Riscos Ambientais de Nanotecnologia RUY traduzido

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Riscos Ambientais de Nanotecnologia: Nacional Nanotechnology Initiative Funding, 2000-2004
KATHERINE A. Dunphy GUZMAÄ N , *, † , ‡
MARGARET R. TAYLOR , § E
JILLIAN F. BANFIELD † , ‡ , |
Departamento de Terra e Ciência Planetária da Universidade de
Califórnia, em Berkeley , Califórnia 94720-4767 , Ciências da Terra
Divisão, Lawrence Berkeley National Laboratory,
Berkeley , Califórnia 94720 , Escola de Goldman de ordem pública,
University of California, Berkeley , Califórnia 94720-7320 e
Departamento de Ciências Ambientais , Política e Gestão ,
University of California, Berkeley , Califórnia 94720
RESUMO
Ao considerar o risco nas fases iniciais de uma tecnologia, custos de identificação de saúde importante e ambiental impactos após uma tecnologia amplamente difundido pode ser evitada. A nanotecnologia, que envolve materiais e objectos menos do que 100 nm em tamanho, é um caso importante no ponto. Neste artigo analisamos as prioridades de investigação discutido por vários grupos de interesse preocupados com o meio ambiente riscos da nanotecnologia, avaliar a distribuição das federais nanotecnologia ambiental financiamento de P & D, e discutir investigação neste domínio. No geral R ambiental federal & D financiamento até à data é limitado e se concentra mais na aplicações ambientais positivos da nanotecnologia do que na de conhecimentos básicos / pesquisa, ferramentas para nanoenvironmental pesquisa, ou os riscos potenciais da nanotecnologia. A situação começou a mudar em 2004, quando uma significativa aumento ocorreu em financiamento federal R & D para o implicações ambientais de nanomateriais artificiais. Embora a literatura sai na exposição, transporte e toxicidade de nanopartículas de fundo, pouco tem sido publicado sobre os riscos ambientais das nanopartículas.
INTRODUÇÃO
Risco é uma questão importante a considerar em estágios iniciais de qualquer nova tecnologia . saúde tardiamente identificados e ambiental riscos pararam tecnologias de generalizada utilidade social , deixando a sociedade para embaralhar para funcional substitutos ; os casos de clorofluorocarbonetos (CFCs ) (1 ) e amianto ( 2 ) são exemplos . Mesmo riscos não cientificamente certos mas geralmente considerado, pode causar ineficiências semelhantes ; apesar de pesados ​​investimentos em organismos geneticamente modificados (OGM) e seus potenciais benefícios para a sociedade , a percepção pública da
risco diminuiu desenvolvimento OGM .
Ao estudar proativamente os riscos potenciais de um emergente tecnologia, podemos evitar ter de reagir a problemas causados pelos riscos reais e percebidos tardiamente identificados. Nanotechlogia, envolvendo materiais e objetos na escala de 100nm e menores, com propriedades únicas, relacionadas com o tamanho, poderia beneficiar de tal consideração pró-ativa de riscos. Nanotecnologia está previsto para revolucionar um diversificado leque de indústrias como cientistas e engenheiros de projeto e dispositivos materiais que são superiores em termos de velocidade, eficiência e força. As nanopartículas sendo investigado por tecnologia usa são abrangidos pelas categorias mais amplas de carbonos, semicondutores, óxidos metálicos, hidróxidos, fosfatos /, e zeólitos.
(Veja a informação de suporte de nanomateriais e aplicações.) Simultaneamente, a publicidade recente sobre a nanotecnologia destaca seus riscos potenciais para os seres humanos e ecossistemas (3- 7). riscos ambientais percebidas pode revelar-se nanotecnologia de Calcanhar de Aquiles. Considerando nanopartículas naturais são um componente chave no nosso ecossistema, como "nanofósseis" (8), produtos de modificação química (9), os produtos de microbiana e processos relacionados-microbianos (10-13), e componentes de sedimentos aquáticos (14, 15), o comportamento dos fabricados nanopartículas e novas nanoprodutos no ambiente é em grande parte unknown.Incidentalnanoparticles, i.e., nanopartículas produzidos como subprodutos de processos tais como a combustão e da poluição, já estão inadvertidamente lançado no meio ambiente, onde eles têm sido relacionados com negativa efeitos sobre a saúde e mudanças nas propriedades das nuvens (16). Modelos desenvolvido para prever o destino, transporte e impacto humano de contaminantes ambientais familiares (por exemplo, compostos orgânicos, materiais de tamanho micrométrico, radionuclídeos) terá para ser modificado para a previsão do comportamento de nanopartículas. Para exemplo, o tempo de residência de nanopartículas e os seus agregados em ar pode ser diferente da de maior partículas de poeira em escala micrométrica (17). Além disso, a oxidação e taxas de dissolução, que são altamente dependentes área de superfície, pode aumentar dramaticamente quando o tamanho diminui (18), possivelmente libertando materiais constituintes num biodisponível Formato. células Além disso, as nanopartículas podem entrar (19, 20) e atravessar a barreira sangue-cérebro (21-23) (característica tem sido aproveitada para a entrega da droga), onde eles podem ter efeitos sobre a saúde inesperados. Uma discussão aprofundada de nanopartículas no ambiente é apresentado por Biswas e Wu(24).
Neste artigo, analisamos as prioridades de investigação discutido por vários grupos de interesse preocupados com o meio ambient riscos da nanotecnologia e avaliar em que medida a financiamento do governo é distribuído atualmente para avaliar e lidar com esses riscos. Nós também discutir as necessidades de investigação no campo. Prioridades de Pesquisa e os riscos da nanotecnologia. As organizações que pesava sobre os riscos da nanotecnologia incluem agências governamentais e comissões, organizações não-governamentais, grupos industriais, e acadêmica pesquisadores.
Prioridades do governo. Em 2001, o Nanotechnology Nacional Initiative (NNI) foi criado sob a supervisão de Nanoscale Ciência, Engenharia e Tecnologia (NSET) para servir como coordenador de financiamento do governo para EUA pesquisa em nanotecnologia e para apoiar o desenvolvimento da indústria nanotecnologia florescente. Um número de
governamental agenciessunder a liderança particular de
a National Science Foundation (NSF) shave facilitada
discussões sobre os riscos da nanotecnologia através de workshops,
relatórios, simpósios e publicações, que são detalhados
na informação de apoio.
Prioridades de organizações ambientais. o intervalo
de perspectivas sobre o desenvolvimento da nanotecnologia futuro pode 
ser representado por dois grupos ambientais com divergente pontos de vista. O Grupo de Ação sobre Erosão, Tecnologia e Concentração (Grupo ETC) colocou para fora um bem publicitada pedir uma moratória sobre o uso em laboratório e comercial desenvolvimento de nanopartículas sintéticas. Ele justifica esta moratória sob o princípio da precaução, a falta de compreensão dos riscos da nanotecnologia, ea falta das melhores práticas estabelecidas para o manuseamento e utilização de nanopartículas (25). Em contraste, Environmental Defense (ED) não exige uma moratória. Em vez disso, eles pedem uma abordagem de ciclo de vida que inclui gestão de riscos pró-ativa envolvendo premanufacturing identificação do perigo, avaliação da exposição e trabalhador interino e protocolos de segurança ambiental (26). ED solicita um aumento significativo na fundingsat menos $ 100000000 anualmente durante os próximos vários yearssto identificar nanomaterial risco (27). Prioridades da indústria. A indústria de nanotecnologia é composta por um grande número de empresas start-up bem como algumas empresas maiores, estabelecidos. Empresas start-up mantiveram-se em grande parte em silêncio sobre os riscos da nanotecnologia, talvez devido ao seu tamanho e de recursos. o indústria química estabelecida, no entanto, assumiu a liderança na discutir as necessidades de investigação com base dos riscos potenciais da nanotecnologia. A Indústria Química Vision2020 Parceria de Tecnologia estabeleceu um roteiro de I & D para nanomateriais (28) que prioriza (i) avaliar a saúde humana e os riscos de impacto ambiental,(ii) a exposição determinação potenciais para materiais nanométricos, e (iii) estabelecer manipulação de diretrizes para as operações envolvendo os nanomateriais. Prioridades comuns. A Tabela 1 mostra os resultados do nosso A análise das prioridades de investigação relacionados com os riscos da nanotecnologia.
consta dos documentos que representam estas partes interessadas
grupos: um NSF / workshop NSET que reuniu
representantes do governo e cientistas (29), uma apresentação
e declaração de Defesa Ambiental (26, 27), ea
Tecnologia da Indústria Química Vision2020 Parceria R & D
mapa de estrada (28). Os documentos de ED delineado mais
prioridades específicas do que os do Grupo ETC e foram
portanto, escolhido para representar a organização não-governamental
interesses. Nós codificado estes documentos, delineando
categorias de necessidades de investigação. Todos os três documentos discutir
a necessidade de ferramentas para monitorar nanomateriais e a necessidade
para compreender as vias de exposição, toxicidade, destino e transporte
dos nanomateriais. Dois documentos discutir a identificação
e nomenclatura dos nanomateriais.
Financiamento da investigação e os riscos da nanotecnologia
Analisamos a história financiamento da NNI como um importante
Indicador das prioridades realizados do governo federal
sobre a investigação relacionada com os riscos da nanotecnologia.
A "história" aqui considerado começa em 2000, um ano antes
o estabelecimento oficial da NNI, e continua até
2004, o ano mais recente para o qual existem dados completos
disponível.
Agências NNI Realização research.The Ambiental
NNI é o principal órgão de coordenação para o financiamento do governo
da nanotecnologia. A Tabela 2 apresenta estes relatórios agências
e indica os quatro que denunciar o ambiente ea saúde
pesquisa de segurança (30). O NNI não denunciar o financiamento total
ascende pelo departamento ou agência, embora a nossa análise
fornece uma estimativa desses valores, como discutido abaixo.
Metodologia. Análise do financiamento do NNI pesquisa
agências envolvidas três tarefas principais: (1) que definem o termo "Ambiente" para esta análise, (2) obtenção de dados do
várias agências relevantes, e (3) de codificação e análise destes
dados. Nossa definição do ambiente engloba solo,
sedimentos, o ar, água, plantas, animais (incluindo humanos),
e outros organismos. Nós consideramos básico ambiental
ferramentas de investigação e desenvolvimento, o estudo da ambiental
riscos da nanotecnologia, e positiva ambiental
usa da nanotecnologia (por exemplo, para a remediação). excluímos
a partir de nossas aplicações potenciais análise da nanotecnologia
para ganhos de médicos ou de biotecnologia, bem como sociais e
bolsas de estudo.
Foram obtidos dados de várias fontes: a NSF Fastlane
Web site (31), através do seu recurso de pesquisa prêmio, o exame do
propostas de pesquisa NSF-financiados, a Environmental Protection
Agência (EPA) Centro Nacional de Meio Ambiente
Web Research local (32), através do seu recurso de pesquisa ea concessão
listas específicas a pedidos relacionados com a nanotecnologia à apresentação de propostas,
uma entrevista por telefone com o representante NSET de
o Instituto Nacional de Segurança e Saúde Ocupacional
(NIOSH) (33), e o site do NNI (34), que forneceu
dados de outras agências.
Nós aterrado nosso esquema de código em três pesquisas
prioridades estabelecidas acima. As principais categorias são: (1) básico
conhecimento / pesquisa em nanociência ambiental, (2) ferramentas
para a investigação nanoenvironmental, (3) a ambiental
implicações de nanopartículas que são (a) modificadas (e,
Assim, a maioria comercialmente relevante), (b) acessórias, ou (c)
, (4) aplicações ambientais naturais que utilizam a nanotecnologia,
e (5) de fabricação verde da nanotecnologia. Para
metodológica detalhes e definições de categoria, consulte o
Informações de Apoio.
Results.Estimates gerais de financiamento da investigação cumulativa
em meio ambiente e pesquisa de segurança de saúde foram calculados
para cada organismo a partir dos anos 2000-2004 (Tabela 2). o
maior ambiente de agência de financiamento e segurança de saúde
pesquisa é NSF, o que contribuiu um valor estimado de $ 63900000
durante 2000-2004 (aproximadamente 6,9% do NSF de $ 926.000.000
contribuição NNI ao longo deste período de tempo). Segundo maior é
a EPA, que atribuiu toda a sua NNI $ 16500000
contribuição para esta área. O número de agências de informação
meio ambiente e segurança da saúde financiamento da investigação tem aumentado
ao longo do tempo; enquanto que em 2000-2003 apenas o NSF e
EPA relataram esse tipo de financiamento, em 2004, o Departamento de
Defesa (DOD) e do Departamento de Saúde e Humano
Serviços também relataram esse tipo de financiamento. Isso parece refletir
resposta da agência à crescente preocupação pública sobre nanotecnologia
risco.
A Figura 1 mostra o resultado de codificação para financiamento NNI
nanotecnologia e para o ambiente 2000-2004,
avaliar os dados codificados cumulativamente, bem como por ano. Nós
Estimamos que o financiamento até à data em todos nanotecnologia ambiental
studiess $ 88,2 millionsis apenas 2,7% dos US $ 3,26
bilhões de dinheiro concessão federal coordenado pela NNI neste
período. Note-se que a maior parte da nanotecnologia ambiental
financiamento vai para "aplicações ambientais utilizando nanotecnologia".
A próxima categoria mais importante do financiamento
até 2004 é "investigação fundamental em nanociência ambiental".
Mais resultados sobre Financiamento para o Meio Ambiente
Implicações da Engineered nanopartículas. O "ambiental
implicações de nanopartículas "categoria
mais directamente relevantes para os riscos ambientais da nanotecnologia
recebeu apenas 0,5% do financiamento NNI no período de 2000-2004.
A Tabela 3 mostra os prêmios NNI-coordenados concedidas em
"implicações de nanopartículas" durante este tempo.
Antes de 2003, apenas um prêmio é visto em todo o financiamento
categoria. Este montante estimado é uma porção de arroz
Centro NSF-financiado da universidade para Biológica e Ambiental
Nanotecnologia (CBEN), onde um dos três temas
é nanomateriais no ambiente. Deste tema, uma porção
aborda a formação, destino e transporte de nanopartículas
em sistemas naturais.
2004 viu um aumento de financiamento para o ambiente
implicações das nanopartículas, com 12 delas
subvenções financiados por Impactos da Fabricados da EPA
Nanomateriais na saúde humana e no ambiente
programa. DOD também financiou um grande centro de nanotoxicology
em 2004. Juntos, o CBEN eo nanotoxicology DOD
conta centro de mais de metade do prémio ascende neste
categoria.
Na seção prioridades de investigação acima, discussões de
as implicações ambientais da nanotecnologia abrangeu
quatro subáreas: vias de exposição, toxicidade, o destino,
e transporte. A Tabela 3 mostra que o financiamento para as implicações
de nanopartículas incide sobre esta última de três
Os resultados de pesquisa e os riscos da nanotecnologia
Investigação relacionada com o destino, transporte, exposição e toxicidade
de nanopartículas estabelecidos os alicerces muitos anos antes
para o estabelecimento da NNI. Por exemplo, atmosférico
os cientistas têm vindo a estudar aerossóis de nanopartículas e
toxicologistas têm vindo a estudar nanopartículas classificados como
partículas ultrafinas (UFP) por um certo número de anos. Mais recentemente,
nanopartículas têm sido estudado nestes contextos,
e nós apenas começamos a ver os resultados de NNI-financiado
projetos.
A exposição, Impacto Ambiental e de Transporte. nanotecnologia
exposição, o destino ambiental e vontade de transportes
ser fundamental na determinação impacto ambiental global.
Embora as concentrações de nanopartículas incidental
aerossóis têm sido mostrados para se decompor com a distância a partir da
fonte (35, 36), não se sabe se nanopartículas,
especialmente aqueles revestidos para reduzira agregação, se comportará
similarmente. A exposição e lançamento de nanotubos de carbono em
um ambiente de produção (37) resulta em baixo aerossol
concentrações, como resultado da manipulação, mas sugere que
exposição cutânea pode ser um problema. avaliação da exposição
estudos de nanopartículas concentraram-se em trabalhador
exposição, mas a exposição do ecossistema e do público para
nanopartículas, a partir de qualquer fabrico ou a utilização e
eliminação de produtos à base de nanopartículas, tem de ser quantificados.
Nanopartículas de CeO2, um oxidante forte, tem recentemente
Foi demonstrado que tanto descarboxilar e polimerizar alguns
moléculas orgânicas pequenas (38). Estas nanopartículas têm sido
testado para utilização como um aditivo de gasolina para melhorar a combustão.
A liberação ambiental de CeO2 pode, portanto, potencialmente
química do carbono impacto nos solos, água e organismos. o
impacto ambiental global destas partículas é dependente
na compreensão condições como ambientais, tais
como solução química, potencial redox, calor, pressão,
reações bioquímicas ao longo do tempo, e presença ou ausência
de revestimentos, podem afetar a estabilidade e comportamento. estudos de transporte até à data têm sido limitados a aerossol
transportes nos estudos de atmosfera e de transporte na porosa
meios (39, 40). No entanto, cada componente do ecossistema deve
ser considerados: águas do solo, sedimento, oceanos, superfície,
as águas subterrâneas e da atmosfera, com a disponibilidade de oxigênio
tomado em consideração para estes componentes.
Toxicidade. Os estudos de toxicidade são o tipo mais prevalente de
estudo de impacto nanomaterial publicado. Oberdörster et ai.
publicou recentemente uma revisão abrangente da toxicologia de
nanopartículas e discussão de mecanismos, com base na sua
anos de experiência na UFP toxicologia (41). Aerosol Research UFP
sugere que algumas menores nanopartículas apresentam aumento
toxicidade, devido à sua maior área de superfície; No entanto, a partícula
estrutura e composição, não só o tamanho de partícula, podem utilizar
um papel na toxicidade.
Pode haver razões significativas de preocupação quanto às
nanomateriais à base de carbono, tendo em conta as previsões de que eles vão
fortemente distribuir nos compostos hidrofóbicos celulares tais
como lípidos em relação à água (42, 43), resultando potencialmente em
bioconcentração significativa. Além disso, os pesquisadores têm
encontrados danos fotoinduzida relacionados com o fulereno de lipídios,
proteínas, e as células (44-48), inflamação da pele (49), alteração
de funções bioquímicas (50, 51), uma lesão cerebral (52), grave
danos de órgãos (53, 54), e distribuição em células e tecidos
(55-58). Os nanotubos de carbono são encontrados para ser citotóxico (59-
61) e para induzir granulomas nos pulmões de animais de laboratório
(62, 63).
Outros nanopartículas, tais como metais e óxidos de metais (Cu,
Co, TiO2 e SiO2) também têm demonstrado ter inflamatória
(64, 65) e tóxica (66) efeitos sobre as células, e TiO2
nanoparticulados também têm sido mostrados para induzir ADN
danos e aberrações cromossômicas (67). Hidroxiapatita nanopartículas, uma substância intimamente relacionado com o mineral
componente de ossos e dentes, foram encontrados para induzir células
morte (68).
derivação de superfície e exposição à luz são conhecidos por
afectar grandemente a toxicidade de nanopartículas de semicondutores
(20, 69, 70), as nanopartículas de TiO2 (71, 72), e fulerenos (45,
48, 73-76). Muitos acreditam que os revestimentos de superfície têm a
potencial para alterar consideravelmente a toxicidade, solubilidade, reactividade,
biodisponibilidade e propriedades catalíticas de nanopartículas subjacentes,
minimizando, assim, a sua saúde e do meio ambiente
impactos. Infelizmente, estes revestimentos não podem persistir
indefinidamente após a liberação das nanopartículas subjacente em
o meio ambiente: a exposição prolongada à luz e ao oxigênio
podem causar oxidação de ambos os iões de superfície sobre a qual
Os revestimentos são ligados ou o próprio revestimento, o revestimento pode
preferencialmente partição para o ambiente local, e
os micróbios podem utilizar o revestimento em actividade reacção química.
Por exemplo, um estudo de CdSe pontos quânticos com uma superfície
revestimento (77) constatou a ausência de citotoxicidade, provavelmente uma consequência
da sua superfície de revestimento. No caso em que o revestimento de superfície
não persiste, CdSe (como CdTe e CDs) é conhecido por ser
tóxico na forma a granel e podem ser particularmente reactiva e
biodisponível na forma nanoparticulada. Enquanto isso, watersoluble
pontos quânticos CdSe sem revestimentos de superfície pode
causar danos no ADN (78) e pode ser tóxico para as células (20, 69, 70,
79), embora o mecanismo de toxicidade ainda está sendo debatido
na literatura.
Outros factores que afectam a toxicidade, tais como as concentrações de
nanopartículas. As concentrações susceptíveis de ser visto em
contextos ambientais estão intrinsecamente ligados à exposição
estudos, que, infelizmente, estão incompletos. estudos
deve englobar também a toxicidade para os microrganismos, maior
, animais e plantas.
Impacto Global e ciclos de vida. impacto em escala global de
nanopartículas também devem ser considerados, como pequenas partículas
Foi demonstrado que tem impacto atmosférica (nuvem
propriedades). óxidos tais como TiO2 Nanoparticuladas, utilizado para
degradar os poluentes e para a desinfecção (80-82), pode ter
o potencial para induzir transformações orgânicas e outros
impactar reacções fotoquímicas na atmosfera. nanopartículas
são componentes chave em muitos biogeoquímico
processos (8-13); qualquer impacto em escala global de engenharia
nanopartículas em ciclos elementares deve ser considerada.
Finalmente, o ciclo de vida análises de nanopartículas, incorporando
resultados dos estudos discutidos acima para determinar a global
impacto destas partículas, será fundamental para discutir a
riscos envolvidos com cada novo nanoproduct como ele é desenvolvido.
Pesquisa Outlook
solicitações financiados pelo governo para propostas de pesquisa em
a área de impacto ambiental da nanotecnologia aumentou
em 2005. Como o financiamento nesta área aumenta , é
importante considerar as muitas áreas amplas que " ambiental
impacto "abrange .
passos importantes estão claramente sendo feito para avançar
conhecimento sobre os riscos ambientais da nanotecnologia
nas fases iniciais do seu desenvolvimento como um mercado emergente
tecnologia. Continuando , fortalecimento e sistematizar
estes esforços permitirão que este revolucionário área técnica para
desenvolver de forma sustentável e responsável. Isto irá assegurar
que , no caso da nanotecnologia , o público vai evitar o
os custos associados com a identificação de saúde importante e
impactos ambientais após uma tecnologia amplamente difundida .