Наноматериалдар өндірісінде қауіпсіздікті қамтамасыздандыру және бақылау
КІРІСПЕ 7
1 ӘДЕБИ ШОЛУ 11
1.1 Наноматериалдың құрылымдық және химиялық сипаттамасының бақылау әдістері 11
1.2 Нанобөлшектің потенциалды улылығын анықтайтын сипаттамалары 14
1.3 Наноматериалдардың токсикологиялық әсері 20
1.3.1 Көміртекті наноматериалдардың токсикологиялық әсері 21
1.3.2 Метал нанобөлшектің токсикологиялық және бинарлы байланыс әсері 26
1.4 Наноматериалдардың экотоксикологиялық әсері 29
1.5 Нанодисперсті күйдегі заттардың уыттылығы 33
2 МАТЕРИАЛДАР МЕН ӘДІСТЕР 37
2.1 Сорбтомертр көмегімен наноматериалдардың беттік ауданын анықтау әдісі 37
2.2 Наноматериалдарды алу барысында бөлінетін газдардың мөлшерін анықтау әдісі 38
2.3 Наноматериалдар алатын жумыс аумағының температурасы, ылғалдылық мөлшерін бақылау 39
3 НӘТИЖЕЛЕР ЖӘНЕ ОЛАРДЫ ТАЛҚЫЛАУ 41
3.1 Сорбтомертр көмегімен наноматериалдардың беттік ауданын анықтау 41
3.2 Наноматериалдарды алу барысында бөлінетін газдардың мөлшерін анықтау 42
3.3 Наноматериалдар алатын жумыс аумағының температурасы, ылғалдылық мөлшерін бақылау 42
3.4 Нанобиостимуляторға ұқсас физикоксинді мутагенділікке сынау 43
ҚОРЫТЫНДЫ
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИТТЕР ТІЗІМІ
. ҚОСЫМШАЛАР
1 ӘДЕБИ ШОЛУ 11
1.1 Наноматериалдың құрылымдық және химиялық сипаттамасының бақылау әдістері 11
1.2 Нанобөлшектің потенциалды улылығын анықтайтын сипаттамалары 14
1.3 Наноматериалдардың токсикологиялық әсері 20
1.3.1 Көміртекті наноматериалдардың токсикологиялық әсері 21
1.3.2 Метал нанобөлшектің токсикологиялық және бинарлы байланыс әсері 26
1.4 Наноматериалдардың экотоксикологиялық әсері 29
1.5 Нанодисперсті күйдегі заттардың уыттылығы 33
2 МАТЕРИАЛДАР МЕН ӘДІСТЕР 37
2.1 Сорбтомертр көмегімен наноматериалдардың беттік ауданын анықтау әдісі 37
2.2 Наноматериалдарды алу барысында бөлінетін газдардың мөлшерін анықтау әдісі 38
2.3 Наноматериалдар алатын жумыс аумағының температурасы, ылғалдылық мөлшерін бақылау 39
3 НӘТИЖЕЛЕР ЖӘНЕ ОЛАРДЫ ТАЛҚЫЛАУ 41
3.1 Сорбтомертр көмегімен наноматериалдардың беттік ауданын анықтау 41
3.2 Наноматериалдарды алу барысында бөлінетін газдардың мөлшерін анықтау 42
3.3 Наноматериалдар алатын жумыс аумағының температурасы, ылғалдылық мөлшерін бақылау 42
3.4 Нанобиостимуляторға ұқсас физикоксинді мутагенділікке сынау 43
ҚОРЫТЫНДЫ
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИТТЕР ТІЗІМІ
. ҚОСЫМШАЛАР
Қазіргі таңда дүниежүзі нанотехнологияның, яғни өлшемі 100нм болатын материалдар мен заттарды алуға және қолдануға бағытталған технологияның қарқынды дамуына көңіл аударуда. Нанотехнологияны қолдану арқылы алынған материалдар химиялық өндірістің микроэлектроника, энергетика, оптика, құрылыс, ғылыми зерттеу, бақылау және қоршаған ортаны қорғау салаларында қолданылады. Наноматериалдардың ерекше қасиеттері және олардың биологиялық белсенділігі дәрілік препараттар мен вакциналарды адрестік тасымалдауда, кардиологиялық, онкологиялық және басқа да аурулармен күресуде, гендік және молекулярлы инженерия мақсатындағы инфекцияларда, қоршаған орта сапасын жақсартуда, парфюмерлі – косметикада, тамақ өндірісі және басқа да салаларда қолданылуы мүмкін.
Қазіргі таңда дүниежүзінде наноматериалдардың таралуы және өндіріс көлемі қарқынды дамуда. Нанотехнологияны қолдану барысында алынған өнімді сатудың жалпы көлемін болжаммен 2015 жылға қарай 10 триллион АҚШ долларына көтеру керек. Ресей Федерациясында наноматериалдар кейбір түрлерінің өндірісі тез дамуда. Медицина, тұрмыстық және тамақтануда қолдану тағайындалмаса да, өндірісті қосқандағы наноматериалдың қолданылуы және таралуының толық цикл айналымы қоршаған ортаға және адам организміне енеді. Осыларға байланысты адамның әртүрлі наноматериалдарға қатысты экспозиция деңгейі жақын уақытта жоғарылай түседі.
Наноиндустрияның дамуы екі бағытты бастаманы көрсетеді, яғни қауіпсіздік түсінігіне қатысты «ішкі және сыртқы қауіптен мемлекеттің, қоғамның және тұлғаның өмірлік маңызды қызығушылықтарын қорғау жағдайы»;
-наноқауіптің туындау себептерін анализдеу;
-қауіпсіздікті қамтамасыз ету жүйесін құру үшін нанотехнология және наноматериалдарды қолдану;
Наноқауіп пайда болатын негізгі себептер:
-нанобөлшектердің кіші геометриялық өлшемі, олардың жоғары ену қабілеті, адамда, жануарлар мен өсімдіктерде эволюциялық қарсы әсер ететін қорғау механизмі жоқ болғанда реакциялық және адсорбциялық белсенділігі;
-нанобөлшектер мен наножиынтықтардың құрылымы мен құрамының көптүрлілігі және олардың идентификациясы мен сандық сипаттамасының күрделілігі;
-механизм туралы сенімді ақпараттың болмауынан объекттің органикалық (соның ішінде тірі) және органикалық емес табиғатының жасанды интеграциясына негізделген конвергентті жүйені қалыптастыратын пәнаралық зерттеудің дамуы;
Қазіргі таңда дүниежүзінде наноматериалдардың таралуы және өндіріс көлемі қарқынды дамуда. Нанотехнологияны қолдану барысында алынған өнімді сатудың жалпы көлемін болжаммен 2015 жылға қарай 10 триллион АҚШ долларына көтеру керек. Ресей Федерациясында наноматериалдар кейбір түрлерінің өндірісі тез дамуда. Медицина, тұрмыстық және тамақтануда қолдану тағайындалмаса да, өндірісті қосқандағы наноматериалдың қолданылуы және таралуының толық цикл айналымы қоршаған ортаға және адам организміне енеді. Осыларға байланысты адамның әртүрлі наноматериалдарға қатысты экспозиция деңгейі жақын уақытта жоғарылай түседі.
Наноиндустрияның дамуы екі бағытты бастаманы көрсетеді, яғни қауіпсіздік түсінігіне қатысты «ішкі және сыртқы қауіптен мемлекеттің, қоғамның және тұлғаның өмірлік маңызды қызығушылықтарын қорғау жағдайы»;
-наноқауіптің туындау себептерін анализдеу;
-қауіпсіздікті қамтамасыз ету жүйесін құру үшін нанотехнология және наноматериалдарды қолдану;
Наноқауіп пайда болатын негізгі себептер:
-нанобөлшектердің кіші геометриялық өлшемі, олардың жоғары ену қабілеті, адамда, жануарлар мен өсімдіктерде эволюциялық қарсы әсер ететін қорғау механизмі жоқ болғанда реакциялық және адсорбциялық белсенділігі;
-нанобөлшектер мен наножиынтықтардың құрылымы мен құрамының көптүрлілігі және олардың идентификациясы мен сандық сипаттамасының күрделілігі;
-механизм туралы сенімді ақпараттың болмауынан объекттің органикалық (соның ішінде тірі) және органикалық емес табиғатының жасанды интеграциясына негізделген конвергентті жүйені қалыптастыратын пәнаралық зерттеудің дамуы;
1. Лучинин. В.В. Наноиндустрия и безопасность // Наноиндустрия 2008. № 3. C. 4-9.
2. Алфимов М.В.,. Разумов В.Ф. Доклад рабочей группы «Индустрия намосистем и наноматериалов».- // Российские нанотехнологии.-2007.-Т.2, № 1-2.-Б. 12-25
3. Старостин В.В. Материалы и методы нанотехнологии М.: Бином. Лаборатория знаний. 2008. 431 б.
4. Environmental Nanotechnology edited by Wiesner M., Bottero J.-Y. / McGraw-Hill: 2007, 540 p.
5. Гусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии: М.: Физматлит, 2007. 416 б.
6. Попов В.В., Саркисов П.Д., Шабанова Н.А. Химия и технология нанодисперсных оксидов. М: Академкнига. 2007. 309 б.
7. Основы оценки риска для здоровья населения при воздействии химических веществ, загрязняющих окружающую среду. / Онищенко Г.Г, Новиков СМ., Рахманин Ю.А. и др. - М.: НИИ ЭЧ и ГОС, 2002. - 408 С.
8. Курляндский Б.А. О нанотехнологии и связанных с нею токсикологических проблемах. Токсикологический вестник, 2007, №6
9. Глушкова А. В., Радилов А. С., Рембовский В. Р. «Нанотехнологии и
нанотоксикология – взгляд на проблему», Токсикологический вестник, 2007, №6
10. Иваненко Н.В. Экологическая токсикология. Учебное пособие. Владивосток: Изд-во ВГУЭС, 2006.
11. Рыжонков Д. И., Лёвина В. В., Дзидзигури Э. Л. Наноматериалы: учебное пособие –М., 2008. 365 с.
12. Nanotoxicology : characterization, dosing and health effects / edited by Monteiro-Riviere N. A., Lang Tran C./ Informa Healthcare USA, Inc. 2007, 540 p.13
13. Чечеткин В.Р., Прокопенко Д.В., Макаров А.А., Заседателев А.С. Биочипы для медицинской диагностики// Российские наиотехнологий.-2006.-Т. 1,№1 .-С. 13-27
14. Тимофеев М.А., Протопопова, Колесниченко А.В. М.В. Токсичность наноматериалов – 15 лет исследований // Российские нанотехнологии. 2008. Т. 3. С. 54-61.
15. Методические проблемы изучения и оценки био- и нанотехнологий (нановолны, частицы, структуры процессы, биообъекты) в экологии человека и гигиене окружающей сре.ды. Материалы пленума. Под ред акад. РАМН
Ю.А. Рахманина. Москва, 2007.
16. Проданчук Н.Г., Балан Г.М. Нанотоксикология: состояние и перспектвы
исследований. // Современные проблемы токсикологии. 2009. №. 3-4. С. 4-20.
17. Калечиц В.И. Приборы для измерения в нанотехнологиях // Чистые помещения и технологические среды. 2010. № 1. С. 39-47.
18. Уайт В. Технология чистых помещений. Основы проектирования, испытаний и эксплуатации. М: «Клинрум», 2002. 304 c.
19. Проектирование чистых помещений. Под ред. В. Уайта. М: «Клинрум», 2004. 360 c.
20. Кобаяси Н. Введение в нанотехнологию. М.: Бином. Лаборатория знаний, 2007.134с.
21. Дыкман Л.А., Богатырев В.А., Щеглов С.Ю., Хлебцов Н.Г. Золотые наночастицы: синтез, свойства, биомедицинское применение. М.: Наука, 2008.319с.
22. Луцик А.Д., Детюк У.С., Луцик М.Д. Лектины в гистохимии. Львов: ВШ, 1989.144с.
23. Lewinski N., Colvin V., Drezek R. Cytotoxicity of Nanoparticles // Small-journal 2008, 4,No.1,26 –49
24. Спирин М.Г., Бричкин С.Б., Разумов В.Ф. Использование обратных мицелл в получении наночастиц золота ультрамалого размера // Российские нанотехнологии Т. 1, №1-2, 2006. С. 121-126.
25. Глушкова А.В., Радилов А.С., Рембовский В.Р. Нанотехнологии и нанотоксикология – взгляд на проблему // «Методологические проблемы изучения и оценки био- и нанотехнологий (нановолны, частицы, структуры, процессы, биообъекты) в экологии человека и гигиене окружающей среды». Материалы пленума Научного совета по экологии человека и гигиене окружающей среды РАМН и Минздравсоцразвития Российской Федерации Под редакцией академика РАМН Ю.А. Рахманина, Москва, 2007.
26. Alt V., Bechert Th., Steinrücke P., Wagener M., Seidel P., Dingeldein E., Domann E., Schnettler R. An in vitro assessment of the antibacterial properties and cytotoxicity of nanoparticulate silver bone cement // Biomaterials 2004. Vol. 25. Iss.18.PP.4383-4391
27. Allsopp. M., Walters A., Santino D. Nanotechnologies and nanomaterials in electrical and electronic goods: A review of uses and health concerns // 2007. Greenpeace research laboratories. December. 22p.
28. Ji J.H. Twenty-eight-day inhalation toxicity study of silver nanoparticles in Sprague-Dawley rats // Inhalation Toxicology 2007. Vol. 19. Iss. 10. P.857-71
29. Lesniak W., Bielinska A., Sun K., Janczak K.W., Shi X., Baker J.R., Balogh L.P. Silver/Dendrimer nanocomposites as biomarkers: fabrication, characterization, in vitro toxicity and intracellular detection // Nanoletters 2005. Vol.5.Iss.11.P.123-2130
30. Коваленко Л.В., Фолманис Г.Э. Биологически активные нанопорошки железа.М.:Наука,2006.124с.
31. По материалам сайта: «www.nanometer.ru»
32. Withdrawal assessment report for Sinerm. Report EMEA. CHMP London. 11527.2008.
33. Zhu M.-T., Feng W.Y., Wang B., Wang T-Ch., Gu Y.-Q., Wang M., Wang Y., Ouyang H., Zhao Y.-L., Chai Z.-F. Comparative study of pulmonary responses to nano- and submicron-sized ferric oxide in rats // Toxicology 2008. Vol. 247, Iss. 2-3.PP.102-111
34. Van Sprang P.A., Janssen C.R. Toxicity identification of metals: development of toxicity identification fingerprints // Environmental Toxicology and Chemistry 2001.Vol.20.Iss.11.PP.2604–2610
35. Chen Z. Acute toxicological effects of copper nanoparticles in vivo // Toxicology Letters 2006. Vol. 163. Iss. 2. PP. 109-120
36. Lin D. Phytotoxicity of nanoparticles: inhibition of seed germination and root growth // Environmental Pollutants 2007. Vol. 150. Iss. 2. PP. 243-250
37. Heinlaan M., Ivask A., Blinov I., Dubourguier H.-Ch., Kahru A. Toxicity of nanosized and bulk ZnO, CuO and TiO2 to bacteria Vibrio fischeri and crustaceans Daphnia magna and Thamnocephalus platyurus // Chemosphere 2008. Vol. 71. Iss.7.PP.1308-1316
38. Пул Ч., Оуэнс Ф. Нанотехнологии. М.: Техносфера, 2006. 336с.
39. Kang S.J. Titanium dioxide nanoparticles trigger p53-mediated damage response in peripheral blood lymphocytes // Environmental Molecules Mutagens2008.Vol.49.Iss.5.PP.399-405
40. Long T.C., Tajuba J., Sama P., Saleh N., Swartz C., Parker J., Hester S., Lowry G.V., Veronesi B. Nanosize titanium dioxide stimulates reactive oxygen species in brain microglia and damages neurons in vitro // http://www.ehponline.org/members/2007/10216/10216.pdf.
2. Алфимов М.В.,. Разумов В.Ф. Доклад рабочей группы «Индустрия намосистем и наноматериалов».- // Российские нанотехнологии.-2007.-Т.2, № 1-2.-Б. 12-25
3. Старостин В.В. Материалы и методы нанотехнологии М.: Бином. Лаборатория знаний. 2008. 431 б.
4. Environmental Nanotechnology edited by Wiesner M., Bottero J.-Y. / McGraw-Hill: 2007, 540 p.
5. Гусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии: М.: Физматлит, 2007. 416 б.
6. Попов В.В., Саркисов П.Д., Шабанова Н.А. Химия и технология нанодисперсных оксидов. М: Академкнига. 2007. 309 б.
7. Основы оценки риска для здоровья населения при воздействии химических веществ, загрязняющих окружающую среду. / Онищенко Г.Г, Новиков СМ., Рахманин Ю.А. и др. - М.: НИИ ЭЧ и ГОС, 2002. - 408 С.
8. Курляндский Б.А. О нанотехнологии и связанных с нею токсикологических проблемах. Токсикологический вестник, 2007, №6
9. Глушкова А. В., Радилов А. С., Рембовский В. Р. «Нанотехнологии и
нанотоксикология – взгляд на проблему», Токсикологический вестник, 2007, №6
10. Иваненко Н.В. Экологическая токсикология. Учебное пособие. Владивосток: Изд-во ВГУЭС, 2006.
11. Рыжонков Д. И., Лёвина В. В., Дзидзигури Э. Л. Наноматериалы: учебное пособие –М., 2008. 365 с.
12. Nanotoxicology : characterization, dosing and health effects / edited by Monteiro-Riviere N. A., Lang Tran C./ Informa Healthcare USA, Inc. 2007, 540 p.13
13. Чечеткин В.Р., Прокопенко Д.В., Макаров А.А., Заседателев А.С. Биочипы для медицинской диагностики// Российские наиотехнологий.-2006.-Т. 1,№1 .-С. 13-27
14. Тимофеев М.А., Протопопова, Колесниченко А.В. М.В. Токсичность наноматериалов – 15 лет исследований // Российские нанотехнологии. 2008. Т. 3. С. 54-61.
15. Методические проблемы изучения и оценки био- и нанотехнологий (нановолны, частицы, структуры процессы, биообъекты) в экологии человека и гигиене окружающей сре.ды. Материалы пленума. Под ред акад. РАМН
Ю.А. Рахманина. Москва, 2007.
16. Проданчук Н.Г., Балан Г.М. Нанотоксикология: состояние и перспектвы
исследований. // Современные проблемы токсикологии. 2009. №. 3-4. С. 4-20.
17. Калечиц В.И. Приборы для измерения в нанотехнологиях // Чистые помещения и технологические среды. 2010. № 1. С. 39-47.
18. Уайт В. Технология чистых помещений. Основы проектирования, испытаний и эксплуатации. М: «Клинрум», 2002. 304 c.
19. Проектирование чистых помещений. Под ред. В. Уайта. М: «Клинрум», 2004. 360 c.
20. Кобаяси Н. Введение в нанотехнологию. М.: Бином. Лаборатория знаний, 2007.134с.
21. Дыкман Л.А., Богатырев В.А., Щеглов С.Ю., Хлебцов Н.Г. Золотые наночастицы: синтез, свойства, биомедицинское применение. М.: Наука, 2008.319с.
22. Луцик А.Д., Детюк У.С., Луцик М.Д. Лектины в гистохимии. Львов: ВШ, 1989.144с.
23. Lewinski N., Colvin V., Drezek R. Cytotoxicity of Nanoparticles // Small-journal 2008, 4,No.1,26 –49
24. Спирин М.Г., Бричкин С.Б., Разумов В.Ф. Использование обратных мицелл в получении наночастиц золота ультрамалого размера // Российские нанотехнологии Т. 1, №1-2, 2006. С. 121-126.
25. Глушкова А.В., Радилов А.С., Рембовский В.Р. Нанотехнологии и нанотоксикология – взгляд на проблему // «Методологические проблемы изучения и оценки био- и нанотехнологий (нановолны, частицы, структуры, процессы, биообъекты) в экологии человека и гигиене окружающей среды». Материалы пленума Научного совета по экологии человека и гигиене окружающей среды РАМН и Минздравсоцразвития Российской Федерации Под редакцией академика РАМН Ю.А. Рахманина, Москва, 2007.
26. Alt V., Bechert Th., Steinrücke P., Wagener M., Seidel P., Dingeldein E., Domann E., Schnettler R. An in vitro assessment of the antibacterial properties and cytotoxicity of nanoparticulate silver bone cement // Biomaterials 2004. Vol. 25. Iss.18.PP.4383-4391
27. Allsopp. M., Walters A., Santino D. Nanotechnologies and nanomaterials in electrical and electronic goods: A review of uses and health concerns // 2007. Greenpeace research laboratories. December. 22p.
28. Ji J.H. Twenty-eight-day inhalation toxicity study of silver nanoparticles in Sprague-Dawley rats // Inhalation Toxicology 2007. Vol. 19. Iss. 10. P.857-71
29. Lesniak W., Bielinska A., Sun K., Janczak K.W., Shi X., Baker J.R., Balogh L.P. Silver/Dendrimer nanocomposites as biomarkers: fabrication, characterization, in vitro toxicity and intracellular detection // Nanoletters 2005. Vol.5.Iss.11.P.123-2130
30. Коваленко Л.В., Фолманис Г.Э. Биологически активные нанопорошки железа.М.:Наука,2006.124с.
31. По материалам сайта: «www.nanometer.ru»
32. Withdrawal assessment report for Sinerm. Report EMEA. CHMP London. 11527.2008.
33. Zhu M.-T., Feng W.Y., Wang B., Wang T-Ch., Gu Y.-Q., Wang M., Wang Y., Ouyang H., Zhao Y.-L., Chai Z.-F. Comparative study of pulmonary responses to nano- and submicron-sized ferric oxide in rats // Toxicology 2008. Vol. 247, Iss. 2-3.PP.102-111
34. Van Sprang P.A., Janssen C.R. Toxicity identification of metals: development of toxicity identification fingerprints // Environmental Toxicology and Chemistry 2001.Vol.20.Iss.11.PP.2604–2610
35. Chen Z. Acute toxicological effects of copper nanoparticles in vivo // Toxicology Letters 2006. Vol. 163. Iss. 2. PP. 109-120
36. Lin D. Phytotoxicity of nanoparticles: inhibition of seed germination and root growth // Environmental Pollutants 2007. Vol. 150. Iss. 2. PP. 243-250
37. Heinlaan M., Ivask A., Blinov I., Dubourguier H.-Ch., Kahru A. Toxicity of nanosized and bulk ZnO, CuO and TiO2 to bacteria Vibrio fischeri and crustaceans Daphnia magna and Thamnocephalus platyurus // Chemosphere 2008. Vol. 71. Iss.7.PP.1308-1316
38. Пул Ч., Оуэнс Ф. Нанотехнологии. М.: Техносфера, 2006. 336с.
39. Kang S.J. Titanium dioxide nanoparticles trigger p53-mediated damage response in peripheral blood lymphocytes // Environmental Molecules Mutagens2008.Vol.49.Iss.5.PP.399-405
40. Long T.C., Tajuba J., Sama P., Saleh N., Swartz C., Parker J., Hester S., Lowry G.V., Veronesi B. Nanosize titanium dioxide stimulates reactive oxygen species in brain microglia and damages neurons in vitro // http://www.ehponline.org/members/2007/10216/10216.pdf.
Пән: Экология, Қоршаған ортаны қорғау
Жұмыс түрі: Дипломдық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 47 бет
Таңдаулыға:
Жұмыс түрі: Дипломдық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 47 бет
Таңдаулыға:
Қазақстан республикасының білім және ғылым министрлігі
Әл-фараби атындағы қазақ ұлттық университеті
Химия және химиялық технология факультеті
Химиялық физика және материалтану кафедрасы, Қоршаған ортаны қорғау және
өмір тіршілігінің қауіпсіздігі циклы
Бектасова Сымбат
БІТІРУ ЖҰМЫСЫ
Тақырыбы: НАНОМАТЕРИАЛДАР ӨНДІРІСІНДЕ ҚАУІПСІЗДІКТІ ҚАМТАМАСЫЗДАНДЫРУ ЖӘНЕ
БАҚЫЛАУ
Мамандығы: 5В073100-Қоршаған ортаны қорғау және өмір тіршілігінің
қауіпсіздігі
Алматы 2013
Қазақстан республикасының білім және ғылым министрлігі
Әл-фараби атындағы қазақ ұлттық университеті
Химия және химиялық технология факультеті
Химиялық физика және материалтану
Қорғауға жіберілді
___________
Кафедра меңгерушісі
х.ғ.к
Тулепов М.І
БІТІРУ ЖҰМЫСЫ
Тақырыбы: НАНОМАТЕРИАЛДАР ӨНДІРІСІНДЕ ҚАУІПСІЗДІКТІ ҚАМТАМАСЫЗДАНДЫРУ ЖӘНЕ
БАҚЫЛАУ
Мамандығы: 5В073100-Қоршаған ортаны қорғау және өмір тіршілігінің
қауіпсіздігі
Орындаған:
Бектасова Сымбат
Ғылыми жетекшісі:
х.ғ.к
Керимкулова А.Р
Нормабақылаушы: Рахимова
Б.У
Алматы 2013
РЕФЕРАТ
Бітіру жұмысының құрылымы мен көлемі: бітіру жұмысы кіріспеден, әдеби
шолудан, тәжірибелік бөлімнен, нәтижелермен оларды талқылаудан, қорытынды
және қолданылған әдебиеттер тізімін қамтиды. Жұмыс 47 беттен, 10
суреттен, 5 кестеден, 40 қолданылған әдебиеттер тізімінен тұрады.
Түйінді сөздер: НАНОМАТЕРИАЛДАР, ҚАУІПСІЗДІК, БЕТТІК АУДАН, МУТАГЕНДІК.
Зерттеу нысандары: көміртектік нано сорбенттер; фуллерендік күйе;
түтіндік газдар; нанобиостимулятор.
Жұмыстың негізгі мақсаттына: Жану Проблемалар Институтында алынып жатқан
нанокөміртекті материалдардың және оларды алу барысында қоршаған ортаға
және адам денсаулығына тигізетін әсерін бақылау.
Зерттеудің практикалық маңыздылығы: Дүниежүзі нанотехнологияның, яғни
өлшемі 100нм дейін болатын материалдар мен заттарды алуға және қолдануға
бағытталған технологияның қарқынды дамуына көңіл аударуда.
Қазіргі таңда дүниежүзінде наноматериалдардың таралуы және өндіріс
көлемі қарқынды дамуда. Сонымен қатар біздің еліміздеде нанотехнологияға
деген қызығушылық жылдан жылға артуда. Медицина, тұрмыстық және тамақтануда
қолдану тағайындалмаса да, өндірісті қосқандағы наноматериалдың қолданылуы
және таралуының толық цикл айналымы қоршаған ортаға және адам организміне
енеді. Осыларға байланысты адамныңорганизміне әртүрлі әсерін береді. Бірақ
наноматериалдар алумен айналысып жатқанымен олардың әсері қарастырылып
жатқан жоқ. Осы айтылғандардын бәрі өзекті мәселе болып табылады.
РЕФЕРАТ
Объем и структура выпускной работы: Работа состоит из введения, обзора
литературы, экспериментальной части, анализа результатов, эксперментальных
исследований, заключения и списка использованный литературы. Работа
состоит из 47 страниц, включает 5 таблиц, 10 рисунков, список
испальзуемой литературы содержит 40 литературных источников.
Ключевые слова: НАНОМАТЕРИАЛЫ, БЕЗОПАСНОСТЬ, УДЕЛЬНАЯ ПОВЕРХНОСТЬ,
МУТАГЕННОСТЬ
Объектами исследования являются: УГЛЕРОДНЫЕ НАНО СОРБЕНТЫ; ФУЛЛЕРЕНОВАЯ
САЖА; ДЫМОВЫЕ ГАЗЫ.
Целью настоящей дипломной работы является исследование влияния
наноматериалов получаемые в лабораториях института проблем горения на
окружающию среду и на организм человека.
Практическая значимость: В настоящее время во всем мире всё возрастающее
внимание уделяется перспективам развития нанотехнологий, то есть технологий
направленного получения и применения веществ и материалов в диапазоне
размеров до 100 нм. Объемы производства и рынок наноматериалов во всем мире
в настоящее время стремительно развиваются. Последние годы и в нашей
стране возрастает интерес к нанотехнологии и наноматериалам. В ходе
полного цикла их оборота, включающего производство, применение и утилизацию
наноматериалы, даже не предназначенные непосредственно для использования в
медицине,питании и быту, будут с неизбежностью поступать в среду обитания и
попадать в организм человека. Вследствие всего этого степень экспозиции
человека различными наноматериалами в ближайшее время будет неизбежно
увеличиваться. В связи с выше сказанными проблемами данная работя является
актуальной.
ҚЫСҚАРТЫЛҒАН СӨЗДЕР
НБ- Нанобөлшектер
ЭДЖ эмбрионалды діңгек жасушасы
ӨСОА- өкпенің созылмалы обструктивті ауруы
РФ- Ресей Федерациясы
ЖӨД- Жылуөткізгіш детектор
МАЗМҰНЫ
КІРІСПЕ 7
1 ӘДЕБИ ШОЛУ 11
1.1 Наноматериалдың құрылымдық және химиялық сипаттамасының 11
бақылау әдістері
1.2 Нанобөлшектің потенциалды улылығын анықтайтын сипаттамалары 14
1.3 Наноматериалдардың токсикологиялық әсері 20
1.3.1Көміртекті наноматериалдардың токсикологиялық әсері 21
1.3.2Метал нанобөлшектің токсикологиялық және бинарлы байланыс 26
әсері
1.4 Наноматериалдардың экотоксикологиялық әсері 29
1.5 Нанодисперсті күйдегі заттардың уыттылығы 33
2 МАТЕРИАЛДАР МЕН ӘДІСТЕР 37
2.1 Сорбтомертр көмегімен наноматериалдардың беттік ауданын 37
анықтау әдісі
2.2 Наноматериалдарды алу барысында бөлінетін газдардың мөлшерін 38
анықтау әдісі
2.3 Наноматериалдар алатын жумыс аумағының температурасы, 39
ылғалдылық мөлшерін бақылау
3 НӘТИЖЕЛЕР ЖӘНЕ ОЛАРДЫ ТАЛҚЫЛАУ 41
3.1 Сорбтомертр көмегімен наноматериалдардың беттік ауданын 41
анықтау
3.2 Наноматериалдарды алу барысында бөлінетін газдардың мөлшерін 42
анықтау
3.3 Наноматериалдар алатын жумыс аумағының температурасы, 42
ылғалдылық мөлшерін бақылау
3.4 Нанобиостимуляторға ұқсас физикоксинді мутагенділікке сынау 43
ҚОРЫТЫНДЫ
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИТТЕР ТІЗІМІ
. ҚОСЫМШАЛАР
КІРІСПЕ
Қазіргі таңда дүниежүзі нанотехнологияның, яғни өлшемі 100нм болатын
материалдар мен заттарды алуға және қолдануға бағытталған технологияның
қарқынды дамуына көңіл аударуда. Нанотехнологияны қолдану арқылы алынған
материалдар химиялық өндірістің микроэлектроника, энергетика, оптика,
құрылыс, ғылыми зерттеу, бақылау және қоршаған ортаны қорғау салаларында
қолданылады. Наноматериалдардың ерекше қасиеттері және олардың биологиялық
белсенділігі дәрілік препараттар мен вакциналарды адрестік тасымалдауда,
кардиологиялық, онкологиялық және басқа да аурулармен күресуде, гендік және
молекулярлы инженерия мақсатындағы инфекцияларда, қоршаған орта сапасын
жақсартуда, парфюмерлі – косметикада, тамақ өндірісі және басқа да
салаларда қолданылуы мүмкін.
Қазіргі таңда дүниежүзінде наноматериалдардың таралуы және өндіріс
көлемі қарқынды дамуда. Нанотехнологияны қолдану барысында алынған өнімді
сатудың жалпы көлемін болжаммен 2015 жылға қарай 10 триллион АҚШ долларына
көтеру керек. Ресей Федерациясында наноматериалдар кейбір түрлерінің
өндірісі тез дамуда. Медицина, тұрмыстық және тамақтануда қолдану
тағайындалмаса да, өндірісті қосқандағы наноматериалдың қолданылуы және
таралуының толық цикл айналымы қоршаған ортаға және адам организміне енеді.
Осыларға байланысты адамның әртүрлі наноматериалдарға қатысты экспозиция
деңгейі жақын уақытта жоғарылай түседі.
Наноиндустрияның дамуы екі бағытты бастаманы көрсетеді, яғни
қауіпсіздік түсінігіне қатысты ішкі және сыртқы қауіптен мемлекеттің,
қоғамның және тұлғаның өмірлік маңызды қызығушылықтарын қорғау жағдайы;
-наноқауіптің туындау себептерін анализдеу;
-қауіпсіздікті қамтамасыз ету жүйесін құру үшін нанотехнология және
наноматериалдарды қолдану;
Наноқауіп пайда болатын негізгі себептер:
-нанобөлшектердің кіші геометриялық өлшемі, олардың жоғары ену
қабілеті, адамда, жануарлар мен өсімдіктерде эволюциялық қарсы әсер ететін
қорғау механизмі жоқ болғанда реакциялық және адсорбциялық белсенділігі;
-нанобөлшектер мен наножиынтықтардың құрылымы мен құрамының
көптүрлілігі және олардың идентификациясы мен сандық сипаттамасының
күрделілігі;
-механизм туралы сенімді ақпараттың болмауынан объекттің органикалық
(соның ішінде тірі) және органикалық емес табиғатының жасанды
интеграциясына негізделген конвергентті жүйені қалыптастыратын пәнаралық
зерттеудің дамуы;
- санитарлы – эпидемиологиялық бақылауда, сертификаттау органдарында,
өндірушілер, дайындаушыларда нанотехнологияның қажеттіліктері болмаған
жағдайда нанотехнология, наноматериал және өнімді өндіретін өндіріс
негізінде, үрдістер аймағында экономикалық стимулирленген жасанды
жылдамдатылған технологиялық эволюция;
- жоғары экономикалық эффективті қаржылық салым мүмкіндігінде
наноиндустрияның жаңа өнімдері;
- нанотехнолиялық үрдістің аз массагабаритті және энергетикалық
көрсеткіштер қатары және олардың жасырын орындалу мүмкіндігі.
Нанобөлшек және наноматериал түріндегі заттар көбінесе радикалды
аналогтан, яғни, макроскопиялық дисперсия немесе толық фаза формасы
қасиеттеріне ие. Наноматериал организмге және оның ортасына әсер ететін
жаңа факторға ие. Бұл наноматериалдар адам денсаулығына кері әсер етпеуі
үшін қауіпті бағалау әдісін дайындау негізгі мәселе болып отыр. Қазіргі
таңда наноматериалдың қауіпсіздік мәселелері АҚШ – да (Food and Drag
Administration), Евроодақта, және де халықаралық ұйымдарда (ВОЗ, ILSI)
кеңінен зерттелуде.
Мемлекеттерде нанотехнологиямен қарқынды дамитын стандартау бойынша
техникалық комитеттер 2004-2005жж. құрыла бастады. Қазір АҚШ
нанотехнология саласындаға стандарттармен үш ұйым шұғылданады: ASTM, ANSI
және IEEE. Е56 комитеті ASTM нанотехнологиясы бойынша 2005ж. құрылды.
Комитет қарастыратын мәселелер нанотехнология және наноматериалдар
аймағындағы стандарттарға және басқару құжаттарына байланысты, және де
стандарттау бойынша нанотехнология қажеттіліктеріне сәйкес ASTM ағымдық
әрекетінің координациясы. Е56 комитеті құрамындағы подкомитеттер де
құрылды.
2009 жылы ТК ISO 229 нанотехнологияның денсаулыққа және қауіпсіздікке
тигізетін әсерін көрсететін құжатты шығарды (ISOTR 12885:2008, Health and
safety practices in occupational settings relevant to nanotechnologies).
Көп мемлекеттерде нанотехнология бойынша ұлттық стандарт әлі дайындалу
сатысында, ал бұл құжат әлемдік тәжірибені қамтиды және оны қазір қол
жетімді етіп отыр. Өндірістік наноматериалдарды өндірісте тасымалдау,
қолдану, сақтау барысында тұтынушылар мен жұмысшылардың қауіпсіздігі үшін
жұмысшылар мен зерттеушілерге кеңестер келтіріледі.
РФ мемлекеттік метрология қызметінің функциялары техникалық басқару
және метрология бойынша Федеральды ұйым – Ростехбасқаруға мекемесіне
жүктелген. Бұл мәселелерді шешу үшін жоғары технологиялар саласында,
нанотехнологияны қоса, Ростехбасқаруда ТК 411 стандарты бойынша Ғылымды
қажет ететін технологиясы Техникалық комитеті құрылды.
Ресейде наноқауіпсіздік мәселесі бойынша зерттеу Роспотребнадзор
инициативі бойынша 2006 жылдың соңында жүргізілді. Ресейде наноматериалдар
кауіпсіздігін бағалау мәселесі бойынша, жұмысты күшейту қажеттілігі РФ Бас
мемлекеттік санитарлық дәрігерінің бастамасымен №53 23.07.2007 бастап
негізделеді Наноматериалдан тұратын және нанотехнологияны қолану арқылы
алынған өнімді бақылау және роспотребнадзордың ақпараттық хатында
Наноматериалдан тұратын қнім айналымы мен өндірісін бақылау.
Роспотребнадзордың тапсырмасымен 2007 жылдың 31 қазанында РФ Бас
мемлекеттік санитарлық дәрігерінің мақұлдауымен токсикологиялық зерттеу,
тәуекел бағалануының әдістемесі, идентификация әдісі және наноматериалдың
сандың анықталу концепциясы жобасы жасалды. Тағы да, адам денсаулығына
нанотехнология өнімдерінің және наноматериалдардың қауіпсіздігін анықтау
үшін, санитарлы эпидемиологиялық бақылау органдары үшін тағайындалған
Наноматериалдың қауіпсіздігін бағалау атты әдістемелік нұсқау жасалынды.
2009 – 2010 жылы Роспотребнадзор наноматериалдың қауіпсіздігін бағалау
бойынша әдістемелік бұйрықтар мен ұсыныстар қатарын көрсетті:
Әдістемелік бұйрықтар:
-наноматериалдың микробиологиялық және молекулярлы – генетикалық
бағалауының имкробиоценозға әсері.
-наноматериал қауіпсіздігінің медико – биологиялық бағалануы.
-наноматериал мен нанотехнологияны қолдану арқылы алынған өнімді
санитарлы – эпидемиологиялық сараптамадан өткізу.
-анықтау үшін сынама алу реті, сулы омыртқалысыз наноматериалдар
әрекетінің сипаттамасы мен идентификациясы.
-анықтау үшін сынама алу реті және әдістемелік жануарлардағы
наноматериал идентификациясы.
-анықтау үшін сынама алу реті және өсімдіктердегі наноматериал
идентификациясы.
-анықтау үшін сынама алу реті және су объектілерінің наноматериалының
идентификациясы.
-анықтау үшін сынама алу реті және балықтағы наноматериал әрекетінің
идентификациясы мен сипаттамасы.
-наноматериалдың сипаттамалық әрекеті үшін әдістемелік жануарларды
қолданбалы іріктеу.
Әдістемелік ұсыныстар:
-наноиндустрия мекемелері мен бақылаушы ұйымдарда наноматериалды
сандық анықтау әдісінің қолданылуы.
-ауыл шаруашылық, тамақ өнімі және оралған материалдар құрамында
наноматериал және нанобөлік шамасын анықтау және сынама алу әдістері.
-тамақ өнімдерінде, тірі организмде, қоршаған орта объектілерінде
наноматериалдың басым түрін анықтау.
-наноматериал қауіпсіздігін бағалау in vitro және модельді жүйеде in
vivo.
- нанотехнологияны классификациялау әдістемесі және оның қауіптілік
деңгейіне байланысты өнімдер.
Яғни осы жоғарыда айтылған мәселелердің бәрі шет елдерде және және
көршілес Ресей федерациясында жүргізіліп, шеш імге келіп жатыр. Алайда
біздің елімізде де нанотехнология өндірісі қарқынды дамып, ғылым ретінде
қалыптасып келе жатқанына ондаған жылдар болған. Дегенмен
наноматериалдардың қауіптілігіне, оның адам ағзасына тигізетін зиянды
әсерлерінің алдын алу шаралары жүргізіліп жатқан жоқ екендігі бәрімізге
мәлім. Сондықтан да бұл жұмыстың маңызы зор және өзекті болып табылады.
1. ӘДЕБИ ШОЛУ
1. Наноматериалдың құрылымдық және химиялық
сипаттамасының бақылау әдістері
Наноматериалдар түсіну үшін күрделі объект болып табылады. Бұл
құрылымды құраушылардың аз өлшеміне, көп физикалық қасиетінің
спецификасына, фазалардың беттік бөлігі мен шекарасының үлкендігіне,
реттелген және аморфты құраушыларының, жоғары реакцияға қабілетті
метастабилді және әлі белгісіз фазалардың бар болуына байланысты.[1]
Наноұнтақтарда да бөлшектердің қатты қозғалысы байқалады. Алынған шартқа
сай агрегаттың төзімділігі жоғары болуы мүмкін, соған сәйкес шығыстағы
бөлшектердің бөлінуі арнайы шараны жүргізуді талап етеді.[2]
Осыған сәйкес ірі кристалды материалдарды үйрену әдістері наноөлшемді
жүйеде қолданылмайды. Олардың кейбірі өзгертуді және қайта жұмыс жасауды
талап етеді.[1-3]
Биологиялық ортадан, тамақ өнімдерінен және қоршаған орта
объектілерінен наноматериалдың идентификациясын және санын анықтау – жоғары
төзімділік әдісі болып табылады. Бұл кезде бағалау әдісін қолданған жөн.
Әдіс спецификаға ие, наноматериалды оның толық фаза немесе макроскопиялық
дисперсия түріндегі химиялық аналогтарынан ажыратуға мүмкіндік береді.[5]
Сыртқы әсерлердің әсерінен материалдың жалпы көрінісін айқындайтын
заттың макроскопиялық қасиеті, оның ішкі ерекшеліктеріне, яғни, құрылымы
және түзілуіне (макроскопиялық қасиеттерінің) байланысты. Макроскопиялық
қасиеттерінің ішіндегі маңыздылары:
- материалдың элементтік және фазалық құрамы;
- агломерат, агрегат және бастапқы бөліктің өлшемі мен формасы;
- кристалл тордағы ақаулардың бөлінуі мен сандар типін қоса алғандағы
заттардың атомды – кристалдық құрылымы. [8]
Алынған үлгіні зерттеудегі ерекше орын алатын әдіс – тізбектер
байланысында технология - құрылым және түзілу - қасиет талап ететін
физика – химиялық әдіс. Технологиялық үрдістің қажетті параметрлерін түзі
үшін зерттеу барысында анализдің кешенді әдісін қодану керек. [6]
Мұнда лабораторияда зерттеу әдістерінің кейбір танымал түрлері ғана
қолданылады. Олар алынған нәтижені трактовкалауға және қолданатын
шекаралардың мүмкіндіктерін айқындайды. Соңғы мақсат - дұрыс түсіну үшін
соңғы нәтижені бағалау, өйткені, әртүрлі әдіспен зерттелген тәжірибелік
мәліметтер (мысалы, бөлік шамасын анықтау кезінде) бір бірінен өзгешеленуі
мүмкін (кейде бірнеше ретке дейін) (1- кесте).
Кесте 1. Әртүрлі әдіспен анықталған Fe бөлшегінің өлшемінің нәтижелері.
Анализдеу әдісі Бөліктің өлшемі, Ескерту
нм
Сканерлейтін электронды 50-80; 300-1000 Бимодальды бөліну.
микроскопия; жарықтандыратын Бастапқы бөліктер және
электронды микроскопия олардың дендритті формалы
агломераттары
Рентгенография 20
Нейтрондардың аз көміртекті 24; 64 Бимодальды бөліну;
шашырауы; нейтронография Гаусс бойынша бөлу
Төменгі температуралы 60 II типті изотерма
адсорбция (БЭТ)
Статикалық жарық шашылу 500-8000 Бимодальды бөліну.
Динамикалық жарық шашылу 70 Гаусс бойынша бөлу
2 – кестеде материалдың макроскопиялық қасиетін зерттеудің физико
химиялық әдісі және олардың негізінде жатқан құбылысы немесе үрдісі
көрсетілген.
Қазіргі уақытта көп ғылыми әдебиеттер ағылшын тілінде жарық көреді,
алайда авторлар негізгі әдістердің аттары мен терминдерді орыс және ағылшын
тілінде беруді дұрыс санайды
.
Кесте 2. Материалдардың негізгі қасиеттері және оларды зерттеу
әдістері.
Тесттелетін Талдау әдісі Берілген әдіс негізіндегі
сипаттамалар құбылыстар немесе үрдістер
1. Элементті құрам 1.1Атомдық Алынған спектр талдауы, бір
спектроскопия жағдайдан екінші жағдайға
өтуі кезіндегі валентті
немесе ішкі электрондардың
тіркелуі
1.2 Масс – Зертелетін үлгінің иондалуы
спектрометрлік талдау және булануы, ұйыған ионның
түзілуі және оны масс
спектрометр көмегімен түзету
2. Бастапқы бөліктің,2.1 Электронды Жылдамдатылған электрондардың
құрылымдық элементтіңмикроскоп шоғы көмегімен үлгінің
(агрегат және талдауы
агломераттың) өлшемі
және формасы
2.1.1 Жарық өткізетін Бөліктің ішкі құрылымы және
электронды микроскоп өлшемін анықтау бойынша
электрон шоғымен үлгіден
жарық өткізу
2.1.2 Электронды Көлемді бейнені алумен және
сканерлеу микроскопы екілік электрондарды
біруақытта тіркеумен,
электрон шоғымен үлгі бетін
сканерлеу
2.2 Зондтық сканерлеу Үлгі бетін рельеф зондымен
микроскопы анализдеу
2.2.1 Тунелдік Үлгі бетінде және зонд
сканерлеу микроскопы аралығында пайда болатын,
тунелдік ток шамасын тіркеу
жолымен рельефтың ток
өткізетін беттік қабатын
талдау
2.2.2 Атомды-күштік Үлгі бетінде және зонд
микроскоп аралығында пайда болатын,
ван – дерваалстық күш шамасын
тіркеу жолымен рельеф және
беттік қабаттың механикалық
қасиетін талдау
2.3 Жарық шашырау Шашыраған жарық
(статикалық жарық интенсивтілігі бойынша бөлшек
шашырау әдісі) шамасын табу
2.4 Фотонды Шашырау жарығының
корреляционды интенсивтілік және жиіліктік
спектроскоп сипаттамасын талдау жолымен
(динамикалық жарық анықталатын, бөлшектің
шашырау әдісі) шамасын дуффузия
коэффициентімен анықтау
2.5 Аз көміртекті Дуффузиялық шашырау
шашырау (рентген интенсивтілігінің көміртекті
сәулелері және байланысына қатысты бөлшек
нейтрондардан) шамасын бағалау
2.6 Дифракциялық әдіс Алынған дифрактограммамен
(рентген – электронды үлгінің кристалл торында
- нейтронография) дифракциялық сәулелену
2.7 Седиментация Жылдамдығы бойынша бөлшек
шамасын анықтау
2.8 Адсорбциялық әдіс Инертті газдың (азот) төмен
(БЭТ) температуралы адсорбциясы
шамасымен бөлінген бетін
анықтау
3 Атомды – кристалды 3.1 Рентгенофазалық Үлгінің кристалл торындағы
құрылым және рентгендік сәулелену
рентгеноқұрылымдық дифракциясы және алынған
анализ (рентген рентген дифракциялық
сәулелерінің профилдің анализі (фазалық
дифракциясы) құрам және кристалл тор
параметрлерін анықтау)
3.2 Нейтронография Үлгінің кристалл торындағы
(нейтрондар нейтрондар дифракциясы және
дифракциясы) алынған дифракциялық профил
талдауы
3.3 Электронография Үлгінің кристалл торындағы
(электрондар электрондар дифракциясы және
дифракциясы) алынған электронограмма
талдауы
2. Нанобөлшектің потенциалды улылығын анықтайтын сипаттамалары
Наноматериалдардың қауіпсіздігінің бағалану жолында, біріншіден,
олардың физико химиялық қасиетінің ерекшеліктерін және микроскоптық
дисперцияның толық фаза түріндегі химиялық құрамын оның аналогынан
ажырататын биологиялық әрекетін қарастыруымыз керек. [17] Осы бойынша
келесідей наноөошемді жағдайдағы заттардың физико химиялық ерекшеліктерін
көрсетуге болады.
Біріншіден, жоғары қисықтық фазааралық шекарадағы заттың химиялық
потенциалының кеңеюі. Нанобөлшек бетіндегі үлкен қисық және беттегі атомдар
байланысуының топологиясының өзгеруі оның химиялық потенциалының өзгеруіне
әкеледі. Осы үшін нанобөлшектің реакциялық және каталитикалық мүмкіндігі
және олардың құраушыларының еруі өзгереді.
Екіншіден, наноматериалдың үлкен меншікті беті. Наноматериалдың өте
үлкен меншікті беті оның адсорбциялық сыйымдылығын, химиялық реакция
қабілетін және каталитикалық қасиетін жоғарылады. Бұл бос радикалдар өнімі
мен оттектің активті формасының жоғарылауына және биологиялық құрылымның
бұзылуына (липидтер, ақуыздар, нуклеин қышқылдары, ДНК) әкелуі мүмкін.
Үшіншіден, нанобөлшектің түрлі формалары және үлкен емес өлшемдері.
Нанобөлшектер өзінің үлкен емес өлшемімен ақуыздар және нуклеин
қышқылдарымен байланыса алады, мембранаға түзіле алады, биоқұрылым
функциясын өзгерте алады. Бұл кезде нанобөлшек иммунды жауап қайтармайды
және организмнің қорғаушы жүйесіне элиминирленбеуі мүмкін. Нанобөлшектің
таралу үрдісі қоршаған ортада ауа және су жолымен.
Төртіншіден, жоғары адсорбциялық белсенділік. Нанобөлшектер өзінің
жоғары дамыған беттік қабатының арқасында жоғары эффективті қасиеттерге,
адсорбентке ие, яғни, микроскоптық дисперсияға қарағанда адсорбциялық зат
өз массасын бірлікке қылғу мүмкіндігіне ие. Көп наноматериалдар гидрофобты
қасиетке ие немесе электрлік зарядталған. Ол оның әртүрлі улылықта
адсорбция үрдісін және оның организм бөгеулерінен өту қабілетін күшейтеді.
Бесіншіден, аккумуляцияға жоғары қабілеттілігі. Мүмкін, нанобөлшектің
кішкентай мөлшері үшін организмнің қорғаушы жүйелерімен танылмайды,
биотрансформация болмайды және организмнен шығарылмайды. Бұл
наноматериалдардың өсімдіктер, жануарлар организмінде және де
микроорганизмдерде, тамақ тізбегінің берілуімен жинақталады, сол арқылы
адам организміне түсуін жоғарылатады.
Наноматериалдар қарапайым физико химиялық күйдегі затқа қарағанда,
мүлдем басқаша физико химиялық және биологиялық (оның ішінде токсикалық)
қасиеттерге ие екенін жоғарыдаға факторлардан көреміз. Сол себепті,
потенциалды тәуекел сипаттамасы адам денсаулығы және қоршаған орта үшін
барлық жағдайда міндетті болып табылатын, материал мен өнімдердің жаңа
түріне жатқызылуы тиіс.[20]
Нанобөлшектің потенциалды улылығын анықтайтын физико-химиялық
сипаттамаларына толығырақ тоқталайық:
1. Физикалық сипаттамалары.
Адам денсаулығына әсер ететін нанобөлшек және наноматериалдың
қауіптілігі, олардың мөлшері мен формасы физикалық сипаттамасы болып
табылады.
Бөлшектің мөлшер ұғымы объекті мөлшерін үш рет өлшегендегі минималды
мәні. Мысалы, сфералық бөлшек мөлшері өзінің диаметріне, эллипсойдалық –
эллипсойд осінен кіші, талшықты және түтікті – талшық және түтік
диаметріне; фракталды және қабықшалыда – қабат қалыңдығына тең болады.
Мөлшері негізгі көрсеткіш болып табылады.[10] Материалдың бірдей массалық
концентрациясында бөлшек мөлшерінің азаюынан, көлеміне қатысты бөлшектер
саны үшінші дәрежелі мөлшерге кері пропорциональды өседі, ал беттің жалпы
ауданы – мөлшер квадратына кері пропорциональ. Осының негізінде тірі жүйеге
бөлшектің қауіптілігі артады.
Нанобөлшек формасы бөлшек мөлшерінің үш рет өлшенгеннен алынған
максимал мәнінің минималды мәнге қатынасынан анықталады (формафакторы деп
аталады). [11] Формафактор 1 ден (сфералық формалы бөлшек үшін) 1000 дейін
және наноталшық және нанотүтік жағдайында анықталмаған үлкен ұзындықта түзе
алады. Эксперименттік зерттеу бойынша, жоғары мәнді формафакторлы
наноталшық және нанотүтік формасы сфералыққа ұқсас бөлшекпен салыстырғанда
жасушада иммунды жүйе клеткасымен баяу элиминирленеді. Осыдан жасушамен
бөлшектің түйісу уақыты және сәйкесінше оның улылық әрекеті өседі.
2. Физико – химиялық сипаттамалары.
Адам денсаулығы үшін потенциалды қауіптілігін анықтайтын негізгі
физико – химиялық сипаттамаларына, суда және биологиялық сұйықтықта еритін
бөлшектердің заряды, адсорбциялық сыйымдылық, агрегацияға тұрақтылық,
годрофобтылық, беттерге адгезия, бос радикалдарды өндіру қабілеттері
жатады.
Наноматериалдардың суда еруі олардың улылығын анықтайтын маңызды
фактор. Суда еритін заттармен түзілген нанобөлшектер сулы ортаға түскен
кезде, улылық құрамы оны құраушылардың химиялық құрамымен анықталатын
молекулярлы және иондық ерітінділердің түзілуімен жылдам диссоциациялайды.
Басқаша айтқанда, еритін нанобөлшектердің улылық құрамы оның химиялық
аналогынан ерекшеленбейді. [20]
Биологиялық сұйықтықта еру маңызды фактор болып есептеледі, алайда,
суда ерімейтін нанобөлшектер биологиялық ортада диссоциацияланбайды (қан
плазмасында, клеткааралық сұйықтықта, цитозольда). Бұл көміртек негізіндегі
суда ерімейтін жоғарыгидрофобты материалдарды қоспағанда.[23]
Бөлшек заряды маңызды фактор. Негізгі қауіп төндіретіндері геноулы
және мутагенді әсер потенциалды, ДНК макромолекулаларына жоғары жақындыққа
ие оң зарядталған бөлшектері. Теріс зарядталған бөлшектер мұндай
қасиеттерге ие емес, дегенмен, ұлпалық бөгеулер (тері, ішек,
гематоэнцефаликалық) арқылы өтуде жоғары қабілеттілік сипаттамасына ие.
Биологиялық эффект қауіптілігі нейтралды нанобөлшектерде кездеседі.
Адсорбциялық сыйымдылық қазіргі уақытта наноматериалдың көп емес
санына қатысты. Оның мәні бөтен улы қоспаларды сыртқы ортадан организмнің
ішкі ортасына тасымалдау ықтималдығының жоғарылауынан тұрады. Бұл
көрсеткіш мәні наноматериалдың потенциалды қауіптілігін бағалауда жоғары
емес, өйткені оның түзілуі үшін бөтен улы заттың қатысу керек. [25-27]
Агрегацияға тұрақтылық факторы нанобөлшек улылығына әсер етеді.
Мәліметтер бойынша, агрегационды тұрақты емес нанобөлшектің жабысуы оның
улылығын төмендетеді. Алайда, фракталды агрегат формасындағы
наноматериалдар улылығын сақтайды. Осыған қатысты бұл фактор өте қауіпті
болып саналады.
Нанобөлшектің гидрофобтылығы мембранамен әсерін жоғарылататын,
организмде бөлшек тазаруын баяулататын және жасуша түзілуін қысқартатын
фактор болып табылады. Гидрофилді нанобөлшектер көбіне улы болуы мүмкін.
Гидрофоб көрсеткіші улылықтың жалпы бағалануында маңызды емес. [12]
Нанобөлшек агнезиясы бетте ұлпалық бөгеулер арқылы өтуді жоғарылатады,
яғни, эндоцитоз механизмі бойынша ішектің эпителиалды бөгеуі. Алайда,
бөлшек агнезиясын оның улылығына қатысты мәлімет жоқ. Осыған сәйкес
қауіптілігі жоғары емес.
Бос радикалдарды өндіру қабілеттілігі нанобөлшектің улылық құрамын
анықтайтын негізгі фактор. Жасушада, организм органдары мен ұлпасында
наноматериалдың әрекетін зақымдайтын негізгі үрдістер бос радикалдың
перекисті қышқылдану механизмінен болады. Нанобөлшектің каталитикалық
қасиеті олардың потенциалды қауіптілігінде ерекше орын алады.
3. Молекулалы – биологиялық сипаттамалары
Нанобөлшектін биологиялық макромолекула және молекула үстілік
құрылымдары қасиеттері бірігеді.
ДНК байланысуы наноматериалдың геноулылық және мутагенді қасиеттерін
анықтайтын болғандықтан негізгі себеп болып табылады.
Жасуша мембраналарына байланысы нанобөлшектің жасушаға енуін
тездетеді. Мәліметтер бойынша, жасушағаға тез енетін нанобөлшектер жоғары
немесе әсерсіз цитоулылыққа ие болуы мүмкін. Осыған сәйкес бұл фактордың
мәні нанобөлшектің қауіптілігі үшін жоғары емес. [30]
Нанобөлшектің ақуызбен әсері ферментті белсенділігін және жасуша мен
ұлпадағы метаболом профилін өзгертеді. Тезағатын үрдістегі элиминация және
қорғаушы жүйе әсерінен зақымдалған жасуша және ұлпа ақуыздарының қалпына
келуі (клетка деңгейіндегі лизосом жүйесі және организм деңгейіндегі
ретикуло-эндотелиалды жүйесі), наноматериалдың қауіптілігіне әсер етпейді,
яғни, маңызды емес.
4. Цитологиялық сипаттамалары
Наноматериалдардың денсаулыққа потенциалды қауіптілігін ескергенде,
нанобөлшек пен наноматериалдың жасушамен байланысы негізгі фактор болып
саналады. Оның құрамына кіретін көрсеткіштер келесілер.
Құбылатын белсенділіктің бар болуы, яғни наноматериалдың жасушада
қатерлі трансформацияны (малигнизация) шақыру қабілеті маңызды фактор болып
табылады.[35]
Цитоулылық – наноматериалдың жасушаны өлтіре білу (некроз немесе
апоптоз механизмімен) қабілеті немесе оларды тұрақты морфологиялық
өзгертуге ұшыратуы, маңызды фактор болып есептеледі.
Құрылымын өзгертпей жасушағаға жинақталу қабілеті наноматериалдың көп
қаралатын түрлері үшін оның қауіптілігі организмде түзілуі кезінде
байқалады. Бірақ ол цитоулылық және трансформалау қабілеттерімен
салыстырғанда аз.
Протеомды және метаболомды профил әсерлері нанобөлшекте гендер
экспрессиясы, ақуыз биосинтезі және заттар алмасу үрдістеріне әсер етеді.
Жасуша деңгейінде тіркелетін, организм деңгейіне өтуде адаптивті сипаттама
ретінде қарастырылады және бұл қауіптілік бағалануына қатысты үлкен емес.
5. Улылық сипаттамасы
Бұл блок келесі белгілерді қосады.
Өткір улылық. Наноматериалдың өткір улылығы жануарлар организміне
енгізуде қауіптілікті анықтайтын белгі болып саналады.
Хроникалық улылық. Бұл да маңызды белгісі. Хроникалық улылығын
мүмкіндігінше жоюды бағалауда, градиясы белгілерімен адамнан сәйкесінше
тест жүйе эволюционды жоспарда әдісті қолдану: жылықанды омыртқалылар үшін
улылық (сүтқоректілер, құстар), салқын қанды омыртқалылар үшін улылық
(балықтар, амфибиялар), омыртқалысыздар, микроорганизмдер және өсімдіктер
үшін улылық.[17]
Улылықтың арнайы және алыстатылған эффектілері. Канцерогенді,
мутагенді, эмброулылықты, тератогенді, гонадоулылықты, аллергенді немесе
иммуноулылықты әрекет, немесе осы эффектілердің кез келген комбинациясы
наноматериалдар қауіптілігін бағалауда маңызды.
Орган және жасушада жинақталу. Орган және жасушада наноматериалдың
жинақталуы немесе аялдауы нәтижесінде, улылық әрекеті ықтималдығын
жоғарлататын, нанобөлшектің жасушамен түйісу уақытын жоғарылатады. Алайда,
кейбір тәжірибелік маңызды наноматериалдар үшін бұл эффект кері әсерін
тигізбейді, сондықтан бұл белгінің орны алдыңғы үшеуімен салыстырғанда
азырақ. [16-19]
Улылықтар үшін организмде бөгеулерді алуды күшейту. Белгі
наноматериалдың жоғары адсорбциялық белсенділікпен организм бөгеулерін өту
қасиетімен анықталады. Белгінің түзілу шарты үшін наноматериалға такты
ретінде қосымша дисперсия деңгейіндегі улы заттар керек. Наноматериалдың
улылық сипаттамасы үшін белгі маңызды емес.
Организм бөгеулері арқылы өту. Нанобөлшек түрлері үшін асқазан ішек
тракті бөгеулері, тері қабаты, өкпе және гематоэнцефаликалық бөгеулер
арқылы өту. Бұл фактордың қауіпті (улылық) қасиеттері көрсетілмеген.
Корпускулярлы материалдың эпителиалды бөгеу арқылы парацеллюлярлы енуі,
организмнің бейімделу реакцияларымен байланысқан қалыпты физиологиялық
үрдіс екені анық көрсетілмеген. Соған қатысты фактордың улылық сипаттамасы
көп емес.[21-22]
6. Экологиялық сипаттамасы
Бұл функционалды блокқа наноматериалмен адамның экспонирлеу шамасын
анықтау және қоршаған ортада оны тарату жолдарының параметрлер кіреді.
Өндірістің әлемдегі орны. Бұл наноматериалмен адамның экспонирлеуін
анықтайтын және оның потенциалды қауіптілігі бағалануына салым әкелетін
жоғары маңызы бар фактор. Шынынды, казіргі уақытта ірітонналық химиялық
өнімнен (кремний және титанның наноөлшемді диоксиді, күміс, фуллерон)
тұратын наноматериалдар үшін, адамның экспонирлеу шамасы өніммен үзіліссіз
контакт ретінде, бисферадағы нанобөлшекті миграциялау нәтижесі айтарлықтай
жоғары. Басқа жағынан қарағанда, индикатор санымен өндірілетін және ғылыми
зерттеулердің кейбір салаларында шектелген жағдайда қолданыс тапқан квантты
нүктелердің кейбір түрлері үшін қолданылатын наноматериалдарды өзінің
профессиялық әрекетінде пайдаланатын зертхана жұмысшыларымен ғана
шектеледі.
Наноматериалдармен адамдарды тікелей экспонирлеу мүмкіндігі. Фактор
маңызы бірінші деңгейлі. Жою кезіндегі градация болып табылатындар: 1)
мемлекет масштабындағы халық; 2) нанотехнология өнімін тұтынушылар
(наноматериалдарды қолданып шығарылған халықтық өнімдерді тұтыну); 3) көп
нанотехнология өндірісінің персоналы; 4) наноөнімді дайындаумен айналысатын
немесе оны зерттеу мақсатында қолданатын ғылыми және өндірістік лаборатория
персоналы.[34-35]
Организмде жинақталу туралы мәлімет. Наноматериалдың адам организміне
тамақ жолымен (ауыл шаруашылық өніммен, контаминирленген нанаматериалмен)
түсуі жанама болып табылады. Бұл белгі шамасы наноматериалды адамның
тікелей экспорирлеуімен салыстырғанда төмен. Белгі антропты принциппен
жою ретімен адамнан биот құраушыларын жояды: 1) ауыл шаруашылық
жануарлары және мәдени өсімдіктер; 2) биоттың массалық құраушылары –
жануарлар, өсімдіктер және микроорганизмдер; 3) биоценоздың аз санды
құраушылары; 4) зиянды түрлері (ауыл шаруашылыққа зиян келтіретін
жануарлар мен арамшөптер).
Топырақта және сыртқы ортаның абиотикалық объектілеріне жинақталуы
туралы мәлімет. Көрсеткіш шамасы алдыңғыларға қарағанда аз.
Наноматериалдардың трофиялық жолмен таралуына қатынасатын, биоценоздың
массалық құраушылары үшін нанобөлшектің биорұқсаты. [38-40]
Жоғарыда айтылғандарды корытындалай келгенде, наноматериалдар
қауіпсіздігін бағалау барысында біріншіден биомембрана енуі, геноулылық,
қышқылды қалпына келтіретіен үрдіс белсенділігі, липидті перекиспен ашыту,
организмнен биотранформациялану және элюминациялану сияқты негізгі
биологиялық сипаттамалар әсерін ескеруіміз керек.
Қазіргі таңда наноматериалдың түрлі улылығы туралы зерттеулер аз,
соның ішінде метаболизм және оның әрекет ету механизмі туралы мағлұмат жоқ,
сыни органдар мен жүйелер анықталмаған. Мәліметтерді ескеріп екі фактке
көңіл аударуға болады. Біріншіден, зерттеулер нәтижесі бойынша,
наноматериалдың улылығын анықтау жасушаның некрозы мен апоптозына,
реакцияның қабынуын тудыратын, стрессті дамытатын және ДНК зақымдайтын
болып табылады. Осыған байланысты, бірінші орында наноматериалдардың
түсуінің саны емес, олардың реакциялық қабілетін анықтайтын бетінің ауданы
болып табылады. Және де басқа механизмдерін де ескерусіз қалдыруға
болмайды.
Екіншіден, наноматериалдар улылығын бағалауда олардың биологиялық
ортада немесе суда ерімейтіндігі болып табылады. Шынында, нанобөлшектер ери
салысымен беттік және гетерофазалық өту үрдісімен байланысты барлық
эффекттер бітеді, және суда еритін наноматериал өзінің улылық әрекетімен
аналогты макродисперсті формасынан ерекшеленбейді. Сол себепті,
наноматериалдар қауіптілігін бағалаудың бірінші кезеңінде иондық күш немесе
температурада, физиологиялық pH мәнінде сулы ортада ерімеу негізгі
сипаттамасы болып саналады.
Нанобөлшектің тағы бір маңызды сипаттамасы оның формасының көрсеткіші
– аспектті қатынас, яғни, бөлшек ұзындығының оның минималды сызықты
мөлшеріне қатынасы. Макродисперсті формаға ие асбест талшығы сияқты
объектілерде, көміртекті нанотүтіктерде потенциалды улылық жоғары, формасы
аз эксцентрлі бөлшек құрамы аналогтыларына қарағанда.
3. Наноматериалдардың токсикологиялық әсері
Соңғы уақытта бірнеше елдерде наноматериалды қолдану және өңдеудің
қарқынды дамуы қоршаған орта объектілерінің ластануына әкелді. Жоғары
улылыққа ие нанобөлшек жұмыс орындары мен атмосфералық ауаның ластануына
қауіп төндіруде. Авторлардың аутуф бойынша, нанотехнологияның қарқынды
дамуы НБ биообъектілерге әсер ету деңгейінің жоғарылауын көрсетуде және
оның денсаулыққа потенциалды қауіптілігі туралы мәлімет жеткіліксіз. Бұл
мәселелерді зерттейтін ғылым – нанотоксикология, оның қоршаған орта мен
тұрғындар денсаулығына әсер ететін потенциалды қауіпі мен НБ улылығын
оқытады. Нанотоксикологияның негізгі бағыты НБ химиялық сипаттамасы және
улылықты үнемі тестілеуде биологиялық эффектілер бағасы үшін жаңа
стандарттар орнату болып табылады. Өкінішке орай, химиялық заттардың
улылығын бағалау әдістері затты нанофазада зерттеу үшін жеткіліксіз
өйткені, бөлшектің мөлшері мен беттің ауданы ерекше мәнге ие және де доза
эффект тәуелділігін анықтау үшін массалар концентрациясы тиімді шама емес.
Наноматериалдарды улылық тестке тексеру үшін сәйкесінше үлгілер мен
стандарттардың болмауы негізгі мәселе болып отыр.
Зерттеулер бойынша наноматериалдың улылық әсерін толық білмей
медицинада қолдану қауіпті. Диагностика және емдеуде наноматериалдар
қолданылады: әртүрлі биосенсерлер, биочиптер, нанолюминофорлар – адам
организмі мен қоршаған ортада болатын химиялық және инфекциялық агенттер
құрылымы мен затын анықтайтын, мутацияны ұстау мақсатында анықталған
нуклеотидті тізбекті жолмен детектирлеуге арналған құрылғы; нанонүкте,
қөміртекті нанотүтік, фуллерон, нанокристалл және әртүрлі НБ қолдану –
қанға өз қалпын сақтап енетін дәрілік заттарға липосом, егу, клетка,
дәрілерді диагностика және мақсатты жеткізуде қолданылады. Зертханалық
тәжірибеде улы заттар идентификация және адсорбциясы үшін нанофильтр,
нанопорлар және НБ қолданылатын басқа жүйелер кеңінен пайдаланылады.
Тері арқылы енетін нанобөлшектер лимфадан табылуы мүмкін, сосын
жүйелік циркуляцияға түсіп ішкі органдар өкпе, бүйрек, жүрек, бауыр, мида
жинақталады. Нанобөлшектердің ингаляциялық жолмен таралуында аналогты
бөліну байқалады. Ингаляция кезінде нанобөлшек жүйелік циркуляцияны
төмендетіп, жүке жолымен бас миына жетеді деген мәлімет бар. Нанобөлшектің
қан арқылы миға түсуі, қазіргі таңда зерттеліп жатқан, гематоэнцефаликалық
бөгеу арқылы өту қабілеті.[36-37]
Нанобөлшек үшін асқазан ішек жолдары кіру қақпалары болып саналады,
біріншіден, олардың дәрілік заттар және тамақ құрамы қабылдануында.
Нанобөлшек адсорбциясының орны жіңішке ішек. Лимфаға түсе отырып,
эндоцитоз механизмі бойынша нанобөлшек ішектің кілегейлі қабатының
эпителиалды бөгеуден өте алу қабілеті электронды микроскоптық әдіспен
көрсетілген. Мүмкін бөлшектің кейбіреулері ішекте және қақпа тамырлары
қанында сіңдірілуі мүмкін және ары қарай бауырда жинақталады.
Организмнен нанобөлшектерді шығару нәжіс, мача, көкірек сүтімен және
шығарылатын ауамен шығарылады. Нанобөлшекті тазарту үрдісінде бұл әдістер
әлі толығымен зерттелмеген.[38-39]
Адам организмінде наноматериалдардың ену, таралу және шығарылу
жолдарының жалпыланған сұлбасы 1-суретте көрсетілген.
Сурет 1. Адам организмінде наноматериалдардың ену, таралу және шығарылу
жолдарының сұлбасы
1. Көміртекті наноматериалдардың токсикологиялық әсері.
Нанобөлшектің бірінші түрі болып саналатын фуллерондар өткен ғасырдың
90- жылдары ашылса да, оның токсикологиялық әсері әлі толық анықталмаған.
Алғашқы жұмыстарда фуллеронда күшті токсикологиялық әсер жоқ делінді,
алайда бірнеше жұмыстарда олардың тышқандарда эмбриогенезге кері әсері және
ашытқы мен дрозофилде мутагенді әсері туралы мәліметтерден токсикологиялық
эффектілері байқалды. Бұл мәселе фуллерондардың кеңмасштабта өндірілуі мен
қолданылуы және онымен қоршаған ортаның ластануы мәселелерін тудырды. Осы
себеппен, 2005 жылдан бастап фуллерондардың токсикологиялық мүмкіндіктеріне
оқуда көп көңіл аударыла бастады.
Осы уақытқа дейін қаншама зерттеулер жүргізілсе де, фуллеронның
улылығы туралы мәліметтер біркелкі емес. Бір жағынан бірнеше авторлардың
жұмыстарынан 226.00 мкгсм2 дейінгі дозалы альвеолярлы макрофагалы
фуллеронда қатты токсикологиялық әсер табылмаған; тышқан организмінде;
өндірілген фуллероннан цистейн және глутатион; 50 мгл концентрцияға дейін
дамушы Danio Rerio ұрығында фуллеролдың (C60(OH)16-18 гидроксилированды
фуллеронның ) әсерінің байқалмауы.[15-18]
Екі зерттеуде, тышқандар өкпесіне 0.2, 0.4, 1.5, және 3.0 мгкг дозала
C60(OH)24 және фуллерен егілді, 3 ай өткеннен кейін де өкпе жасушаларында
өзгеріс болмады (жоғары дозаны қолданғанда да). Мальковтың Danio rerio
тестілік жүйесі ретінде қолданылған фуллеронның токсикалық эффектісі
байқалмады, фуллеронның коллоидты суспензиясы суда ультрадыбыспен өңдеу
көмегімен түзілгенде. 5 тен 10 дейін алкилирлі карбоксилді топты құрайтын,
фуллерен негізіндегі тұз қышқылында Трошин улылығының өте аз мөлшері
танықталды. Тышқанды диаметрі 55 нм 2.22 мгм3 концентрациялы фуллерен
нанобөлшектерімен ингаляциялау кезінде токсикологиялық параметрлердің
минималды өзгерісі байқалды.
Өз тәжірибелерінде бірнеше авторлар фуллереннің цито және
генотоксикалық қасиеттерін тапты. Олар алғаш рет фуллереннің
токсикологиясын оқытуда белгілі болды, кейін 25 мгкг дозасындағы C60
дифенил, р,р‘-бис (2- амино-этил), бис (моносукцинимид) вирусқа қарсы
белсенділігі бар фуллерен токсикантты еккенде 5 минут ішінде бұлшық еттер
құрысуларына және тәжірибелік тышқанның өліміне әкелді. Біруақытта
фуллереннің жарыққа мутагенді белсенділігі туралы мәлімет шықты. Осы
мәліметтен фуллеролды зерттеуде адам көзі торларының жасушасында 5 мкМ
жоғары концентрациялы фуллерол жарықта стрессті дамытып жасушаны
зақымдайтыны белгілі болды.
Drosophila melanogaster личинкасында 1 мл ға 2,24 микрограмм жоғары
концентарциясында фуллереннің генотоксикалық әсері байқалды. Содан кейін
фуллереннің генотоксикалық әсері Comet assay қолдану арқылы адам
лимфоцитінде байқалуымен дәлелденді және де қатаң концентрациялық
тәуелділікте дәлелденді.[9]
Фуллереннің цитотоксикалық эффектісі эукариотикалық жасулаларда және
де прокариотикалық жасуша – Pseudomonas putida (грамотрациялық, бактериялық
концентрациясы пC60 -0,5мгл) және Bacillus subtilis (грамдық, бактериялық
концентрацияся пC60 – 0,75мгл).[8]
Фуллереннің көрінетін және ультрафиолет жарықта тотықтырғыш стресс
тудыру қабілеті тәжірибеде дәлелденді. Тышқанның микросомасына фуллеренді
қосып олардың шағылуынан липидті мембранада тотықтырғыш зақымдану және
ақуыздың зақымдануына итермелейді. Алайда, бұл екі үрдіс әсер ету уақытына
және фуллереннің концентрациясына байланысты болды. Осы мәліметтер
негізінде, мальков жасыл форел үлгісі (micropterus salmoides) ретінде
қолданылған, 48сағ. кейін 0,5промил концентрациялы коллоид фуллеренде мида
липидтің қышқылданған тотығу деңгейінің қарқында өсуі анықталды және де
стандартты тест жүйелер дафний (Daphnia magma) және мальков Pimephales
promelas қолданылуында да осындай. Фуллерен коллоидындағы дафний
экспозициясы биохимимлық өзгерістен басқа, олардың жүрек соғысының жиілігін
өзгертті.
Danio rerio эмбрионымен жүргізілген тәжірибеде оның фуллеролдан
ерекшелігі (гидроксилировалық C60(OH)16-18) 96сағ. ішінде 50мгл
экспозициясы, 1.5мгл концентрациялы пC60 фуллерен эмбриондардың дамуда
және перикардиальды эдемада өмір сүруін төмендетті. Фуллереннің
токсикологиясы антиоксидантты (глутатионды) қосу барысында төмендеді, бұл
тотықтырғыш стресс фуллеронның индукциямен әсерін көрсетеді.
Фуллереннің цитотоксикалығы қышқылданған тотығу үрдісінің
индукциясымен түсіндірілетінің көп авторлар дәлелдеген. Суда фуллереннің
наноагрегаттары экспозициядан кейін 48сағ. кейін, адам терісінің
фибраумағында, адамның өкпесінің карцином жасушасында (HepG2) және 50ppb
тең немесе жоғары дозада адамда астроцитті, цитотоксикалық эффекттерді,
яғни жасушада липидтің қышқылданған тотығуна және мембрана зақымдануына
әкелді. L – аскорбинді қышқылын жоғары шамада антиоксидант ретінде қасу
фуллерен наноагрегаттарында тотықтырғыш зақымдау деңгейін және улылық
эффектісін төмендетті. Эндотелия тамырлары жасушасы тәжірибесінде аналогты
нәтиже алынды. Тәжірибеде 24с. ішінде концентрациясы 1-100мкгмл
инкубацияланатын жасушалар гидрооксифуллеренмен [C60(OH)24; орташа диаметрі
7нм] өңделді. Өңдеуде жасушаның морфологиялық өзгерісі, яғни цитоплазмалық
вакуолей түзілді және дозоға тәуелді түрде жасушаның тығыздалуының азаюына
ұшарады. Лактатдегидрогеназдың белсенді өзгеруі цитозол зақымдануының
индукциясын, ал жасуша бөлінуінің жылдамдығының өзгерісі өсуде ингибитор
жасаумен дәлелдейді. Гидроксифуллерен жасушада жасуша өлуінің апоптикалық
нұсқасын итермеленеді, бірақ жасушада полиубиквитинировтық ақуыздың
жинақталуын шақырды осыдан жасуша өлімінің аутофагиялық нұсқасын
қалыптастырды. Аутофагия вестерн блоттинг түріндегі және электронды
микроскоп нәтижесімен арнайы маркердің негізінде түзілді.
Гидроксифуллереннің аз дозасы (8 күнде 10мкгмл) жасуша өсуін ингибитор
жасады.[11]
Жоғарыда келтірілген барлық тәжірибелер жасушада немесе су
жануарларында жүргізілгенін айта кету керек. Адам және жердегі омырткалылар
организміне фуллереннің түсі жолы –ингаляция. Фуллереннің нанобөлшегіне
ингаляция үрдісінің қалай әсер ететіні тәжірибеде көрсетілді, үлкен
тышқандарды атмосферада орналастырып, 10 күндей күніне 3сағаттан
фуллереннің нано (2.22 мгм3, диаметрі 55 нм) немесе микробөлшегін
(2.35мгм3, диаметрі 0.93 мкм) қатыстырып зерттеді. Гематологиялық зерттеу
нәтижесі өкпеальвеолярлы сұйықта ақуыз құрамының өсуін, макрофагта фуллерен
нанобөлшегі ретінде нано-C60 экспонирлеуін, фуллереннің нано және
микробөлшегі жағдайында өкпе көлемінің 40% және 50% кеңеюін көрсетті.
зерттеу барысында авторлар токсикологиялық шамалардың өзгерісін анықтады (2-
сурет).
Cурет 2. Жарықтандыратын электронды микроскоппен, өндірісті фуллерен
ерітіндісінде алынған эпидермис жасушаларының микросуреті.
1991 жылы көміртекті нанотүтіктер фуллереннен кейін ашылған.
Фуллеренмен салыстырғанда нанотүтіктер бірдестен токсинологиялық әсер
аудармады. Нанотүтікте токсикологиялық әсердің бар болуы туралы мәлімет
алғаш ре 2003 жылы шықты. Онда мына мәліметтер айтылды, бірқабатты
нантүтікпен инкубациялаудан кейін, 18 сағ. өткенде адамның эпидермис
кератиноцитінде тотықтырғыш стресс белгілерінің дамуы және цитоулылық – бос
радикалдар түзілуінің индукциясы, липидтің қышқылданған тотығу өнімнің
жинақталуы, антиоксидант құрамының төмендеуі және жасушалар өлімі.
Бірқабатты нанотүтікпен инкубациялау жасушаның морфологиялық өзгерісін
тудырды. Тышқандардың өкпесінің эпителиалды жасушасында бірқабатты
нанотүтікпен инкубациялау нәтижесінде, оттектің активті формасының
генерациясын, бір уақытта қорғау механизмінің жұмысынан бас тартатын
глутатион құрамының төмендеуі тәжірибеде анықталды.
Бірқабатты нанотүтікпен интраназалды ендіруден кейін тышқанда жұрек
тамырлар жүйесінің зақымдануы байқалды. Жекелегенде, өкпе ұлпаларында, аорт
және жүрегі инсульт алды жағдайындағы маркерлердің біреуі гемоксигенезден 1
едәуір активтендірді, аорт ұлпасында митохондриялық ДНК зақымдануы.
Альвеолярлы эпителилды жасушаның нанотүтікпен зақымдануы және нанотүтікпен
алынған ингаляция туралы мәліметтер тышқанда алынған.
Үлгі моделі ретінде тышқанның эмбрионалды діңгек жасушасын (ЭДЖ)
қолдану арқылы алынған зерттеуде көпқабатты нанотүтіктің генотоксикалық
әсері анықталды. Апоптикалық эффектілерімен қатар, репарациялық ақуыздардың
индукциясы – 8-оксогуанин-ДНК-глюкозилаза 1 (OGG1), Rad51 репарациялық
ақуызы, 139 сериналы қалдығы бойынша H2AX фосфорлы гистон тіркелген.
Эндогенды молекулярлы маркер аденинфосфорибозилтрансферазаны қолданған
зерттеудің мутагендік талдауы ЭДЖ мен өңделген нанотүтік мутация жиілігін
жоспарсыз жиілікпен салыстырғанда екі есе үлкейтті. Бұл зерттеліп жатқан
наноматериалдың генотоксикалық әсерін көрсетеді.
Көптеген зерттеулер бойынша, өкпеге көп зақым әкелетін нанотүтіктер –
бұл дозаға тәуелді грануломен түзілу, бірақ бұл жағдайда нанотүтіктің
улылығы өте қауіпті саналатын кварцтық шаң улылығына қарағанда жоғары
болды. Сонымен қатар, нанотүтіктер вакуолде тасымалданатыны, дозаға тәуелді
түрде жасуша пролиферациясын ингибитор жасайды және адгезия қабілетін
төмендететіні белгілі болды. 25 мкгмл концентрациясында жасушалық циклдің
G1 фазасын құлптайды, онымен функционалды байланысқан гендерге ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Әл-фараби атындағы қазақ ұлттық университеті
Химия және химиялық технология факультеті
Химиялық физика және материалтану кафедрасы, Қоршаған ортаны қорғау және
өмір тіршілігінің қауіпсіздігі циклы
Бектасова Сымбат
БІТІРУ ЖҰМЫСЫ
Тақырыбы: НАНОМАТЕРИАЛДАР ӨНДІРІСІНДЕ ҚАУІПСІЗДІКТІ ҚАМТАМАСЫЗДАНДЫРУ ЖӘНЕ
БАҚЫЛАУ
Мамандығы: 5В073100-Қоршаған ортаны қорғау және өмір тіршілігінің
қауіпсіздігі
Алматы 2013
Қазақстан республикасының білім және ғылым министрлігі
Әл-фараби атындағы қазақ ұлттық университеті
Химия және химиялық технология факультеті
Химиялық физика және материалтану
Қорғауға жіберілді
___________
Кафедра меңгерушісі
х.ғ.к
Тулепов М.І
БІТІРУ ЖҰМЫСЫ
Тақырыбы: НАНОМАТЕРИАЛДАР ӨНДІРІСІНДЕ ҚАУІПСІЗДІКТІ ҚАМТАМАСЫЗДАНДЫРУ ЖӘНЕ
БАҚЫЛАУ
Мамандығы: 5В073100-Қоршаған ортаны қорғау және өмір тіршілігінің
қауіпсіздігі
Орындаған:
Бектасова Сымбат
Ғылыми жетекшісі:
х.ғ.к
Керимкулова А.Р
Нормабақылаушы: Рахимова
Б.У
Алматы 2013
РЕФЕРАТ
Бітіру жұмысының құрылымы мен көлемі: бітіру жұмысы кіріспеден, әдеби
шолудан, тәжірибелік бөлімнен, нәтижелермен оларды талқылаудан, қорытынды
және қолданылған әдебиеттер тізімін қамтиды. Жұмыс 47 беттен, 10
суреттен, 5 кестеден, 40 қолданылған әдебиеттер тізімінен тұрады.
Түйінді сөздер: НАНОМАТЕРИАЛДАР, ҚАУІПСІЗДІК, БЕТТІК АУДАН, МУТАГЕНДІК.
Зерттеу нысандары: көміртектік нано сорбенттер; фуллерендік күйе;
түтіндік газдар; нанобиостимулятор.
Жұмыстың негізгі мақсаттына: Жану Проблемалар Институтында алынып жатқан
нанокөміртекті материалдардың және оларды алу барысында қоршаған ортаға
және адам денсаулығына тигізетін әсерін бақылау.
Зерттеудің практикалық маңыздылығы: Дүниежүзі нанотехнологияның, яғни
өлшемі 100нм дейін болатын материалдар мен заттарды алуға және қолдануға
бағытталған технологияның қарқынды дамуына көңіл аударуда.
Қазіргі таңда дүниежүзінде наноматериалдардың таралуы және өндіріс
көлемі қарқынды дамуда. Сонымен қатар біздің еліміздеде нанотехнологияға
деген қызығушылық жылдан жылға артуда. Медицина, тұрмыстық және тамақтануда
қолдану тағайындалмаса да, өндірісті қосқандағы наноматериалдың қолданылуы
және таралуының толық цикл айналымы қоршаған ортаға және адам организміне
енеді. Осыларға байланысты адамныңорганизміне әртүрлі әсерін береді. Бірақ
наноматериалдар алумен айналысып жатқанымен олардың әсері қарастырылып
жатқан жоқ. Осы айтылғандардын бәрі өзекті мәселе болып табылады.
РЕФЕРАТ
Объем и структура выпускной работы: Работа состоит из введения, обзора
литературы, экспериментальной части, анализа результатов, эксперментальных
исследований, заключения и списка использованный литературы. Работа
состоит из 47 страниц, включает 5 таблиц, 10 рисунков, список
испальзуемой литературы содержит 40 литературных источников.
Ключевые слова: НАНОМАТЕРИАЛЫ, БЕЗОПАСНОСТЬ, УДЕЛЬНАЯ ПОВЕРХНОСТЬ,
МУТАГЕННОСТЬ
Объектами исследования являются: УГЛЕРОДНЫЕ НАНО СОРБЕНТЫ; ФУЛЛЕРЕНОВАЯ
САЖА; ДЫМОВЫЕ ГАЗЫ.
Целью настоящей дипломной работы является исследование влияния
наноматериалов получаемые в лабораториях института проблем горения на
окружающию среду и на организм человека.
Практическая значимость: В настоящее время во всем мире всё возрастающее
внимание уделяется перспективам развития нанотехнологий, то есть технологий
направленного получения и применения веществ и материалов в диапазоне
размеров до 100 нм. Объемы производства и рынок наноматериалов во всем мире
в настоящее время стремительно развиваются. Последние годы и в нашей
стране возрастает интерес к нанотехнологии и наноматериалам. В ходе
полного цикла их оборота, включающего производство, применение и утилизацию
наноматериалы, даже не предназначенные непосредственно для использования в
медицине,питании и быту, будут с неизбежностью поступать в среду обитания и
попадать в организм человека. Вследствие всего этого степень экспозиции
человека различными наноматериалами в ближайшее время будет неизбежно
увеличиваться. В связи с выше сказанными проблемами данная работя является
актуальной.
ҚЫСҚАРТЫЛҒАН СӨЗДЕР
НБ- Нанобөлшектер
ЭДЖ эмбрионалды діңгек жасушасы
ӨСОА- өкпенің созылмалы обструктивті ауруы
РФ- Ресей Федерациясы
ЖӨД- Жылуөткізгіш детектор
МАЗМҰНЫ
КІРІСПЕ 7
1 ӘДЕБИ ШОЛУ 11
1.1 Наноматериалдың құрылымдық және химиялық сипаттамасының 11
бақылау әдістері
1.2 Нанобөлшектің потенциалды улылығын анықтайтын сипаттамалары 14
1.3 Наноматериалдардың токсикологиялық әсері 20
1.3.1Көміртекті наноматериалдардың токсикологиялық әсері 21
1.3.2Метал нанобөлшектің токсикологиялық және бинарлы байланыс 26
әсері
1.4 Наноматериалдардың экотоксикологиялық әсері 29
1.5 Нанодисперсті күйдегі заттардың уыттылығы 33
2 МАТЕРИАЛДАР МЕН ӘДІСТЕР 37
2.1 Сорбтомертр көмегімен наноматериалдардың беттік ауданын 37
анықтау әдісі
2.2 Наноматериалдарды алу барысында бөлінетін газдардың мөлшерін 38
анықтау әдісі
2.3 Наноматериалдар алатын жумыс аумағының температурасы, 39
ылғалдылық мөлшерін бақылау
3 НӘТИЖЕЛЕР ЖӘНЕ ОЛАРДЫ ТАЛҚЫЛАУ 41
3.1 Сорбтомертр көмегімен наноматериалдардың беттік ауданын 41
анықтау
3.2 Наноматериалдарды алу барысында бөлінетін газдардың мөлшерін 42
анықтау
3.3 Наноматериалдар алатын жумыс аумағының температурасы, 42
ылғалдылық мөлшерін бақылау
3.4 Нанобиостимуляторға ұқсас физикоксинді мутагенділікке сынау 43
ҚОРЫТЫНДЫ
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИТТЕР ТІЗІМІ
. ҚОСЫМШАЛАР
КІРІСПЕ
Қазіргі таңда дүниежүзі нанотехнологияның, яғни өлшемі 100нм болатын
материалдар мен заттарды алуға және қолдануға бағытталған технологияның
қарқынды дамуына көңіл аударуда. Нанотехнологияны қолдану арқылы алынған
материалдар химиялық өндірістің микроэлектроника, энергетика, оптика,
құрылыс, ғылыми зерттеу, бақылау және қоршаған ортаны қорғау салаларында
қолданылады. Наноматериалдардың ерекше қасиеттері және олардың биологиялық
белсенділігі дәрілік препараттар мен вакциналарды адрестік тасымалдауда,
кардиологиялық, онкологиялық және басқа да аурулармен күресуде, гендік және
молекулярлы инженерия мақсатындағы инфекцияларда, қоршаған орта сапасын
жақсартуда, парфюмерлі – косметикада, тамақ өндірісі және басқа да
салаларда қолданылуы мүмкін.
Қазіргі таңда дүниежүзінде наноматериалдардың таралуы және өндіріс
көлемі қарқынды дамуда. Нанотехнологияны қолдану барысында алынған өнімді
сатудың жалпы көлемін болжаммен 2015 жылға қарай 10 триллион АҚШ долларына
көтеру керек. Ресей Федерациясында наноматериалдар кейбір түрлерінің
өндірісі тез дамуда. Медицина, тұрмыстық және тамақтануда қолдану
тағайындалмаса да, өндірісті қосқандағы наноматериалдың қолданылуы және
таралуының толық цикл айналымы қоршаған ортаға және адам организміне енеді.
Осыларға байланысты адамның әртүрлі наноматериалдарға қатысты экспозиция
деңгейі жақын уақытта жоғарылай түседі.
Наноиндустрияның дамуы екі бағытты бастаманы көрсетеді, яғни
қауіпсіздік түсінігіне қатысты ішкі және сыртқы қауіптен мемлекеттің,
қоғамның және тұлғаның өмірлік маңызды қызығушылықтарын қорғау жағдайы;
-наноқауіптің туындау себептерін анализдеу;
-қауіпсіздікті қамтамасыз ету жүйесін құру үшін нанотехнология және
наноматериалдарды қолдану;
Наноқауіп пайда болатын негізгі себептер:
-нанобөлшектердің кіші геометриялық өлшемі, олардың жоғары ену
қабілеті, адамда, жануарлар мен өсімдіктерде эволюциялық қарсы әсер ететін
қорғау механизмі жоқ болғанда реакциялық және адсорбциялық белсенділігі;
-нанобөлшектер мен наножиынтықтардың құрылымы мен құрамының
көптүрлілігі және олардың идентификациясы мен сандық сипаттамасының
күрделілігі;
-механизм туралы сенімді ақпараттың болмауынан объекттің органикалық
(соның ішінде тірі) және органикалық емес табиғатының жасанды
интеграциясына негізделген конвергентті жүйені қалыптастыратын пәнаралық
зерттеудің дамуы;
- санитарлы – эпидемиологиялық бақылауда, сертификаттау органдарында,
өндірушілер, дайындаушыларда нанотехнологияның қажеттіліктері болмаған
жағдайда нанотехнология, наноматериал және өнімді өндіретін өндіріс
негізінде, үрдістер аймағында экономикалық стимулирленген жасанды
жылдамдатылған технологиялық эволюция;
- жоғары экономикалық эффективті қаржылық салым мүмкіндігінде
наноиндустрияның жаңа өнімдері;
- нанотехнолиялық үрдістің аз массагабаритті және энергетикалық
көрсеткіштер қатары және олардың жасырын орындалу мүмкіндігі.
Нанобөлшек және наноматериал түріндегі заттар көбінесе радикалды
аналогтан, яғни, макроскопиялық дисперсия немесе толық фаза формасы
қасиеттеріне ие. Наноматериал организмге және оның ортасына әсер ететін
жаңа факторға ие. Бұл наноматериалдар адам денсаулығына кері әсер етпеуі
үшін қауіпті бағалау әдісін дайындау негізгі мәселе болып отыр. Қазіргі
таңда наноматериалдың қауіпсіздік мәселелері АҚШ – да (Food and Drag
Administration), Евроодақта, және де халықаралық ұйымдарда (ВОЗ, ILSI)
кеңінен зерттелуде.
Мемлекеттерде нанотехнологиямен қарқынды дамитын стандартау бойынша
техникалық комитеттер 2004-2005жж. құрыла бастады. Қазір АҚШ
нанотехнология саласындаға стандарттармен үш ұйым шұғылданады: ASTM, ANSI
және IEEE. Е56 комитеті ASTM нанотехнологиясы бойынша 2005ж. құрылды.
Комитет қарастыратын мәселелер нанотехнология және наноматериалдар
аймағындағы стандарттарға және басқару құжаттарына байланысты, және де
стандарттау бойынша нанотехнология қажеттіліктеріне сәйкес ASTM ағымдық
әрекетінің координациясы. Е56 комитеті құрамындағы подкомитеттер де
құрылды.
2009 жылы ТК ISO 229 нанотехнологияның денсаулыққа және қауіпсіздікке
тигізетін әсерін көрсететін құжатты шығарды (ISOTR 12885:2008, Health and
safety practices in occupational settings relevant to nanotechnologies).
Көп мемлекеттерде нанотехнология бойынша ұлттық стандарт әлі дайындалу
сатысында, ал бұл құжат әлемдік тәжірибені қамтиды және оны қазір қол
жетімді етіп отыр. Өндірістік наноматериалдарды өндірісте тасымалдау,
қолдану, сақтау барысында тұтынушылар мен жұмысшылардың қауіпсіздігі үшін
жұмысшылар мен зерттеушілерге кеңестер келтіріледі.
РФ мемлекеттік метрология қызметінің функциялары техникалық басқару
және метрология бойынша Федеральды ұйым – Ростехбасқаруға мекемесіне
жүктелген. Бұл мәселелерді шешу үшін жоғары технологиялар саласында,
нанотехнологияны қоса, Ростехбасқаруда ТК 411 стандарты бойынша Ғылымды
қажет ететін технологиясы Техникалық комитеті құрылды.
Ресейде наноқауіпсіздік мәселесі бойынша зерттеу Роспотребнадзор
инициативі бойынша 2006 жылдың соңында жүргізілді. Ресейде наноматериалдар
кауіпсіздігін бағалау мәселесі бойынша, жұмысты күшейту қажеттілігі РФ Бас
мемлекеттік санитарлық дәрігерінің бастамасымен №53 23.07.2007 бастап
негізделеді Наноматериалдан тұратын және нанотехнологияны қолану арқылы
алынған өнімді бақылау және роспотребнадзордың ақпараттық хатында
Наноматериалдан тұратын қнім айналымы мен өндірісін бақылау.
Роспотребнадзордың тапсырмасымен 2007 жылдың 31 қазанында РФ Бас
мемлекеттік санитарлық дәрігерінің мақұлдауымен токсикологиялық зерттеу,
тәуекел бағалануының әдістемесі, идентификация әдісі және наноматериалдың
сандың анықталу концепциясы жобасы жасалды. Тағы да, адам денсаулығына
нанотехнология өнімдерінің және наноматериалдардың қауіпсіздігін анықтау
үшін, санитарлы эпидемиологиялық бақылау органдары үшін тағайындалған
Наноматериалдың қауіпсіздігін бағалау атты әдістемелік нұсқау жасалынды.
2009 – 2010 жылы Роспотребнадзор наноматериалдың қауіпсіздігін бағалау
бойынша әдістемелік бұйрықтар мен ұсыныстар қатарын көрсетті:
Әдістемелік бұйрықтар:
-наноматериалдың микробиологиялық және молекулярлы – генетикалық
бағалауының имкробиоценозға әсері.
-наноматериал қауіпсіздігінің медико – биологиялық бағалануы.
-наноматериал мен нанотехнологияны қолдану арқылы алынған өнімді
санитарлы – эпидемиологиялық сараптамадан өткізу.
-анықтау үшін сынама алу реті, сулы омыртқалысыз наноматериалдар
әрекетінің сипаттамасы мен идентификациясы.
-анықтау үшін сынама алу реті және әдістемелік жануарлардағы
наноматериал идентификациясы.
-анықтау үшін сынама алу реті және өсімдіктердегі наноматериал
идентификациясы.
-анықтау үшін сынама алу реті және су объектілерінің наноматериалының
идентификациясы.
-анықтау үшін сынама алу реті және балықтағы наноматериал әрекетінің
идентификациясы мен сипаттамасы.
-наноматериалдың сипаттамалық әрекеті үшін әдістемелік жануарларды
қолданбалы іріктеу.
Әдістемелік ұсыныстар:
-наноиндустрия мекемелері мен бақылаушы ұйымдарда наноматериалды
сандық анықтау әдісінің қолданылуы.
-ауыл шаруашылық, тамақ өнімі және оралған материалдар құрамында
наноматериал және нанобөлік шамасын анықтау және сынама алу әдістері.
-тамақ өнімдерінде, тірі организмде, қоршаған орта объектілерінде
наноматериалдың басым түрін анықтау.
-наноматериал қауіпсіздігін бағалау in vitro және модельді жүйеде in
vivo.
- нанотехнологияны классификациялау әдістемесі және оның қауіптілік
деңгейіне байланысты өнімдер.
Яғни осы жоғарыда айтылған мәселелердің бәрі шет елдерде және және
көршілес Ресей федерациясында жүргізіліп, шеш імге келіп жатыр. Алайда
біздің елімізде де нанотехнология өндірісі қарқынды дамып, ғылым ретінде
қалыптасып келе жатқанына ондаған жылдар болған. Дегенмен
наноматериалдардың қауіптілігіне, оның адам ағзасына тигізетін зиянды
әсерлерінің алдын алу шаралары жүргізіліп жатқан жоқ екендігі бәрімізге
мәлім. Сондықтан да бұл жұмыстың маңызы зор және өзекті болып табылады.
1. ӘДЕБИ ШОЛУ
1. Наноматериалдың құрылымдық және химиялық
сипаттамасының бақылау әдістері
Наноматериалдар түсіну үшін күрделі объект болып табылады. Бұл
құрылымды құраушылардың аз өлшеміне, көп физикалық қасиетінің
спецификасына, фазалардың беттік бөлігі мен шекарасының үлкендігіне,
реттелген және аморфты құраушыларының, жоғары реакцияға қабілетті
метастабилді және әлі белгісіз фазалардың бар болуына байланысты.[1]
Наноұнтақтарда да бөлшектердің қатты қозғалысы байқалады. Алынған шартқа
сай агрегаттың төзімділігі жоғары болуы мүмкін, соған сәйкес шығыстағы
бөлшектердің бөлінуі арнайы шараны жүргізуді талап етеді.[2]
Осыған сәйкес ірі кристалды материалдарды үйрену әдістері наноөлшемді
жүйеде қолданылмайды. Олардың кейбірі өзгертуді және қайта жұмыс жасауды
талап етеді.[1-3]
Биологиялық ортадан, тамақ өнімдерінен және қоршаған орта
объектілерінен наноматериалдың идентификациясын және санын анықтау – жоғары
төзімділік әдісі болып табылады. Бұл кезде бағалау әдісін қолданған жөн.
Әдіс спецификаға ие, наноматериалды оның толық фаза немесе макроскопиялық
дисперсия түріндегі химиялық аналогтарынан ажыратуға мүмкіндік береді.[5]
Сыртқы әсерлердің әсерінен материалдың жалпы көрінісін айқындайтын
заттың макроскопиялық қасиеті, оның ішкі ерекшеліктеріне, яғни, құрылымы
және түзілуіне (макроскопиялық қасиеттерінің) байланысты. Макроскопиялық
қасиеттерінің ішіндегі маңыздылары:
- материалдың элементтік және фазалық құрамы;
- агломерат, агрегат және бастапқы бөліктің өлшемі мен формасы;
- кристалл тордағы ақаулардың бөлінуі мен сандар типін қоса алғандағы
заттардың атомды – кристалдық құрылымы. [8]
Алынған үлгіні зерттеудегі ерекше орын алатын әдіс – тізбектер
байланысында технология - құрылым және түзілу - қасиет талап ететін
физика – химиялық әдіс. Технологиялық үрдістің қажетті параметрлерін түзі
үшін зерттеу барысында анализдің кешенді әдісін қодану керек. [6]
Мұнда лабораторияда зерттеу әдістерінің кейбір танымал түрлері ғана
қолданылады. Олар алынған нәтижені трактовкалауға және қолданатын
шекаралардың мүмкіндіктерін айқындайды. Соңғы мақсат - дұрыс түсіну үшін
соңғы нәтижені бағалау, өйткені, әртүрлі әдіспен зерттелген тәжірибелік
мәліметтер (мысалы, бөлік шамасын анықтау кезінде) бір бірінен өзгешеленуі
мүмкін (кейде бірнеше ретке дейін) (1- кесте).
Кесте 1. Әртүрлі әдіспен анықталған Fe бөлшегінің өлшемінің нәтижелері.
Анализдеу әдісі Бөліктің өлшемі, Ескерту
нм
Сканерлейтін электронды 50-80; 300-1000 Бимодальды бөліну.
микроскопия; жарықтандыратын Бастапқы бөліктер және
электронды микроскопия олардың дендритті формалы
агломераттары
Рентгенография 20
Нейтрондардың аз көміртекті 24; 64 Бимодальды бөліну;
шашырауы; нейтронография Гаусс бойынша бөлу
Төменгі температуралы 60 II типті изотерма
адсорбция (БЭТ)
Статикалық жарық шашылу 500-8000 Бимодальды бөліну.
Динамикалық жарық шашылу 70 Гаусс бойынша бөлу
2 – кестеде материалдың макроскопиялық қасиетін зерттеудің физико
химиялық әдісі және олардың негізінде жатқан құбылысы немесе үрдісі
көрсетілген.
Қазіргі уақытта көп ғылыми әдебиеттер ағылшын тілінде жарық көреді,
алайда авторлар негізгі әдістердің аттары мен терминдерді орыс және ағылшын
тілінде беруді дұрыс санайды
.
Кесте 2. Материалдардың негізгі қасиеттері және оларды зерттеу
әдістері.
Тесттелетін Талдау әдісі Берілген әдіс негізіндегі
сипаттамалар құбылыстар немесе үрдістер
1. Элементті құрам 1.1Атомдық Алынған спектр талдауы, бір
спектроскопия жағдайдан екінші жағдайға
өтуі кезіндегі валентті
немесе ішкі электрондардың
тіркелуі
1.2 Масс – Зертелетін үлгінің иондалуы
спектрометрлік талдау және булануы, ұйыған ионның
түзілуі және оны масс
спектрометр көмегімен түзету
2. Бастапқы бөліктің,2.1 Электронды Жылдамдатылған электрондардың
құрылымдық элементтіңмикроскоп шоғы көмегімен үлгінің
(агрегат және талдауы
агломераттың) өлшемі
және формасы
2.1.1 Жарық өткізетін Бөліктің ішкі құрылымы және
электронды микроскоп өлшемін анықтау бойынша
электрон шоғымен үлгіден
жарық өткізу
2.1.2 Электронды Көлемді бейнені алумен және
сканерлеу микроскопы екілік электрондарды
біруақытта тіркеумен,
электрон шоғымен үлгі бетін
сканерлеу
2.2 Зондтық сканерлеу Үлгі бетін рельеф зондымен
микроскопы анализдеу
2.2.1 Тунелдік Үлгі бетінде және зонд
сканерлеу микроскопы аралығында пайда болатын,
тунелдік ток шамасын тіркеу
жолымен рельефтың ток
өткізетін беттік қабатын
талдау
2.2.2 Атомды-күштік Үлгі бетінде және зонд
микроскоп аралығында пайда болатын,
ван – дерваалстық күш шамасын
тіркеу жолымен рельеф және
беттік қабаттың механикалық
қасиетін талдау
2.3 Жарық шашырау Шашыраған жарық
(статикалық жарық интенсивтілігі бойынша бөлшек
шашырау әдісі) шамасын табу
2.4 Фотонды Шашырау жарығының
корреляционды интенсивтілік және жиіліктік
спектроскоп сипаттамасын талдау жолымен
(динамикалық жарық анықталатын, бөлшектің
шашырау әдісі) шамасын дуффузия
коэффициентімен анықтау
2.5 Аз көміртекті Дуффузиялық шашырау
шашырау (рентген интенсивтілігінің көміртекті
сәулелері және байланысына қатысты бөлшек
нейтрондардан) шамасын бағалау
2.6 Дифракциялық әдіс Алынған дифрактограммамен
(рентген – электронды үлгінің кристалл торында
- нейтронография) дифракциялық сәулелену
2.7 Седиментация Жылдамдығы бойынша бөлшек
шамасын анықтау
2.8 Адсорбциялық әдіс Инертті газдың (азот) төмен
(БЭТ) температуралы адсорбциясы
шамасымен бөлінген бетін
анықтау
3 Атомды – кристалды 3.1 Рентгенофазалық Үлгінің кристалл торындағы
құрылым және рентгендік сәулелену
рентгеноқұрылымдық дифракциясы және алынған
анализ (рентген рентген дифракциялық
сәулелерінің профилдің анализі (фазалық
дифракциясы) құрам және кристалл тор
параметрлерін анықтау)
3.2 Нейтронография Үлгінің кристалл торындағы
(нейтрондар нейтрондар дифракциясы және
дифракциясы) алынған дифракциялық профил
талдауы
3.3 Электронография Үлгінің кристалл торындағы
(электрондар электрондар дифракциясы және
дифракциясы) алынған электронограмма
талдауы
2. Нанобөлшектің потенциалды улылығын анықтайтын сипаттамалары
Наноматериалдардың қауіпсіздігінің бағалану жолында, біріншіден,
олардың физико химиялық қасиетінің ерекшеліктерін және микроскоптық
дисперцияның толық фаза түріндегі химиялық құрамын оның аналогынан
ажырататын биологиялық әрекетін қарастыруымыз керек. [17] Осы бойынша
келесідей наноөошемді жағдайдағы заттардың физико химиялық ерекшеліктерін
көрсетуге болады.
Біріншіден, жоғары қисықтық фазааралық шекарадағы заттың химиялық
потенциалының кеңеюі. Нанобөлшек бетіндегі үлкен қисық және беттегі атомдар
байланысуының топологиясының өзгеруі оның химиялық потенциалының өзгеруіне
әкеледі. Осы үшін нанобөлшектің реакциялық және каталитикалық мүмкіндігі
және олардың құраушыларының еруі өзгереді.
Екіншіден, наноматериалдың үлкен меншікті беті. Наноматериалдың өте
үлкен меншікті беті оның адсорбциялық сыйымдылығын, химиялық реакция
қабілетін және каталитикалық қасиетін жоғарылады. Бұл бос радикалдар өнімі
мен оттектің активті формасының жоғарылауына және биологиялық құрылымның
бұзылуына (липидтер, ақуыздар, нуклеин қышқылдары, ДНК) әкелуі мүмкін.
Үшіншіден, нанобөлшектің түрлі формалары және үлкен емес өлшемдері.
Нанобөлшектер өзінің үлкен емес өлшемімен ақуыздар және нуклеин
қышқылдарымен байланыса алады, мембранаға түзіле алады, биоқұрылым
функциясын өзгерте алады. Бұл кезде нанобөлшек иммунды жауап қайтармайды
және организмнің қорғаушы жүйесіне элиминирленбеуі мүмкін. Нанобөлшектің
таралу үрдісі қоршаған ортада ауа және су жолымен.
Төртіншіден, жоғары адсорбциялық белсенділік. Нанобөлшектер өзінің
жоғары дамыған беттік қабатының арқасында жоғары эффективті қасиеттерге,
адсорбентке ие, яғни, микроскоптық дисперсияға қарағанда адсорбциялық зат
өз массасын бірлікке қылғу мүмкіндігіне ие. Көп наноматериалдар гидрофобты
қасиетке ие немесе электрлік зарядталған. Ол оның әртүрлі улылықта
адсорбция үрдісін және оның организм бөгеулерінен өту қабілетін күшейтеді.
Бесіншіден, аккумуляцияға жоғары қабілеттілігі. Мүмкін, нанобөлшектің
кішкентай мөлшері үшін организмнің қорғаушы жүйелерімен танылмайды,
биотрансформация болмайды және организмнен шығарылмайды. Бұл
наноматериалдардың өсімдіктер, жануарлар организмінде және де
микроорганизмдерде, тамақ тізбегінің берілуімен жинақталады, сол арқылы
адам организміне түсуін жоғарылатады.
Наноматериалдар қарапайым физико химиялық күйдегі затқа қарағанда,
мүлдем басқаша физико химиялық және биологиялық (оның ішінде токсикалық)
қасиеттерге ие екенін жоғарыдаға факторлардан көреміз. Сол себепті,
потенциалды тәуекел сипаттамасы адам денсаулығы және қоршаған орта үшін
барлық жағдайда міндетті болып табылатын, материал мен өнімдердің жаңа
түріне жатқызылуы тиіс.[20]
Нанобөлшектің потенциалды улылығын анықтайтын физико-химиялық
сипаттамаларына толығырақ тоқталайық:
1. Физикалық сипаттамалары.
Адам денсаулығына әсер ететін нанобөлшек және наноматериалдың
қауіптілігі, олардың мөлшері мен формасы физикалық сипаттамасы болып
табылады.
Бөлшектің мөлшер ұғымы объекті мөлшерін үш рет өлшегендегі минималды
мәні. Мысалы, сфералық бөлшек мөлшері өзінің диаметріне, эллипсойдалық –
эллипсойд осінен кіші, талшықты және түтікті – талшық және түтік
диаметріне; фракталды және қабықшалыда – қабат қалыңдығына тең болады.
Мөлшері негізгі көрсеткіш болып табылады.[10] Материалдың бірдей массалық
концентрациясында бөлшек мөлшерінің азаюынан, көлеміне қатысты бөлшектер
саны үшінші дәрежелі мөлшерге кері пропорциональды өседі, ал беттің жалпы
ауданы – мөлшер квадратына кері пропорциональ. Осының негізінде тірі жүйеге
бөлшектің қауіптілігі артады.
Нанобөлшек формасы бөлшек мөлшерінің үш рет өлшенгеннен алынған
максимал мәнінің минималды мәнге қатынасынан анықталады (формафакторы деп
аталады). [11] Формафактор 1 ден (сфералық формалы бөлшек үшін) 1000 дейін
және наноталшық және нанотүтік жағдайында анықталмаған үлкен ұзындықта түзе
алады. Эксперименттік зерттеу бойынша, жоғары мәнді формафакторлы
наноталшық және нанотүтік формасы сфералыққа ұқсас бөлшекпен салыстырғанда
жасушада иммунды жүйе клеткасымен баяу элиминирленеді. Осыдан жасушамен
бөлшектің түйісу уақыты және сәйкесінше оның улылық әрекеті өседі.
2. Физико – химиялық сипаттамалары.
Адам денсаулығы үшін потенциалды қауіптілігін анықтайтын негізгі
физико – химиялық сипаттамаларына, суда және биологиялық сұйықтықта еритін
бөлшектердің заряды, адсорбциялық сыйымдылық, агрегацияға тұрақтылық,
годрофобтылық, беттерге адгезия, бос радикалдарды өндіру қабілеттері
жатады.
Наноматериалдардың суда еруі олардың улылығын анықтайтын маңызды
фактор. Суда еритін заттармен түзілген нанобөлшектер сулы ортаға түскен
кезде, улылық құрамы оны құраушылардың химиялық құрамымен анықталатын
молекулярлы және иондық ерітінділердің түзілуімен жылдам диссоциациялайды.
Басқаша айтқанда, еритін нанобөлшектердің улылық құрамы оның химиялық
аналогынан ерекшеленбейді. [20]
Биологиялық сұйықтықта еру маңызды фактор болып есептеледі, алайда,
суда ерімейтін нанобөлшектер биологиялық ортада диссоциацияланбайды (қан
плазмасында, клеткааралық сұйықтықта, цитозольда). Бұл көміртек негізіндегі
суда ерімейтін жоғарыгидрофобты материалдарды қоспағанда.[23]
Бөлшек заряды маңызды фактор. Негізгі қауіп төндіретіндері геноулы
және мутагенді әсер потенциалды, ДНК макромолекулаларына жоғары жақындыққа
ие оң зарядталған бөлшектері. Теріс зарядталған бөлшектер мұндай
қасиеттерге ие емес, дегенмен, ұлпалық бөгеулер (тері, ішек,
гематоэнцефаликалық) арқылы өтуде жоғары қабілеттілік сипаттамасына ие.
Биологиялық эффект қауіптілігі нейтралды нанобөлшектерде кездеседі.
Адсорбциялық сыйымдылық қазіргі уақытта наноматериалдың көп емес
санына қатысты. Оның мәні бөтен улы қоспаларды сыртқы ортадан организмнің
ішкі ортасына тасымалдау ықтималдығының жоғарылауынан тұрады. Бұл
көрсеткіш мәні наноматериалдың потенциалды қауіптілігін бағалауда жоғары
емес, өйткені оның түзілуі үшін бөтен улы заттың қатысу керек. [25-27]
Агрегацияға тұрақтылық факторы нанобөлшек улылығына әсер етеді.
Мәліметтер бойынша, агрегационды тұрақты емес нанобөлшектің жабысуы оның
улылығын төмендетеді. Алайда, фракталды агрегат формасындағы
наноматериалдар улылығын сақтайды. Осыған қатысты бұл фактор өте қауіпті
болып саналады.
Нанобөлшектің гидрофобтылығы мембранамен әсерін жоғарылататын,
организмде бөлшек тазаруын баяулататын және жасуша түзілуін қысқартатын
фактор болып табылады. Гидрофилді нанобөлшектер көбіне улы болуы мүмкін.
Гидрофоб көрсеткіші улылықтың жалпы бағалануында маңызды емес. [12]
Нанобөлшек агнезиясы бетте ұлпалық бөгеулер арқылы өтуді жоғарылатады,
яғни, эндоцитоз механизмі бойынша ішектің эпителиалды бөгеуі. Алайда,
бөлшек агнезиясын оның улылығына қатысты мәлімет жоқ. Осыған сәйкес
қауіптілігі жоғары емес.
Бос радикалдарды өндіру қабілеттілігі нанобөлшектің улылық құрамын
анықтайтын негізгі фактор. Жасушада, организм органдары мен ұлпасында
наноматериалдың әрекетін зақымдайтын негізгі үрдістер бос радикалдың
перекисті қышқылдану механизмінен болады. Нанобөлшектің каталитикалық
қасиеті олардың потенциалды қауіптілігінде ерекше орын алады.
3. Молекулалы – биологиялық сипаттамалары
Нанобөлшектін биологиялық макромолекула және молекула үстілік
құрылымдары қасиеттері бірігеді.
ДНК байланысуы наноматериалдың геноулылық және мутагенді қасиеттерін
анықтайтын болғандықтан негізгі себеп болып табылады.
Жасуша мембраналарына байланысы нанобөлшектің жасушаға енуін
тездетеді. Мәліметтер бойынша, жасушағаға тез енетін нанобөлшектер жоғары
немесе әсерсіз цитоулылыққа ие болуы мүмкін. Осыған сәйкес бұл фактордың
мәні нанобөлшектің қауіптілігі үшін жоғары емес. [30]
Нанобөлшектің ақуызбен әсері ферментті белсенділігін және жасуша мен
ұлпадағы метаболом профилін өзгертеді. Тезағатын үрдістегі элиминация және
қорғаушы жүйе әсерінен зақымдалған жасуша және ұлпа ақуыздарының қалпына
келуі (клетка деңгейіндегі лизосом жүйесі және организм деңгейіндегі
ретикуло-эндотелиалды жүйесі), наноматериалдың қауіптілігіне әсер етпейді,
яғни, маңызды емес.
4. Цитологиялық сипаттамалары
Наноматериалдардың денсаулыққа потенциалды қауіптілігін ескергенде,
нанобөлшек пен наноматериалдың жасушамен байланысы негізгі фактор болып
саналады. Оның құрамына кіретін көрсеткіштер келесілер.
Құбылатын белсенділіктің бар болуы, яғни наноматериалдың жасушада
қатерлі трансформацияны (малигнизация) шақыру қабілеті маңызды фактор болып
табылады.[35]
Цитоулылық – наноматериалдың жасушаны өлтіре білу (некроз немесе
апоптоз механизмімен) қабілеті немесе оларды тұрақты морфологиялық
өзгертуге ұшыратуы, маңызды фактор болып есептеледі.
Құрылымын өзгертпей жасушағаға жинақталу қабілеті наноматериалдың көп
қаралатын түрлері үшін оның қауіптілігі организмде түзілуі кезінде
байқалады. Бірақ ол цитоулылық және трансформалау қабілеттерімен
салыстырғанда аз.
Протеомды және метаболомды профил әсерлері нанобөлшекте гендер
экспрессиясы, ақуыз биосинтезі және заттар алмасу үрдістеріне әсер етеді.
Жасуша деңгейінде тіркелетін, организм деңгейіне өтуде адаптивті сипаттама
ретінде қарастырылады және бұл қауіптілік бағалануына қатысты үлкен емес.
5. Улылық сипаттамасы
Бұл блок келесі белгілерді қосады.
Өткір улылық. Наноматериалдың өткір улылығы жануарлар организміне
енгізуде қауіптілікті анықтайтын белгі болып саналады.
Хроникалық улылық. Бұл да маңызды белгісі. Хроникалық улылығын
мүмкіндігінше жоюды бағалауда, градиясы белгілерімен адамнан сәйкесінше
тест жүйе эволюционды жоспарда әдісті қолдану: жылықанды омыртқалылар үшін
улылық (сүтқоректілер, құстар), салқын қанды омыртқалылар үшін улылық
(балықтар, амфибиялар), омыртқалысыздар, микроорганизмдер және өсімдіктер
үшін улылық.[17]
Улылықтың арнайы және алыстатылған эффектілері. Канцерогенді,
мутагенді, эмброулылықты, тератогенді, гонадоулылықты, аллергенді немесе
иммуноулылықты әрекет, немесе осы эффектілердің кез келген комбинациясы
наноматериалдар қауіптілігін бағалауда маңызды.
Орган және жасушада жинақталу. Орган және жасушада наноматериалдың
жинақталуы немесе аялдауы нәтижесінде, улылық әрекеті ықтималдығын
жоғарлататын, нанобөлшектің жасушамен түйісу уақытын жоғарылатады. Алайда,
кейбір тәжірибелік маңызды наноматериалдар үшін бұл эффект кері әсерін
тигізбейді, сондықтан бұл белгінің орны алдыңғы үшеуімен салыстырғанда
азырақ. [16-19]
Улылықтар үшін организмде бөгеулерді алуды күшейту. Белгі
наноматериалдың жоғары адсорбциялық белсенділікпен организм бөгеулерін өту
қасиетімен анықталады. Белгінің түзілу шарты үшін наноматериалға такты
ретінде қосымша дисперсия деңгейіндегі улы заттар керек. Наноматериалдың
улылық сипаттамасы үшін белгі маңызды емес.
Организм бөгеулері арқылы өту. Нанобөлшек түрлері үшін асқазан ішек
тракті бөгеулері, тері қабаты, өкпе және гематоэнцефаликалық бөгеулер
арқылы өту. Бұл фактордың қауіпті (улылық) қасиеттері көрсетілмеген.
Корпускулярлы материалдың эпителиалды бөгеу арқылы парацеллюлярлы енуі,
организмнің бейімделу реакцияларымен байланысқан қалыпты физиологиялық
үрдіс екені анық көрсетілмеген. Соған қатысты фактордың улылық сипаттамасы
көп емес.[21-22]
6. Экологиялық сипаттамасы
Бұл функционалды блокқа наноматериалмен адамның экспонирлеу шамасын
анықтау және қоршаған ортада оны тарату жолдарының параметрлер кіреді.
Өндірістің әлемдегі орны. Бұл наноматериалмен адамның экспонирлеуін
анықтайтын және оның потенциалды қауіптілігі бағалануына салым әкелетін
жоғары маңызы бар фактор. Шынынды, казіргі уақытта ірітонналық химиялық
өнімнен (кремний және титанның наноөлшемді диоксиді, күміс, фуллерон)
тұратын наноматериалдар үшін, адамның экспонирлеу шамасы өніммен үзіліссіз
контакт ретінде, бисферадағы нанобөлшекті миграциялау нәтижесі айтарлықтай
жоғары. Басқа жағынан қарағанда, индикатор санымен өндірілетін және ғылыми
зерттеулердің кейбір салаларында шектелген жағдайда қолданыс тапқан квантты
нүктелердің кейбір түрлері үшін қолданылатын наноматериалдарды өзінің
профессиялық әрекетінде пайдаланатын зертхана жұмысшыларымен ғана
шектеледі.
Наноматериалдармен адамдарды тікелей экспонирлеу мүмкіндігі. Фактор
маңызы бірінші деңгейлі. Жою кезіндегі градация болып табылатындар: 1)
мемлекет масштабындағы халық; 2) нанотехнология өнімін тұтынушылар
(наноматериалдарды қолданып шығарылған халықтық өнімдерді тұтыну); 3) көп
нанотехнология өндірісінің персоналы; 4) наноөнімді дайындаумен айналысатын
немесе оны зерттеу мақсатында қолданатын ғылыми және өндірістік лаборатория
персоналы.[34-35]
Организмде жинақталу туралы мәлімет. Наноматериалдың адам организміне
тамақ жолымен (ауыл шаруашылық өніммен, контаминирленген нанаматериалмен)
түсуі жанама болып табылады. Бұл белгі шамасы наноматериалды адамның
тікелей экспорирлеуімен салыстырғанда төмен. Белгі антропты принциппен
жою ретімен адамнан биот құраушыларын жояды: 1) ауыл шаруашылық
жануарлары және мәдени өсімдіктер; 2) биоттың массалық құраушылары –
жануарлар, өсімдіктер және микроорганизмдер; 3) биоценоздың аз санды
құраушылары; 4) зиянды түрлері (ауыл шаруашылыққа зиян келтіретін
жануарлар мен арамшөптер).
Топырақта және сыртқы ортаның абиотикалық объектілеріне жинақталуы
туралы мәлімет. Көрсеткіш шамасы алдыңғыларға қарағанда аз.
Наноматериалдардың трофиялық жолмен таралуына қатынасатын, биоценоздың
массалық құраушылары үшін нанобөлшектің биорұқсаты. [38-40]
Жоғарыда айтылғандарды корытындалай келгенде, наноматериалдар
қауіпсіздігін бағалау барысында біріншіден биомембрана енуі, геноулылық,
қышқылды қалпына келтіретіен үрдіс белсенділігі, липидті перекиспен ашыту,
организмнен биотранформациялану және элюминациялану сияқты негізгі
биологиялық сипаттамалар әсерін ескеруіміз керек.
Қазіргі таңда наноматериалдың түрлі улылығы туралы зерттеулер аз,
соның ішінде метаболизм және оның әрекет ету механизмі туралы мағлұмат жоқ,
сыни органдар мен жүйелер анықталмаған. Мәліметтерді ескеріп екі фактке
көңіл аударуға болады. Біріншіден, зерттеулер нәтижесі бойынша,
наноматериалдың улылығын анықтау жасушаның некрозы мен апоптозына,
реакцияның қабынуын тудыратын, стрессті дамытатын және ДНК зақымдайтын
болып табылады. Осыған байланысты, бірінші орында наноматериалдардың
түсуінің саны емес, олардың реакциялық қабілетін анықтайтын бетінің ауданы
болып табылады. Және де басқа механизмдерін де ескерусіз қалдыруға
болмайды.
Екіншіден, наноматериалдар улылығын бағалауда олардың биологиялық
ортада немесе суда ерімейтіндігі болып табылады. Шынында, нанобөлшектер ери
салысымен беттік және гетерофазалық өту үрдісімен байланысты барлық
эффекттер бітеді, және суда еритін наноматериал өзінің улылық әрекетімен
аналогты макродисперсті формасынан ерекшеленбейді. Сол себепті,
наноматериалдар қауіптілігін бағалаудың бірінші кезеңінде иондық күш немесе
температурада, физиологиялық pH мәнінде сулы ортада ерімеу негізгі
сипаттамасы болып саналады.
Нанобөлшектің тағы бір маңызды сипаттамасы оның формасының көрсеткіші
– аспектті қатынас, яғни, бөлшек ұзындығының оның минималды сызықты
мөлшеріне қатынасы. Макродисперсті формаға ие асбест талшығы сияқты
объектілерде, көміртекті нанотүтіктерде потенциалды улылық жоғары, формасы
аз эксцентрлі бөлшек құрамы аналогтыларына қарағанда.
3. Наноматериалдардың токсикологиялық әсері
Соңғы уақытта бірнеше елдерде наноматериалды қолдану және өңдеудің
қарқынды дамуы қоршаған орта объектілерінің ластануына әкелді. Жоғары
улылыққа ие нанобөлшек жұмыс орындары мен атмосфералық ауаның ластануына
қауіп төндіруде. Авторлардың аутуф бойынша, нанотехнологияның қарқынды
дамуы НБ биообъектілерге әсер ету деңгейінің жоғарылауын көрсетуде және
оның денсаулыққа потенциалды қауіптілігі туралы мәлімет жеткіліксіз. Бұл
мәселелерді зерттейтін ғылым – нанотоксикология, оның қоршаған орта мен
тұрғындар денсаулығына әсер ететін потенциалды қауіпі мен НБ улылығын
оқытады. Нанотоксикологияның негізгі бағыты НБ химиялық сипаттамасы және
улылықты үнемі тестілеуде биологиялық эффектілер бағасы үшін жаңа
стандарттар орнату болып табылады. Өкінішке орай, химиялық заттардың
улылығын бағалау әдістері затты нанофазада зерттеу үшін жеткіліксіз
өйткені, бөлшектің мөлшері мен беттің ауданы ерекше мәнге ие және де доза
эффект тәуелділігін анықтау үшін массалар концентрациясы тиімді шама емес.
Наноматериалдарды улылық тестке тексеру үшін сәйкесінше үлгілер мен
стандарттардың болмауы негізгі мәселе болып отыр.
Зерттеулер бойынша наноматериалдың улылық әсерін толық білмей
медицинада қолдану қауіпті. Диагностика және емдеуде наноматериалдар
қолданылады: әртүрлі биосенсерлер, биочиптер, нанолюминофорлар – адам
организмі мен қоршаған ортада болатын химиялық және инфекциялық агенттер
құрылымы мен затын анықтайтын, мутацияны ұстау мақсатында анықталған
нуклеотидті тізбекті жолмен детектирлеуге арналған құрылғы; нанонүкте,
қөміртекті нанотүтік, фуллерон, нанокристалл және әртүрлі НБ қолдану –
қанға өз қалпын сақтап енетін дәрілік заттарға липосом, егу, клетка,
дәрілерді диагностика және мақсатты жеткізуде қолданылады. Зертханалық
тәжірибеде улы заттар идентификация және адсорбциясы үшін нанофильтр,
нанопорлар және НБ қолданылатын басқа жүйелер кеңінен пайдаланылады.
Тері арқылы енетін нанобөлшектер лимфадан табылуы мүмкін, сосын
жүйелік циркуляцияға түсіп ішкі органдар өкпе, бүйрек, жүрек, бауыр, мида
жинақталады. Нанобөлшектердің ингаляциялық жолмен таралуында аналогты
бөліну байқалады. Ингаляция кезінде нанобөлшек жүйелік циркуляцияны
төмендетіп, жүке жолымен бас миына жетеді деген мәлімет бар. Нанобөлшектің
қан арқылы миға түсуі, қазіргі таңда зерттеліп жатқан, гематоэнцефаликалық
бөгеу арқылы өту қабілеті.[36-37]
Нанобөлшек үшін асқазан ішек жолдары кіру қақпалары болып саналады,
біріншіден, олардың дәрілік заттар және тамақ құрамы қабылдануында.
Нанобөлшек адсорбциясының орны жіңішке ішек. Лимфаға түсе отырып,
эндоцитоз механизмі бойынша нанобөлшек ішектің кілегейлі қабатының
эпителиалды бөгеуден өте алу қабілеті электронды микроскоптық әдіспен
көрсетілген. Мүмкін бөлшектің кейбіреулері ішекте және қақпа тамырлары
қанында сіңдірілуі мүмкін және ары қарай бауырда жинақталады.
Организмнен нанобөлшектерді шығару нәжіс, мача, көкірек сүтімен және
шығарылатын ауамен шығарылады. Нанобөлшекті тазарту үрдісінде бұл әдістер
әлі толығымен зерттелмеген.[38-39]
Адам организмінде наноматериалдардың ену, таралу және шығарылу
жолдарының жалпыланған сұлбасы 1-суретте көрсетілген.
Сурет 1. Адам организмінде наноматериалдардың ену, таралу және шығарылу
жолдарының сұлбасы
1. Көміртекті наноматериалдардың токсикологиялық әсері.
Нанобөлшектің бірінші түрі болып саналатын фуллерондар өткен ғасырдың
90- жылдары ашылса да, оның токсикологиялық әсері әлі толық анықталмаған.
Алғашқы жұмыстарда фуллеронда күшті токсикологиялық әсер жоқ делінді,
алайда бірнеше жұмыстарда олардың тышқандарда эмбриогенезге кері әсері және
ашытқы мен дрозофилде мутагенді әсері туралы мәліметтерден токсикологиялық
эффектілері байқалды. Бұл мәселе фуллерондардың кеңмасштабта өндірілуі мен
қолданылуы және онымен қоршаған ортаның ластануы мәселелерін тудырды. Осы
себеппен, 2005 жылдан бастап фуллерондардың токсикологиялық мүмкіндіктеріне
оқуда көп көңіл аударыла бастады.
Осы уақытқа дейін қаншама зерттеулер жүргізілсе де, фуллеронның
улылығы туралы мәліметтер біркелкі емес. Бір жағынан бірнеше авторлардың
жұмыстарынан 226.00 мкгсм2 дейінгі дозалы альвеолярлы макрофагалы
фуллеронда қатты токсикологиялық әсер табылмаған; тышқан организмінде;
өндірілген фуллероннан цистейн және глутатион; 50 мгл концентрцияға дейін
дамушы Danio Rerio ұрығында фуллеролдың (C60(OH)16-18 гидроксилированды
фуллеронның ) әсерінің байқалмауы.[15-18]
Екі зерттеуде, тышқандар өкпесіне 0.2, 0.4, 1.5, және 3.0 мгкг дозала
C60(OH)24 және фуллерен егілді, 3 ай өткеннен кейін де өкпе жасушаларында
өзгеріс болмады (жоғары дозаны қолданғанда да). Мальковтың Danio rerio
тестілік жүйесі ретінде қолданылған фуллеронның токсикалық эффектісі
байқалмады, фуллеронның коллоидты суспензиясы суда ультрадыбыспен өңдеу
көмегімен түзілгенде. 5 тен 10 дейін алкилирлі карбоксилді топты құрайтын,
фуллерен негізіндегі тұз қышқылында Трошин улылығының өте аз мөлшері
танықталды. Тышқанды диаметрі 55 нм 2.22 мгм3 концентрациялы фуллерен
нанобөлшектерімен ингаляциялау кезінде токсикологиялық параметрлердің
минималды өзгерісі байқалды.
Өз тәжірибелерінде бірнеше авторлар фуллереннің цито және
генотоксикалық қасиеттерін тапты. Олар алғаш рет фуллереннің
токсикологиясын оқытуда белгілі болды, кейін 25 мгкг дозасындағы C60
дифенил, р,р‘-бис (2- амино-этил), бис (моносукцинимид) вирусқа қарсы
белсенділігі бар фуллерен токсикантты еккенде 5 минут ішінде бұлшық еттер
құрысуларына және тәжірибелік тышқанның өліміне әкелді. Біруақытта
фуллереннің жарыққа мутагенді белсенділігі туралы мәлімет шықты. Осы
мәліметтен фуллеролды зерттеуде адам көзі торларының жасушасында 5 мкМ
жоғары концентрациялы фуллерол жарықта стрессті дамытып жасушаны
зақымдайтыны белгілі болды.
Drosophila melanogaster личинкасында 1 мл ға 2,24 микрограмм жоғары
концентарциясында фуллереннің генотоксикалық әсері байқалды. Содан кейін
фуллереннің генотоксикалық әсері Comet assay қолдану арқылы адам
лимфоцитінде байқалуымен дәлелденді және де қатаң концентрациялық
тәуелділікте дәлелденді.[9]
Фуллереннің цитотоксикалық эффектісі эукариотикалық жасулаларда және
де прокариотикалық жасуша – Pseudomonas putida (грамотрациялық, бактериялық
концентрациясы пC60 -0,5мгл) және Bacillus subtilis (грамдық, бактериялық
концентрацияся пC60 – 0,75мгл).[8]
Фуллереннің көрінетін және ультрафиолет жарықта тотықтырғыш стресс
тудыру қабілеті тәжірибеде дәлелденді. Тышқанның микросомасына фуллеренді
қосып олардың шағылуынан липидті мембранада тотықтырғыш зақымдану және
ақуыздың зақымдануына итермелейді. Алайда, бұл екі үрдіс әсер ету уақытына
және фуллереннің концентрациясына байланысты болды. Осы мәліметтер
негізінде, мальков жасыл форел үлгісі (micropterus salmoides) ретінде
қолданылған, 48сағ. кейін 0,5промил концентрациялы коллоид фуллеренде мида
липидтің қышқылданған тотығу деңгейінің қарқында өсуі анықталды және де
стандартты тест жүйелер дафний (Daphnia magma) және мальков Pimephales
promelas қолданылуында да осындай. Фуллерен коллоидындағы дафний
экспозициясы биохимимлық өзгерістен басқа, олардың жүрек соғысының жиілігін
өзгертті.
Danio rerio эмбрионымен жүргізілген тәжірибеде оның фуллеролдан
ерекшелігі (гидроксилировалық C60(OH)16-18) 96сағ. ішінде 50мгл
экспозициясы, 1.5мгл концентрациялы пC60 фуллерен эмбриондардың дамуда
және перикардиальды эдемада өмір сүруін төмендетті. Фуллереннің
токсикологиясы антиоксидантты (глутатионды) қосу барысында төмендеді, бұл
тотықтырғыш стресс фуллеронның индукциямен әсерін көрсетеді.
Фуллереннің цитотоксикалығы қышқылданған тотығу үрдісінің
индукциясымен түсіндірілетінің көп авторлар дәлелдеген. Суда фуллереннің
наноагрегаттары экспозициядан кейін 48сағ. кейін, адам терісінің
фибраумағында, адамның өкпесінің карцином жасушасында (HepG2) және 50ppb
тең немесе жоғары дозада адамда астроцитті, цитотоксикалық эффекттерді,
яғни жасушада липидтің қышқылданған тотығуна және мембрана зақымдануына
әкелді. L – аскорбинді қышқылын жоғары шамада антиоксидант ретінде қасу
фуллерен наноагрегаттарында тотықтырғыш зақымдау деңгейін және улылық
эффектісін төмендетті. Эндотелия тамырлары жасушасы тәжірибесінде аналогты
нәтиже алынды. Тәжірибеде 24с. ішінде концентрациясы 1-100мкгмл
инкубацияланатын жасушалар гидрооксифуллеренмен [C60(OH)24; орташа диаметрі
7нм] өңделді. Өңдеуде жасушаның морфологиялық өзгерісі, яғни цитоплазмалық
вакуолей түзілді және дозоға тәуелді түрде жасушаның тығыздалуының азаюына
ұшарады. Лактатдегидрогеназдың белсенді өзгеруі цитозол зақымдануының
индукциясын, ал жасуша бөлінуінің жылдамдығының өзгерісі өсуде ингибитор
жасаумен дәлелдейді. Гидроксифуллерен жасушада жасуша өлуінің апоптикалық
нұсқасын итермеленеді, бірақ жасушада полиубиквитинировтық ақуыздың
жинақталуын шақырды осыдан жасуша өлімінің аутофагиялық нұсқасын
қалыптастырды. Аутофагия вестерн блоттинг түріндегі және электронды
микроскоп нәтижесімен арнайы маркердің негізінде түзілді.
Гидроксифуллереннің аз дозасы (8 күнде 10мкгмл) жасуша өсуін ингибитор
жасады.[11]
Жоғарыда келтірілген барлық тәжірибелер жасушада немесе су
жануарларында жүргізілгенін айта кету керек. Адам және жердегі омырткалылар
организміне фуллереннің түсі жолы –ингаляция. Фуллереннің нанобөлшегіне
ингаляция үрдісінің қалай әсер ететіні тәжірибеде көрсетілді, үлкен
тышқандарды атмосферада орналастырып, 10 күндей күніне 3сағаттан
фуллереннің нано (2.22 мгм3, диаметрі 55 нм) немесе микробөлшегін
(2.35мгм3, диаметрі 0.93 мкм) қатыстырып зерттеді. Гематологиялық зерттеу
нәтижесі өкпеальвеолярлы сұйықта ақуыз құрамының өсуін, макрофагта фуллерен
нанобөлшегі ретінде нано-C60 экспонирлеуін, фуллереннің нано және
микробөлшегі жағдайында өкпе көлемінің 40% және 50% кеңеюін көрсетті.
зерттеу барысында авторлар токсикологиялық шамалардың өзгерісін анықтады (2-
сурет).
Cурет 2. Жарықтандыратын электронды микроскоппен, өндірісті фуллерен
ерітіндісінде алынған эпидермис жасушаларының микросуреті.
1991 жылы көміртекті нанотүтіктер фуллереннен кейін ашылған.
Фуллеренмен салыстырғанда нанотүтіктер бірдестен токсинологиялық әсер
аудармады. Нанотүтікте токсикологиялық әсердің бар болуы туралы мәлімет
алғаш ре 2003 жылы шықты. Онда мына мәліметтер айтылды, бірқабатты
нантүтікпен инкубациялаудан кейін, 18 сағ. өткенде адамның эпидермис
кератиноцитінде тотықтырғыш стресс белгілерінің дамуы және цитоулылық – бос
радикалдар түзілуінің индукциясы, липидтің қышқылданған тотығу өнімнің
жинақталуы, антиоксидант құрамының төмендеуі және жасушалар өлімі.
Бірқабатты нанотүтікпен инкубациялау жасушаның морфологиялық өзгерісін
тудырды. Тышқандардың өкпесінің эпителиалды жасушасында бірқабатты
нанотүтікпен инкубациялау нәтижесінде, оттектің активті формасының
генерациясын, бір уақытта қорғау механизмінің жұмысынан бас тартатын
глутатион құрамының төмендеуі тәжірибеде анықталды.
Бірқабатты нанотүтікпен интраназалды ендіруден кейін тышқанда жұрек
тамырлар жүйесінің зақымдануы байқалды. Жекелегенде, өкпе ұлпаларында, аорт
және жүрегі инсульт алды жағдайындағы маркерлердің біреуі гемоксигенезден 1
едәуір активтендірді, аорт ұлпасында митохондриялық ДНК зақымдануы.
Альвеолярлы эпителилды жасушаның нанотүтікпен зақымдануы және нанотүтікпен
алынған ингаляция туралы мәліметтер тышқанда алынған.
Үлгі моделі ретінде тышқанның эмбрионалды діңгек жасушасын (ЭДЖ)
қолдану арқылы алынған зерттеуде көпқабатты нанотүтіктің генотоксикалық
әсері анықталды. Апоптикалық эффектілерімен қатар, репарациялық ақуыздардың
индукциясы – 8-оксогуанин-ДНК-глюкозилаза 1 (OGG1), Rad51 репарациялық
ақуызы, 139 сериналы қалдығы бойынша H2AX фосфорлы гистон тіркелген.
Эндогенды молекулярлы маркер аденинфосфорибозилтрансферазаны қолданған
зерттеудің мутагендік талдауы ЭДЖ мен өңделген нанотүтік мутация жиілігін
жоспарсыз жиілікпен салыстырғанда екі есе үлкейтті. Бұл зерттеліп жатқан
наноматериалдың генотоксикалық әсерін көрсетеді.
Көптеген зерттеулер бойынша, өкпеге көп зақым әкелетін нанотүтіктер –
бұл дозаға тәуелді грануломен түзілу, бірақ бұл жағдайда нанотүтіктің
улылығы өте қауіпті саналатын кварцтық шаң улылығына қарағанда жоғары
болды. Сонымен қатар, нанотүтіктер вакуолде тасымалданатыны, дозаға тәуелді
түрде жасуша пролиферациясын ингибитор жасайды және адгезия қабілетін
төмендететіні белгілі болды. 25 мкгмл концентрациясында жасушалық циклдің
G1 фазасын құлптайды, онымен функционалды байланысқан гендерге ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz