Поиск наноиглы в стоге сена

Норвежские исследователи одними из первых в мире использовали радиоактивность для отслеживания наночастиц в экспериментах на животных и в почве. Их результаты упростили выявление потенциального негативного воздействия наночастиц на окружающую среду. Эти частицы содержатся во всё большем количестве продуктов.

Нанотехнологии могут улучшать свойства коммерческих продуктов, уничтожать бактерии, бороться с запахами. Но что происходит, когда эти продукты утилизируются, а невероятно мелкие частицы попадают в окружающую среду? Могут ли те же свойства, которые убивают бактерии в спортивной одежде, стиральных машинах и холодильниках, непреднамеренно навредить здоровью и экологии?

Миллионные доли миллиметра

Использование наночастиц ставит новые вопросы перед исследователями, изучающими экологически опасные вещества. Размер наночастиц измеряется в миллионных долях миллиметра. Они слишком малы для методов анализа, применяемых к обычным химическим веществам.

Первая задача — найти способ отследить, где оказываются эти частицы. Без этого невозможно определить их воздействие.

«Проще говоря, иглу в стоге сена легче найти, если эта игла радиоактивна», — говорит профессор Дебора Х. Отон из Норвежского университета естественных наук (UMB), специалист в области ядерной химии. В рамках совместного проекта с участием UMB, Норвежского института исследований воды (NIVA), Bioforsk и международных партнёров она возглавила разработку методов отслеживания наночастиц путём придания им радиоактивности. Проект является частью программы Исследовательского совета Норвегии «Норвежские экологические исследования до 2015 года» (MILJO2015).

Сложно обнаружить

«Наночастицы настолько малы, что их трудно обнаружить обычными для других опасных веществ методами. Исследователи часто прибегают к использованию нереалистично высоких концентраций частиц в экспериментах», — отмечает доктор Отон.

У такого подхода есть недостатки. Во-первых, свойства частиц меняются при высокой концентрации. Во-вторых, такие методы мало говорят о закономерностях распространения наночастиц, их распаде со временем или способности накапливаться при концентрациях, обычных для природы.

«Поэтому мы хотели проверить, можно ли отслеживать наночастицы с помощью радиоактивности», — объясняет доктор Отон.

Радиоактивность как маркер

Доктор Отон, имеющая опыт в ядерной химии, позаимствовала идею использования радиоактивности в качестве маркера из этой и других областей. Схожие методы уже используются при изучении радиоактивного загрязнения окружающей среды и в медицинской диагностике.

«Мы изучили методы из других областей и пришли к решению, которое подходит для наночастиц. Идея в том, что радиоактивные частицы можно отследить. Наши испытания показывают, что даже при очень низкой концентрации частиц этот метод даёт много новой и ценной информации», — говорит доктор Отон.

Высокая опасность для рыб

Доктор Отон и её коллега доктор Эрик Йонер из Bioforsk разработали метод, при котором дождевым червям скармливали конский навоз, содержащий радиоактивные наночастицы серебра, кобальта и урана. Затем они изучали поглощение и накопление наночастиц, наблюдая за распределением радиоактивности и сравнивая наблюдения с физиологическими данными. В других экспериментах рыбу подвергали воздействию различных концентраций наночастиц.

«Мы обнаружили, что наночастицы могут накапливаться в разных частях организма. У лосося определённые наночастицы нарушали функцию жабр и оказывали сильное токсическое действие. Удивительно низкие концентрации некоторых типов наносеребра приводили к отказу жабр и гибели рыбы».

Исследование проводилось в озёрной воде для повышения релевантности результатов. Вода во многих норвежских озёрах содержит мало кальция. Это увеличивает время пребывания наночастиц в воде.

Тот факт, что наночастицы могут негативно влиять на рыб, вызывает обеспокоенность, поскольку наносеребро ранее обнаруживали в сточных водах очистных сооружений. Наносеребро широко используется в одежде, и исследования показывают, что стирка высвобождает его в канализацию. Во многих странах (но не в Норвегии) наносеребро также используется в самих стиральных машинах.

Наночастицы могут долго высвобождать ионы

Исследователи также получили новую информацию о долгосрочном поведении наночастиц в почве.

«Наночастицы со временем разрушаются, медленно высвобождая ионы. Для некоторых наночастиц именно эти ионы ответственны за токсическое воздействие на организмы. Это постепенное высвобождение означает, что свободные наночастицы продолжают загрязнять окружающую среду в течение длительного времени», — заявляет доктор Отон.

Некоторые токсичнее других

Исследователи также обнаружили различия между наночастицами. Наносеребро оказалось самым токсичным в группе.

«Некоторые типы наносеребра были токсичнее других. Важно, чтобы правительства и промышленность больше узнали о рисках, связанных с различными типами наночастиц. Наши результаты, наряду с другими исследованиями, означают, что вскоре мы будем знать достаточно, чтобы регулировать использование и предотвращать ущерб окружающей среде», — говорит доктор Отон.

Растущий рынок и исследовательская активность

Использование наночастиц значительно возросло в последние годы. Области применения включают косметику, одежду, игрушки и продукты питания. Использование наносеребра в качестве антибактериального покрытия в холодильниках, спортивной одежде и повязках — одно из самых распространённых.

В Норвегии и других странах проводится много исследований воздействия наносеребра и других наночастиц на здоровье и окружающую среду.

«Результаты нашего проекта опубликованы на международном уровне и вызвали интерес во многих странах. В настоящее время мы сотрудничаем с исследователями во Франции для разработки методов измерения на основе радиоактивных маркеров. В то же время исследовательские учреждения в Норвегии и ЕС также проявили интерес. Работа продолжается в рамках нескольких проектов, финансируемых Исследовательским советом Норвегии и европейскими исследовательскими институтами», — отмечает доктор Отон.