасности наноматериалов. Первая стадия - информационно-аналитическая, которая на базе данных научной литературы позволяет классифицировать степень их потенциальной опасности. В стране также создана сеть лабораторий, аккредитованных на тестирование безопасности продуктов нанотехнологий, как в Москве, так и крупных научных центрах страны - в Тюмени, Перми, Екатеринбурге, Новосибирске. В научном смысле проблема оценки рисков применения нанотехнологий и полученных в результате продуктов, а также управления ими решена. Вопрос в том, как она будет работать на практике. Согласно постановлению Роспотребнадзора от 2007 года все производители нанопродуктов обязаны пройти государственную регистрацию и соответственно маркировать свою продукцию. Однако на рынке немало товаров, рекламируемых как нанопродукция, но при этом производители не указывают сведений о госрегистрации. Видимо, помимо ведомственных документов, необходим федеральный закон прямого действия, который вводил бы серьезную ответственность за нарушение этих правил и норм.