Nanomateriał jest materiał (w postaci proszku, aerozolu lub quasi-gazową, płynną zawiesinę, żel), które mają szczególne właściwości ze względu na swoją wielkość i strukturę nanometrycznej. Nanomateriały są – w potocznym znaczeniu tego słowa – zwykle wywodzące się z nanotechnologii , w przeciwieństwie do nanocząstek, które mogą być pochodzenia naturalnego lub powstawać w procesach takich jak spawanie, palenie, polerowanie. 18 października 2011The Komisja Europejska publikuje swoje zalecenia odnośnie do definicji nanomateriałów (zalecenie 2011/696 / UE): „przez nanomateriału jest przeznaczona materiałem naturalnym, przypadkowo utworzone lub wyprodukowane zawierające cząstki swobodne w formie kruszywa lub w postaci aglomeratu , z których co najmniej 50% cząstek, w liczbowym rozkładzie wielkości, ma jeden lub więcej wymiarów zewnętrznych leżących między 1 a 100 nm ” .
Stosowanie tych produktów szybko się rozwinęło ( „W 2012 r. wyprodukowano, zaimportowano i rozprowadzono we Francji 500 000 ton nanomateriałów, zgodnie z wynikami deklaracji rocznej z 2013 r., która stała się obowiązkowa na poziomie krajowym. Dwieście czterdzieści różnych stosuje się zatem kategorie substancji ” ). W 2016 r. na świecie notowano 1827 produktów zawierających nanomateriały, w porównaniu z 54 w 2005 r.
Wiele materiałów jest przedmiotem badań mających na celu ich wytworzenie w postaci nanocząstek ( metale , ceramika , materiały dielektryczne , tlenki magnetyczne , różne polimery , węgle itp.), samodzielnie lub w formach lub strukturach kompozytowych.
Mówimy również o nanokompozytach (i nanokompozytach polimerowych), które są na przykład tak zwanymi materiałami „nanostrukturalnymi” (powierzchniowymi lub objętościowymi) lub „nanowzmocnionymi”.
Wraz z rozwojem technik umożliwiających opracowywanie materiałów, których wymiary są nanometryczne, odkryto znaczne pole dla nowych materiałów i właściwości związanych z fizyką (optyka, elektronika, magnetyzm), z bardzo ważnym już zestawem przemysłowych zastosowania, kataliza lub mechanika, jednak w przypadku materiałów konstrukcyjnych ograniczenie związane jest z trudnością w dostępie do ilości materiału lub z odpowiednimi kosztami. Równolegle rozwinęły się technologie, które umożliwiają kształtowanie, poprzez modulację składu lub obróbkę w skali nanometrycznej, układów materiałów, a stamtąd wynajdowanie nowych urządzeń w mikroelektronice i informatyce.
Wykorzystanie nanocząstek przez ludzkość sięga początków cywilizowanych czasów. Rzeczywiście, nieświadomie, niektóre cywilizacje odniosły sukces w różnych dziedzinach ( metalurgia i medycyna ), wykorzystując nanomateriały. To przede wszystkim poprzez empiryczną optymalizację niektórych technologii, na przestrzeni kilkudziesięciu lat, poprzez system rzemieślników i praktykantów, wykorzystali nanostruktury. Sukces tradycyjnych chińskich leków , a nawet produkcja stali damasceńskich, to nic innego jak dzieło zmiany materii w skali nanometrycznej. Rzeczywiście, jako przykład tych faktów nanodruty zamknięte w nanorurki zostały zidentyfikowane w miecz oryginału XVII -tego wieku, zidentyfikowane jako wykonane z tego legendarnego nierdzewnej. Metody produkcji były modulowane przez rzemieślników tamtych czasów, aż do wyprodukowania stali o właściwościach znacznie lepszych od właściwości cementytu .
Filozoficznie dopiero niedawno cywilizacja stworzyła naukowe podstawy nanotechnologii . Rzeczywiście, to było w 1950 roku , które Richard Feynman , który poprzez swoje prezentacje „ Dużo miejsca na dole ”, ustalono, że teoretycznie jest możliwe zbudowanie atom po atomie, o właściwościach określonych struktur.. Wraz z odkryciem przez Richard Smalley na fulerenu , a węgla nanosfer (C 60 ), jak również możliwości technicznych charakteryzowania i ich produkcji, nanomateriały stał się rzeczywistością, która miała zrewolucjonizować wszystkie dziedziny nauki .
Wraz z odkryciem DNA ludzkość musiała pozyskać narzędzia i techniki, aby móc budować, tworzyć i modyfikować tego typu podstawowe struktury. Projektowanie instrumentów, takich jak mikroskop sił atomowych , skaningowy mikroskop elektronowy i spektrometria dyfrakcji rentgenowskiej , w połączeniu z ich udoskonaleniem, umożliwiły szybki postęp w badaniach nad nanomateriałami. Mikroskopów sił atomowych i mikroskopy elektronowe skanowanie pozwoliły naukowcom „zobaczyć” i znaleźć wszechświat nanologique w taki sam sposób, mikrobiologów -XVII th century odkrył wewnętrzne funkcjonowanie komórek z rozwojem mikroskopem optycznym .
Przyspieszenie badań nad metodami syntetycznymi i wzrost dostępności wszelkiego rodzaju nanocząstek umożliwiły ludzkości to, co prawdopodobnie zostanie ogłoszone w przyszłości jako początek ery „nano”. Obecnie to multidyscyplinarny charakter nanotechnologii interesuje badaczy w dziedzinach mających na celu znalezienie rozwiązań głównych problemów energetycznych, problemów zdrowotnych, optymalizacji istniejących technologii i obietnic tej ścisłej kontroli przedmiotów.
Istnieją dwa podejścia, na które składają się:
Poniżej znajduje się przegląd niektórych technik syntezy nanomateriałów do stosowania miejscowego. Należy zauważyć, że modulacja parametrów syntezy służy głównie do kontrolowania morfologii i wielkości cząstek oraz że każda technika daje różne wyniki pod względem czystości i jednorodności produktu. Ponadto niektóre techniki mają zastosowanie w laboratorium, ale trudno je eksportować na dużą skalę.
Tlenku cynku nanomateriały są często wytwarzane z zastosowaniem dwóch metod: metody chemicznego osadzania z pary, a hydrotermalną metody wytrącania. Pierwsza ma kilka wariantów, ale zasada jest zawsze taka sama: odparowanie odczynników i kondensacja produktu poprzez kontrolowanie parametrów w celu uzyskania pożądanej morfologii. Drugi pozwala na doskonałą kontrolę nad krystalizacją w środowisku wodnym.
Metoda chemicznego osadzania z fazy gazowejJednym z najpopularniejszych jest odparowanie tlenku cynku w bardzo wysokiej temperaturze (> 1050 °C ) w atmosferze gazowego azotu i tlenu z katalizatorem srebrowym, a następnie kondensacja na podłożu w kontrolowanym ciśnieniu i temperaturze (od 620 do 680 °C). C ) w celu uzyskania różnych morfologii. W celu uniknięcia stosowania katalizatora uzyskano doskonałe wyniki w produkcji nanodrutów dzięki chemicznemu naparowywaniu metaloorganicznemu. Wzrost nanodrutów zależy od szybkości przepływu gazu, ciśnienia prekursora, temperatury podłoża i jego położenia w reaktorze. Jakość otrzymanej folii korzystnie wypada w porównaniu z innymi metodami.
Metoda strącania roztworu (hydrotermalna)Metoda ta polega na wytrącaniu w środowisku wodnym w temperaturze maksymalnie 350 °C pod podwyższonym ciśnieniem około 5 MPa przez kilka godzin przy kontrolowanym pH. Odczynniki dają tlenek cynku, który w zależności od temperatury, ciśnienia, pH i czasu reakcji będzie krystalizował w różnych kształtach i rozmiarach. Po reakcji wystarczy tylko odzyskać kryształy przez odsączenie, płukanie i suszenie. Chociaż ten opis jest niezwykle trywialny, literatura zawiera niezliczoną liczbę artykułów opisujących procedury, których należy przestrzegać, aby uzyskać nanomateriały o pożądanej charakterystyce morfologicznej.
Tytanian baru stosuje się już szeroko w jego substancję piezoelektrycznych właściwości. W ostatnich latach w kilku artykułach doniesiono, jak wytwarzać go w postaci nanocząstek. Metoda mieszanych tlenków, która z grubsza polega na reakcji dwóch tlenków w odpowiednich stosunkach stechiometrycznych, po której następuje kolejne rozdrabnianie i kalcynowanie w celu „wzrostu” kryształów perowskitu. Metoda syntezy hydrotermalnej jest często stosowana w przypadku tytanianu baru. Jednak zainteresowanie kilkoma dziedzinami nanocząstek tytanianu baru w dużych ilościach i wysokiej jakości skłoniło naukowców do znalezienia metody syntezy na dużą skalę. Ould-Ely i in. niedawno udało się to osiągnąć dzięki metodzie zol-żel wytwarzania nanocząstek tytanianu baru w temperaturze pokojowej, zainspirowanej biosilifikacją, procesem biologicznym obejmującym polikondensację w środowisku wodnym. Synteza obejmuje mieszaninę prekursora BaTi (OCH 2 CH (CH 3 ) OCH 3 ) 6 i metoksyproanol/1-butanol w wodzie destylowanej wystawiony na działanie pary wodnej i kwasu chlorowodorowego. Podczas półciągłej syntezy uzyskali nanocząstki o długości od 6 do 8 nm z wydajnością 90%. Stosując proces ciągły, wielkość cząstek zwiększyła się przy 30 nm . W obu przypadkach synteza trwa od jednego do dziesięciu dni w zależności od wybranej temperatury krystalizacji (w temperaturze 80 °C zamiast pokojowej zwiększa się kinetyka chemiczna). Niestety, w odniesieniu do jego zastosowania w dziedzinie biomedycznej, stabilność tytanianu baru w środowisku wodnym przy zmiennym pH stwarza szereg problemów, między innymi poprzez tworzenie jonów Ba + . Dlatego konieczne jest, w zależności od zastosowań, pokrycie nanomateriału polimerem. W części dotyczącej biokompatybilności tytanianu baru wyjaśniono przykłady powłok dla konkretnych zastosowań.
Nanorurki azotku boru są mniej więcej odpowiednikiem nanorurek węglowych, w których węgiel zastąpiono naprzemiennie atomami azotu i boru. Ten nanomateriał przyciąga coraz więcej badaczy, ponieważ wykazuje w porównaniu ze swoim węglowym odpowiednikiem lepszą odporność termiczną, równomierny opór elektryczny i przerwę energetyczną około 5 eV . Od czasu ich pierwszej syntezy na początku lat 90. udokumentowano kilka metod wytwarzania nanorurek azotku boru. Metody chemicznego osadzania z fazy gazowej, wyładowania łukowego i ablacji laserowej zwykle stosowane w przypadku nanorurek węglowych nie dają zadowalających wyników pod względem czystości i wydajności produkcji. W rzeczywistości, w przypadku produkcji przez wyładowanie elektryczne, nanorurki są niezwykłej jakości, ale w niewystarczającej ilości w porównaniu z odczynnikami, które pozostają głównie w postaci płatków. W przypadku ablacji laserowej wnioski były takie same i z jednego eksperymentu do drugiego nanorurki aglomerowały się inaczej bez systematycznego uzyskiwania pojedynczej otwartej ściany. W przypadku osadzania par chemicznych lepsze wyniki uzyskano pod względem jakości nanorurek, ale ilość pozostaje marginalna. Zwłaszcza, że w tej technice droga chemiczna wymaga modulacji odczynników prekursorowych. Pierwszy etap produkcji polega na mechanicznym sproszkowaniu kryształów boru w młynie z kulkami z węglika wolframu o średnicy 5 mm przez 24 godziny pod próżnią 0,2 kPa gazowego azotu. Cząstki boru przeszły zatem z rozmiaru mikrometrycznego do rozmiaru nanometrycznego. Te nanocząstki boru zmieszano następnie z mikrocząstkami tlenku żelaza i tlenku magnezu w stosunku molowym 2:1:1 przed umieszczeniem na tyglu z tlenku glinu w rurce kwarcowej. Kolejny etap, etap wyżarzania powodujący termiczne osadzanie pary chemicznej na podłożu umieszczonym nad tyglem i bezpośrednią reakcję chemiczną w tyglu, w temperaturze 1200 °C przez sześć godzin w atmosferze azotu i amoniaku 95% v, 5% v%. Uzyskane wyniki pozwoliły na stwierdzenie, że możliwe jest jednoczesne wytwarzanie nanorurek azotku boru, wielościennych nanorurek kapsułkowanych w przypadku reakcji bezpośredniej oraz cylindrycznych nanorurek wielościennych metodą osadzania oparów. Jednak pozostaje faktem, że pomimo swoich wyjątkowych właściwości i bliskości swojego odpowiednika węglowego, ten nanomateriał nie skorzystał tak bardzo z badań prowadzonych przez społeczność naukową. Zawsze trudno jest uzyskać artykuły opisujące metodę syntetyczną dającą wystarczającą jednorodność i wydajność do rozwoju zastosowań na dużą skalę.
Cyrkonianu tytanian ołowiu (PZT) jest piezoelektryczny ceramiczny rozpowszechnione w przemyśle. W rzeczywistości, kiedy mówimy o ceramice piezoelektrycznej, to właśnie ta substancja jest często przedstawiana w literaturze. Należy zatem powiedzieć, że był to jeden z pierwszych materiałów piezoelektrycznych, dla których opracowano metody syntetyczne, aby przekształcić go w nanomateriał. Przekłada się to zatem na bogatą literaturę dotyczącą jej metod syntezy.
Jedną z metod syntetycznych jest współstrącanie chemiczne. Na początku XXI wieku Koreańczycy, Kim i in. , opracowali metodę współstrącania w produkcji nanocząstek PZT w celu uzupełnienia dotychczas stosowanych z powodzeniem metod: zol-żel, mechanochemicznej i utleniania. Ich technika pozwala między innymi na uzyskanie lepszej stechiometrii przy niższych kosztach w procesie, który można eksportować na dużą skalę.
Otrzymali oni proszek PZT w młynie o stechiometrycznych stężeniach tlenku tytanu, azotanu ołowiu(II) i podazotanu cyrkonu w roztworze wodnym. Po 30 minutach mielenia dodano wodorotlenek amonu i mielenie kontynuowano przez dodatkowe 2 godziny, podczas których wodorotlenki ołowiu i cyrkonianu wytrącały się tlenkiem tytanu. Po wypłukaniu odzyskane kryształy kalcynowano w temperaturach od 400 do 850 °C przed ponownym mieleniem przez 20 godzin. Podczas tego etapu uzyskuje się nanocząstki PZT o długości około 50 nm , wykonując ostatni manewr w temperaturze 500 °C kulkami mielącymi o średnicy 1 mm . Metoda ta poprawia również właściwości spiekania PZT, nawet bez uprzedniej kalcynacji.
Najczęściej wymieniane są:
Zaobserwowano, że przynajmniej dwie ważne tkanki biologiczne są wyraźnie stymulowane przez elektryczność: tkanki nerwowe, które rozszerzają swoje sieci aksonów i dendrytów w obecności mikroprądów, oraz tkanki kostne, które wydają się mieć nie tylko właściwości piezoelektryczne, ale także hodowlę komórek kostnych. jest stymulowany tą cechą. Tkanka mięśniowa i chrząstka również korzystają ze stymulacji elektromechanicznej, a piezoelektryczne nanomateriały mogą być wykorzystywane do promowania lepszej hodowli in vitro .
Elektrostymulacja elektrodami, choć bardzo zaawansowana, stwarza pewne problemy. Między innymi kontakt z elektrodami nie jest optymalny, a po ich implantacji mogą pojawić się komplikacje. Z drugiej strony, od około trzydziestu lat naukowcy potwierdzają zainteresowanie wykorzystaniem materiałów piezoelektrycznych, od polifluorku winylidenu po ceramikę, in vitro i in vivo , w celu promowania osteogenezy. Dlatego zrozumiałe jest, że dobrze wykorzystane nanomateriały piezoelektryczne mogą odgrywać kluczową rolę w projektowaniu tych tkanin.
Jeden z elementów budulcowych tkanki kostnej, hydroksyapatyt , minerał biologiczny, który reguluje metabolizm kości i utrzymuje integralność kości, jest piezoelektryczny. Wykazano piezoelektryczność tego materiału oraz jego rolę w regeneracji kości poddanej stymulacji elektrycznej. W latach 90. kompozycja inżynierii biologicznej ceramiki została wykonana z mieszaniny hydroksyapatytu i tytanianu baru , sprasowanych w cylindrze o wymiarach 2 × 4 mm w temperaturze 1200 ° C, a następnie spolaryzowanej w sensie długości. Materiał o nazwie HABT został wprowadzony do kości szczęki psów w kilku kierunkach. Pary psów poddawano następnie eutanazji co tydzień przez pięć tygodni, aby scharakteryzować wkład materiału w regenerację kości. Wyniki wykazały, że osteogeneza uległa poprawie, dając szczęki o tydzień przed HABT w porównaniu z samym hydroksyapatytem. Ponadto kierunek polaryzacji miał wpływ prostopadły do implantu (ale nie do tkanki) na zwiększenie osteogenezy.
W celu udoskonalenia tej koncepcji, zespół naukowców eksperymentował ostatnio z ceramiką kompozytową z tlenku tytanu (cząstki 10 nm ) i tytanianu baru (<100 nm ) przy proporcjach drugiego składnika wahających się od 0 do 20%. Próbki sprasowano w krążki 10 × 2 mm w temperaturze 1000 °C, a serię obciążono napięciem 2500 V w celu określenia wpływu polaryzacji na osteogenezę. Próbki umieszczono na tacce hodowlanej z komórkami kości szczura i mechanicznie sprasowano w celu wytworzenia piezoelektryczności w otaczających komórkach.
W rezultacie stężenie tytanianu baru, czas i polaryzacja są głównymi czynnikami sprzyjającymi osteogenezie. Jednak autorzy tego badania zaobserwowali trzeci materiał, BaO (TiO 2 ) 2 , gdy tytanian baru wynosi 10%, czemu przypisują spadek osteogenezy o ten procent. Z drugiej strony, interesującym wynikiem jest możliwość zastosowania nanocząstek tytanianu baru w produkcji tkanki kostnej, co jest oczywiste: dokładniej piezoelektryczny charakter tych ostatnich. Pozostaje teraz ustalić, jaki wpływ na osteogenezę mogą mieć różne formy (nanorurki, nanodruty itp.) tego materiału.
Włoski zespół badawczy jest przekonany, że chociaż w dziedzinie biomedycy prowadzi się wiele badań w dziedzinie nanomateriałów węglowych, nie ma ich w przypadku nanomateriałów wykonanych z azotku boru. Azotek boru umożliwiłby uzyskanie nanostruktur podobnych do węglowych, z korzyścią dla mniejszej reaktywności w środowisku biologicznym. Ponadto ten nanomateriał wykazuje doskonałe właściwości piezoelektryczne w postaci nanorurki.
Mając to na uwadze, zdyspergowali nanorurki azotku boru o średnicy 50 nm i długości od 200 do 600 nm za pomocą glikolu chitozanu. Roztwór nałożono na hodowle komórkowe PC12 i oceniono cytotoksyczność, jak wyjaśniono w punkcie 4.3 .
Hodowle komórkowe poddano następnie działaniu nanorurek azotkowych w stężeniach 0, 5 i 10 μg/ml, a ich internalizację endoplazmatyczną potwierdzono różnymi metodami mikroskopii elektronowej. W celu wywołania efektu piezoelektrycznego nanomateriału, połowę kultur poddano działaniu ultradźwięków jako stymulacji mechanicznej. Wyniki po 72 godzinach inkubacji wykazały, że nanorurki azotku boru stymulują proliferację komórek nerwowych, ale efekt ten jest wzmacniany przez poddanie hodowli ultradźwiękom.
Zagrożenia toksykologiczne i ekotoksykologiczne są związane z bardzo małym rozmiarem (100 000 razy mniejszym niż przeciętna ludzka komórka) tych materiałów, co powoduje, że zachowują się one jak gazy i przechodzą przez błony śluzowe i skórę oraz wszelkie bariery (w tym opony mózgowe , chroniące mózg , i łożysko ).
Zagrożenia są zatem potencjalnie powiązane z:
Ryzyko różni się w zależności od rozważanego nanomateriału (w zależności od wielkości, ilości, struktury, powierzchni właściwej i reaktywności powierzchni, toksyczności chemicznej, możliwej radioaktywności, zdolności do agregacji, reaktywności, zachowania w wodzie lub powietrzu, możliwej obecności środka powierzchniowo czynnego lub rozpuszczalnik itp.).
Ten sam materiał wykazuje zwiększoną toksyczność w wymiarze nanometrycznym, ze względu na zwiększoną reaktywność.
Jedno z głównych zidentyfikowanych zagrożeń dotyczy wdychanego powietrza ([wolne nanocząstki zachowują się jak gazy bardziej niż jak aerozole; niektóre metale (aluminium, lit, magnez, cyrkon) lub produkty palne mogą, w stanie nanocząstek, tworzyć chmury wybuchowe w powietrze Muszą być przechowywane w atmosferze obojętnej (na przykład azot)
Według niektórych źródeł:
Nierozpuszczalne nanocząsteczki wykazują również właściwości translokacyjne , umożliwiające im poruszanie się po ciele. Cząsteczki te mogą przedostawać się z płuc do krwi, a następnie rozprzestrzeniać się po całym ciele. Cząstki te są również przedmiotem zainteresowania farmakologii ze względu na ich zdolność dotarcia do mózgu, pokonywania barier jelitowych, komórkowych i łożyskowych.
Raport IRSST gromadzi wiedzę toksykologiczną dotyczącą nanocząstek dostępnych w tamtym czasie. Zagrożenia mogą dotyczyć pracowników (kilkaset osób narażonych w Quebecu na nanocząstki) lub nawet użytkowników gotowych produktów. Oczekuje się, że liczba osób narażonych wzrośnie wraz ze wzrostem korzystania z tych produktów.
Jeśli chodzi o ryzyko, niektórzy odwołują się do zasady ostrożności i badania popytu na wybuchy skutków przed wprowadzeniem na rynek, ale wiele produktów jest już na rynku i oceniają koszt drogich „testów na zaledwie 2 000 substancji rocznie może kosztować 10 miliardów dolarów, i wymaga poświęcenie znacznej liczby zwierząt laboratoryjnych rocznie w celu przeprowadzenia badań toksyczności in vivo „ według tej strategii środka analizy (CAS), który został oszacowany w 2013, ”, to nie jest możliwe” . Wśród wymienionych rozwiązań znajduje się ekoprojekt z koncepcją „iskrobezpieczeństwa z założenia ” ( safe by design ). Podejście „ safe by design” rodzi z kolei wiele potencjalnie kontrowersyjnych pytań.
Temat pojawiających się na początku XXI -go wieku jest gromadzenie, przechowywanie i zarządzanie nano-odpadów z rozwoju i stosowania produktów nanotechnologii produkcyjnej, że znajdziemy takie potencjalnie w odcieków wyładowania lub refioms tracić popiołu ze spalania.
Projekt NANOFlueGas (2013) miał na celu scharakteryzowanie emisji cząstek stałych ze spalania odpadów zawierających nanomateriały lub niektóre nanoprodukty. Projekt Nanosustain WP5 bada zachowanie i uwalnianie CNT podczas spalania kompozytów epoksydowo-CNT oraz metody oceny potencjału uwalniania podczas spalania. Projekt InnanoDep mierzy uwalnianie nanocząstek podczas spalania produkowanych nanomateriałów, natomiast projekt NanoFlueGas koncentruje się na nanocząstkach obecnych w gazach powstających podczas spalania odpadów zawierających nanomateriały.
Projekt Nanossustain WP5 jest również zainteresowany:
Ademe i Ineris są zainteresowane wpływem mikrozanieczyszczeń (niektóre takie jak nanosrebro są biocydami) w oczyszczalniach ścieków lub w obiektach metanizacji, ponieważ mogą one zakłócać procesy oczyszczania/fermentacji i prawdopodobnie zmniejszać wydajność procesów oczyszczania wody lub bioodpadów. W szczególności program ARMISTIQ koncentruje się na mikrozanieczyszczeniach w oczyszczalniach ścieków, prowadzony przez INERIS i ONEMA w celu napisania pierwszego przewodnika zawierającego zalecenia techniczne dotyczące pomiaru mikrozanieczyszczeń w zrzutach kanałowych.
Nanomateriały mają pewne właściwości, które czynią je potencjalnie interesującymi dla medycyny. W 2012 r. nanotechnologie i nanomateriały były już wykorzystywane w różnych dziedzinach, w tym w lekach i medycynie, a niektórzy już mówią o nanomedycynie . Trzy główne obszary zastosowań to diagnostyka, dostarczanie leków i medycyna regeneracyjna . Zastosowania są również interesujące w chirurgii i termoterapii ).
Jednak nanomateriały mogą być również źródłem nowych zagrożeń dla zdrowia. Jeśli chodzi o nanoimplanty lub wyroby medyczne zawierające nanoprodukty, Afssaps przeprowadził pierwszą ocenę we Francji w 2011 r.
W Europie SCENIHR poprosił o opinię naukową na ten temat, a w szczególności dotyczącą:
Istnieją już opinie na temat stosowania nanocząstek tlenku żelaza wstrzykiwanych do komórek nowotworowych , a następnie ogrzewanych promieniowaniem przez zewnętrzne pole magnetyczne. Takie produkty mogą być stosowane w sieci krwi lub w neurochirurgii (neuroprotezy), odbudowie sieci neuronowej .
Nadal istnieje wiele luk w ocenie ryzyka, nawet w przypadku już rozpowszechnionych produktów, takich jak nanosrebro , a medyczne zastosowania nanocząstek i nanoproduktów nie są wyraźnie ujęte w przepisach dotyczących medycyny lub implantów i sprzętu medycznego i pomimo zaleceń wydanych w latach 2006, 2007 oraz 2009 r. SCENIHR pragnie w 2012 r. wyjaśnić pewne kwestie, które nie zostały jeszcze uwzględnione, w szczególności dotyczące implantów (w tym wypełniaczy dentystycznych).
Krajowa Agencja Żywności, Środowiska i Bezpieczeństwa Higieny Pracy (ANSES), „w obliczu niepewności naukowych i społecznych pytania postawione przez potencjalnego zagrożenia dla zdrowia nanomateriałów” , zainstalowany wwrzesień 2012, grupa ekspertów znana jako „ Nano Perennial Working Group ” w szczególności odpowiedzialna za zapewnienie naukowego nadzoru „w czasie rzeczywistym” nad pojawiającymi się zagrożeniami (zdrowotnymi i środowiskowymi) oraz niebezpieczeństwami związanymi z narażeniem na wytworzone nanomateriały we wszystkich ich zastosowaniach. Ponadto zaproszenie ANSES do projektów badawczych w dziedzinie ochrony zdrowia i środowiska (APR-EST) może wspierać badania w tej dziedzinie. W 2014 r. Agencja stwierdziła, że biorąc pod uwagę szybkie wdrażanie tych produktów oraz zidentyfikowane zagrożenia toksykologiczne dla niektórych z nich, konieczne jest wzmocnienie europejskich ram regulacyjnych. Ramy te mogłyby mieć miejsce w ramach regulacji Reach i CLP.
Fragmentaryczne dane pokazują niepokojący potencjalny wpływ na florę i faunę, ale warunki doświadczalne często bardzo różnią się od rzeczywistych. Stężenia występujące w środowisku są niezwykle niskie, od rzędu μM ( 10-6 mol/l ) do niewykrywalnych (< 10-9 mol/l ), a niewielka ilość obecnie dostępnych informacji na temat niekorzystnych skutków nanomateriałów nie pozwala wiarygodne modele do ustalenia.
Pierwsze testy mające na celu określenie mechanizmów asymilacji i toksyczności nanocząstek przeprowadzono z wykorzystaniem Biotic Ligand Model (BLM) do przewidywania zjawiska dawka-odpowiedź.
Badania ekotoksykologiczne na mikroglonach (np. Chlamydomonas reinhardtii ) wystawionych na działanie nanocząstek srebra (5 do 29 nm ) wykazały ważną rolę ściany komórkowej i transporterów metali (zwłaszcza Cu) w asymilacji tych nanomateriałów i że BLM nie może zastosowanie w tym przypadku.
Zaobserwowane efekty opisujące toksyczność nanocząstek na te algi to:
Posiadanie precyzyjnej definicji nanomateriałów umożliwia m.in. udzielanie patentów, oferowanie dotacji na programy związane z nanomateriałami, regulowanie przedmiotów objętych tą definicją, umożliwienie producentom sprzedaży nanomateriału oraz niektórym stowarzyszeniom bezpośredniego konsumenta wybór lub nawet zakazać niektórych produktów. Dlatego konieczne jest wprowadzenie jak najbardziej precyzyjnej i jak najmniej arbitralnej definicji opartej na nauce . W tym celu konieczne jest zdefiniowanie kryteriów, na których opierać się będzie ta definicja. Międzynarodowa Organizacja Normalizacyjna ( ISO ), międzynarodowy organ odpowiedzialny za międzynarodową normalizację, zadbała o tę definicję na poziomie międzynarodowym. W 2007 roku w ramach ISO, na wniosek osób odpowiedzialnych za programy wsparcia nanotechnologii oraz przemysłowców, został utworzony Komitet Techniczny 229 (TC229) odpowiedzialny za nanotechnologie. Komitet ten składa się z trzech grup roboczych (WG dla grupy roboczej ):
Plan WG1 dotyczący zdefiniowania nanomateriałów obejmuje najpierw zdefiniowanie podstawy, którą jest nanoskal, następnie zdefiniowanie nanoobiektów i wreszcie nanomateriałów.
Dlatego WG1 zaczyna od zdefiniowania skali nanometrycznej, w tym celu najpierw określa górną granicę przy 100 nm . Ten górny limit ułatwia finansowanie programów nanomateriałów.
Konieczne jest również zdefiniowanie dolnej granicy, aby zapobiec włączaniu do nanomateriałów wszystkich małych cząsteczek organicznych, takich jak te w produktach petrochemicznych. Rzeczywiście, jeśli zbyt wiele elementów zostanie uwzględnionych w definicji, straci ona na szczegółowości i precyzji, a tym samym na znaczeniu. Ta dolna granica została ustalona na 1 nm , w celu wykluczenia małych cząsteczek. Pojawia się jednak trudność: fulereny , oparte na węglu cząsteczki w kształcie balonów lub rurek, odkryte przez Richarda Smalleya (nagrodę Nobla w dziedzinie chemii w 1996 r.), uważanego za jednego z ojców nanotechnologii. Rzeczywiście, niektóre fulereny mają rozmiar mniejszy niż 1 nm i dlatego zostałyby wyłączone z definicji nanomateriałów. Nie musi tak być, ponieważ fulereny są punktem wyjścia badań nad nanomateriałami i podstawą nanomateriałów węglowych. W związku z tym nanoskala nie powinna być zbyt sztywna i jest ustawiona na około 1-100 nm , co wyklucza małe cząsteczki organiczne i zawiera fulereny .
Po zdefiniowaniu nanoskali nanoobiekty definiuje się jako substancje zawierające co najmniej jeden składnik w nanoskali i dlatego będą stanowić część nanomateriałów. Kwestia włączenia w swoją strukturę materiałów nanostrukturalnych, materiałów wykazujących prawidłowości w skali nanometrycznej, jest przedmiotem silnego sprzeciwu, zwłaszcza ze strony delegacji niemieckiej. Ponieważ prowadzi to do włączenia agregatów i aglomeracji nanoobiektów, na przykład mąki kulinarnej, co oznacza, że można włączyć obiekty większe niż 100 nm , ale zawierające pewną ilość nanoobiektów. W związku z tym, gdyby zażądano przeprowadzenia badań dla każdego nanomateriału, generowałoby to koszty dla producentów agregatów nanoobiektów. Wreszcie po głosowaniu przeciwne delegacje stanowią mniejszość z jednym głosem, a materiały nanostrukturalne są objęte definicją. Sprzeciw ten ukazuje niektóre kwestie związane z definicją nanomateriałów, a także pokazuje, że kryteria definicji mogą generować regulacje dla producentów, podczas gdy definicja musi maksymalnie ograniczać jej polityczny charakter .
Dlatego potrzebujemy kryteriów opartych w jak największym stopniu na nauce, a nie na polityce, aby zdefiniować nanomateriały, nawet jeśli jest to bardzo skomplikowane.
Zaproponowano kryterium odnoszące się do właściwości substancji, ale nie było ono kontynuowane. Przede wszystkim dlatego, że właściwości są bardzo zmienne i zależą od wielu czynników. Ponadto brakuje wystarczająco precyzyjnych przyrządów pomiarowych, a metody mają zbyt wiele odmian. Dlatego konieczne byłoby wybranie jednego instrumentu, aby zapobiec tym wahaniom w pomiarach, ale byłoby to korzystne dla właścicieli tego instrumentu. I wreszcie, przyjęcie kryterium opartego na właściwościach oznaczałoby powiązanie WG1 i WG2, a zatem oznaczałoby zakwestionowanie podziału Grup Roboczych i mogłoby sugerować fakt, że definicja i ryzyko są ze sobą powiązane, podczas gdy tego ISO powinna unikać.
Wszystkie te powody są przyczyną odrzucenia kryterium związanego z właściwościami na rzecz kryterium związanego z wielkością, ponieważ możliwe jest precyzyjne określenie wielkości przedmiotu i uniknięcie rozpamiętywania każdego przypadku materiału.
Faktem jest , że kryterium wielkości opiera się w jak największym stopniu na nauce , aw jak najmniejszym stopniu na polityce , która określa granicę na około 1-100 nm , zgodnie z definicją nanomateriałów ISO .
Od Styczeń 2013, producenci, importerzy i dystrybutorzy nanoproduktów we Francji mają obowiązek zadeklarowania tożsamości, ilości i zastosowań nanomateriałów. Podejście to obejmuje w szczególności wiedzę specjalistyczną Narodowej Agencji ds. Bezpieczeństwa Żywności, Środowiska i Higieny Pracy (ANSES).
Na poziomie europejskim kilka przepisów reguluje nanomateriały w kosmetykach, produktach biobójczych lub żywności. Jednak stowarzyszenia zajmujące się ochroną konsumentów, zdrowia, środowiska i pracowników generalnie uważają je za niewystarczające. Wspierani przez potężne grupy wpływów giganci przemysłu chemicznego czy spożywczego opóźniają stosowanie ograniczeń regulacyjnych mających na celu lepszą identyfikowalność, takich jak wyczekiwany od dawna katalog „nano” stosowanych w kosmetykach. W 2016 r. Komisja Europejska odłożyła utworzenie europejskiego rejestru, który sporządziłby spis nanoproduktów wprowadzanych do obrotu w UE. Bruksela uznała za bardziej przydatny projekt „nano-obserwatorium”, popularyzatorską stronę internetową prezentowaną na25 kwietnia 2016. Platforma opiera się na informacjach, które producenci dobrowolnie przekażą Europejskiej Agencji Chemikaliów (EACC). Komisja odłożyła również do 2018 r. zmianę rozporządzenia w sprawie rejestracji, oceny i autoryzacji chemikaliów Unii Europejskiej („Reach”), aby dostosować ją do specyfiki proszków nanometrycznych, bardzo lekkich: poniżej tony importowanej lub produkowanej umykają nadzoru nad AEPC i są wprowadzane do obrotu bez informacji o toksyczności . Około trzydziestu firm (cztery z siedzibą we Francji) wszczęło nawet postępowanie sądowe , na podstawie tajemnicy przemysłowej , przeciwko Europejskiej Agencji, która kwestionuje stosowanie przez nie dwutlenku tytanu i nanokrzemionki.
Dwutlenek tytanu (dodatek E 171 ), mogące powodować dzieci poprzez słodyczy przedmiotem oceny toksyczności i dwutlenek krzemu (E 551), już dopuszczone sproszkowanych produktów spożywczych. Według Mathilde Detcheverry, autorki książki „ Nanomateriały a zagrożenia dla zdrowia i środowiska ” , „bez możliwości śledzenia nanomateriałów informacje są rozrzedzane w łańcuchu produkcyjnym ” , co utrudnia proces etykietowania , a tym samym informowania konsumenta. Chociaż obowiązkowe, etykietowanie jest dalekie od powszechnego umieszczania na opakowaniach produktów kosmetycznych i przeciwbakteryjnych . Odgrudzień 2014, firmy spożywcze niechętnie umieszczają wzmiankę o nanocząsteczkach w wykazie składników, a nawet odpowiadają na pytanie, czy ich produkty zawierają nanocząsteczki, czy nie, ponieważ byłoby to objęte tajemnicą przemysłową. Co więcej, według prawnika Sky ( Centrum Międzynarodowego Prawa Ochrony Środowiska ), Davida Azoulay, „szczegóły obowiązku oznakowania są sformułowane w sposób na tyle niejasny, że w rzeczywistości jego stosowanie jest bardzo ograniczone i mało wiążące dla producentów, którzy chcą uniknąć jego realizacji. "
We Francji INRS opublikował elementy definicji nanomateriałów i wzywa do ostrożności. W 2014 r. opublikował przewodnik ułatwiający identyfikację nanomateriałów w naszym środowisku i określa w formie plików charakter tych materiałów, ich zastosowania, właściwości lub funkcjonalności mające na celu „pomoc zapobiegającym działaniom w terenie, które muszą identyfikować operacje potencjalnie narażające na nanomateriały w przedsiębiorstwach” .