Ультрадисперсные частицы

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Ультрадисперсные частицы (УДЧ) — наномасштабные частицы, размеры которых менее 100 нанометров.[1] В настоящее время пока не существует классового стандарта для частиц, загрязняющих воздух, которые гораздо меньше по размерам, описанных в стандартах классов частиц PM10 и PM2.5, и предположительно имеющих более агрессивное воздействие на здоровье, чем классы крупных частиц.[2]. Выделяют два главных типа УДЧ: они могут быть углеродсодержащие и металлические, которые в свою очередь могут быть разделены на подразделы на основании своих магнитных свойств. Электронная микроскопия и специальные лабораторные условия позволяют ученым наблюдать морфологию УДЧ.[1] В воздухе содержание УДЧ может быть измерено с помощью конденсационного счётчика частиц, в котором частицы смешиваются с парами спирта и затем остужаются, при этом пар конденсируется на частицах и затем их можно посчитать с помощью светового сканера.[3] УДЧ могут быть антропогенного или естественного происхождения. УДЧ являются ключевой составляющей твердых частиц воздуха. Из-за их огромного количества и возможности проникать глубоко в легкие, УДЧ оказывают большое воздействие на здоровье дыхательной системы.[4]

Источники и применение[править | править код]

УДЧ могут быть как антропогенного так и естественного происхождения. Горячая вулканическая лава, океанские брызги, а также дым — наиболее общие естественные источники УДЧ. Также УДЧ производятся специально для того, чтобы использовать в широком разнообразии приложений в медицине и технике. Еще УДЧ возникают как побочные продукты эмиссии, горения или работы оборудования, например, тонер для принтера или выхлопные газы автомобиля.[5][6] Существует масса источников УДЧ в помещении, которая включает, но не ограничивается лазерными принтерами, факсами, копирами, кожурой цитрусовых фруктов, приготовлением пищи, курением табака, проникновением наружного воздуха и пылесосами.[3]

УДЧ имеют разнообразное применение в медицинской и технологической отраслях. Они используются в постановке диагнозов, и современных системах доставки лекарств, которые включают адресную доставку по кровеносной системе.[7] Некоторые УДЧ, например наноструктуры серебра, имеют антимикробные свойства, которые используются при лечении ран. а также ими покрываются поверхности инструментов, которыми делают операции, для того чтобы предотвратить заражение.[8] В области технологии, УДЧ на основе углерода, очень широко применяются в компьютерах. Сюда входит использование графена и углеродные нанотрубки в электронике, а также в других компьютерных и элементных компонентах. Некоторые УДЧ имеют характеристики схожие с газом или жидкостью и полезны в производстве порошков и смазки.[9]

Воздействие, риск и влияние на здоровье[править | править код]

Основной способ попадания УДЧ в организм — это вдыхание. Из-за их размера, УДЧ считаются вдыхаемыми частицами. В противоположность поведению при вдыхании частиц класса PM10 и PM2.5, УДЧ скапливаются в легких,[10] где они могут проникнуть в ткани и затем захвачены кровью, и после этого их затруднительно вывести из организма и они могут оказать немедленное воздействие.[2] Вдыхание УДЧ, даже если их компоненты сами по себе не очень токсичны, может вызвать окислительный процесс,[11] возбуждаемый высвобождением медиатора, и может вызвать заболевание легких или другие соматические эффекты.[12][13][14]

Существует ряд потенциальных зон риска вдыхания УДЧ у людей работающих напрямую с УДЧ или в производстве в котором УДЧ являются побочным продуктом,[2][15] а также от загрязненного наружного воздуха и других побочных источников УДЧ.[16] Для того, чтобы количественно оценить воздействие и риск вдыхания УДЧ, в настоящее время выполняются как in vivo, так и in vitro исследования образцов различных УДЧ на различных животных — мышах, крысах и рыбах.[17] Эти исследования стремятся установить токсикологические профили необходимые для оценки и управления рисками и потенциальной регуляцией и законодательством.[18][19]

Устранение и миграция[править | править код]

УДЧ могут быть рассмотрены как постоянный загрязнитель воздуха. Миграция и устранение протекают крайне медленно из-за малого размера частиц. УДЧ могут быть уловлены фильтрами на основе диффузионного процесса. Единственно верный способ изменить количество частиц в помещении это контролирование источников частиц, а именно удаление или ограниченное использование потенциальных источников частиц.[20]

Регулирование и законодательство[править | править код]

Так как индустрия нанотехнологии активно развивается, наночастицы привлекают все больше общественного и нормативного внимания к УДЧ.[21] Исследования по оценке риска УДЧ в настоящее время находятся еще на очень ранней стадии. Продолжаются споры[22] и том, необходимо ли регулировать УДЧ и как исследовать и управлять риском здоровью, который они могут вызвать.[23][24][25][26] На 19 марта 2008 года, Агентство по защите окружающей среды (США) еще не занималось регулированием и исследованием УДЧ,[27] но в черновом варианте пока есть Стратегия исследования наноматериалов, открытая для независимого, внешнего обзора с 7 февраля 2008.[28] Также ведутся споры о том как Европейский Союз (ЕС) будет регулировать УДЧ.[29]

Список литературы[править | править код]

  1. 1 2 S. Iijima (1985). «Electron Microscopy of Small Particles». Journal of Electron Microscopy 34 (4).
  2. 1 2 3 V. Howard. Statement of Evidence: Particulate Emissions and Health (An Bord Plenala, on Proposed Ringaskiddy Waste-to-Energy Facility). (2009). Проверено 26 апреля 2011. Архивировано 5 октября 2012 года.
  3. 1 2 J.D. Spengler. Indoor Air Quality Handbook. — 2000. — ISBN 9780071501750.
  4. T. Osunsanya et al. (2001). «Acute Respiratory Effects of Particles: Mass or Number?». Occupational Environmental Medecide 58. DOI:10.1136/oem.58.3.154.
  5. B. Collins. HP Hits Back in Printer Health Scare Row. PC Pro (3 August 2007). Проверено 15 мая 2009. Архивировано 5 октября 2012 года.
  6. M. Benjamin. RT for Decision Makers in Respiratory Care. RT Magazine (November 2007). Проверено 15 мая 2009. Архивировано 5 октября 2012 года.
  7. S.M. Moghini et al. (2005). «Nanomedicine: Current Status and Future Prospects». The FASEB Journal 19 (3). DOI:10.1096/fj.04-2747rev. PMID 15746175.
  8. I. Chopra (2007). «The Increasing Use of Silver-Based Products As Antimicrobial Agents: A Useful Development or a Cause for Concern?». Journal of Antimicrobial Chemotherapy 59. DOI:10.1093/jac/dkm006. PMID 17307768.
  9. Nanotechnology: Ultrafine Particle Research. Environmental Protection Agency (26 February 2008). Проверено 15 мая 2009. Архивировано 5 октября 2012 года.
  10. Int Panis, L, et al. (2010). «Exposure to particulate matter in traffic: A comparison of cyclists and car passengers». Atmospheric Environment 44: 2263–2270. DOI:10.1016/j.atmosenv.2010.04.028.
  11. I. Romieu et al. (2008). «Air Pollution, Oxidative Stress and Dietary Supplementation: A Review». European Respiratory Journal 31 (1). DOI:10.1183/09031936.00128106. PMID 18166596.
  12. J. Card et al. (2008). «Pulmonary Applications and Toxicity of Engineered Nanoparticles». American Journal of Physiology and Lung Cell Molecular Physiology 295 (3). DOI:10.1152/ajplung.00041.2008. PMID 18641236.
  13. L. Calderón-Garcidueñas et al. (2008). «Long-Term Air Pollution Exposure is Associated with Neuroinflammation, an Altered Innate Immune Response, Disruption of the Blood-Brain Barrier, Ultrafine Particulate Deposition, and Accumulation of Amyloid Β-42 and Α-Synuclein in Children and Young Adults». Toxicologic Pathology 36 (2). DOI:10.1177/0192623307313011. PMID 18349428.
  14. Jacobs, L (Oct 2010). «Subclinical responses in healthy cyclists briefly exposed to traffic-related air pollution». Environmental Health 9 (64). DOI:10.1186/1476-069X-9-64.
  15. A. Seaton (2006). «Nanotechnology and the Occupational Physician». Occupational Medicine 56 (5). DOI:10.1093/occmed/kql049. PMID 16868129.
  16. I. Krivoshto (2008). «The Toxicity of Diesel Exhaust: Implications for Primary Care». Journal of the American Board of Family Medicine 21 (1). DOI:10.3122/jabfm.2008.01.070139. PMID 18178703.
  17. C. Sayes et al. (2007). «Assessing Toxicity of Fine and Nanoparticles: Comparing in Vitro Measurements to in Vivo Pulmonary Toxicity Profiles». Toxicological Sciences 97 (1). DOI:10.1093/toxsci/kfm018. PMID 17301066.
  18. K. Dreher (2004). «Health and Environmental Impact of Nanotechnology: Toxicological Assessment of Manufactured Nanoparticles». Toxicological Sciences 77. DOI:10.1093/toxsci/kfh041. PMID 14756123.
  19. A. Nel et al. (2006). «Toxic Potential of Materials at the Nanolevel». Science 311 (5761). DOI:10.1126/science.1114397. PMID 16456071.
  20. T. Godish. Indoor Environmental Quality. — CRC Press, 2001. — ISBN 1566704022.
  21. S.S. Nadadur et al. (2007). «The Complexities of Air Pollution Regulation: the Need for an Integrated Research and Regulatory Perspective». Toxicological Sciences 100 (2): 318–27. DOI:10.1093/toxsci/kfm170. PMID 17609539.
  22. L.L. Bergoson. Greenpeace Releases Activists' Guide to REACH, Which Addresses Nanomaterials: Nanotech Law blog of Bergeson & Campbell, P.C.. Nanotechnology Law Blog. Bergeson & Campbell, P.C. (12 September 2007). Проверено 19 марта 2008. Архивировано 5 октября 2012 года.
  23. W.G. Kreyling, M. Semmler-Behnke, W. Möller (2006). «Ultrafine particle-lung interactions: does size matter?». Journal of Aerosol Medicine 19 (1): 74–83. DOI:10.1089/jam.2006.19.74. PMID 16551218.
  24. M. Geiser et al. (2005). «Ultrafine Particles Cross Cellular Membranes by Nonphagocytic Mechanisms in Lungs and in Cultured Cells». Environmental Health Perspectives 113 (11): 1555–1560. DOI:10.1289/ehp.8006. PMID 16263511.
  25. O. Günter et al. (2005). «Nanotoxicology: An Emerging Discipline Evolving from Studies of Ultrafine Particles». Environmental Health Perspectives 113: 823–839. DOI:10.1289/ehp.7339. PMID 16002369.
  26. S. Radoslav et al. (2003). «Micellar Nanocontainers Distribute to Defined Cytoplasmic Organelles». Science 300 (5619): 615–618. DOI:10.1126/science.1078192. PMID 12714738.
  27. How Ultrafine Particles In Air Pollution May Cause Heart Disease. Science Daily (22 January 2008). Проверено 15 мая 2009. Архивировано 5 октября 2012 года.
  28. K. Teichman (1 February 2008). «Notice of Availability of the Nanomaterial Research Strategy External Review Draft and Expert Peer Review Meeting». Federal Register 73 (30): 8309.
  29. J.B. Skjaerseth, J. Wettestad. Is EU Enlargement Bad for Environmental Policy? Confronting Gloomy Expectations with Evidence. International Environmental Agreements. Fridtjof Nansen Institute (2 March 2007). Проверено 19 марта 2008. Архивировано 5 октября 2012 года.