Нанотехнологии используются во многих сферах жизни: пищевой и текстильной промышленности, парфюмерии, медицине, бытовой технике. Люди охотно пользуются водоотталкивающей сантехникой, эффективными фильтрами для сточных вод, очками, на стеклах которых не остается царапин, миниатюрными носителями информации и полупроводниками и солнцезащитными кремами, не оставляющими следов на коже. Однако нанотехнологии применяются еще слишком недолго, чтобы оценить реальную степень риска или заявить об их безопасности не только сегодня, но и в будущем.
Прогресс в миниатюре
В средневековом Дамаске кузнецы, закаляя знаменитые клинки, не представляли, что потомки назовут их приемы нанотехнологиями. В процессе ковки, осуществлявшейся по тайным методикам, железо обогащалось наночастицами углерода, которые и придавали дамасскому булату особую твердость, крепость и характерный узор. О нанотехнологиях первым упомянул в 1959 году Ричард Фейнман в докладе «There’s Plenty of Room at the Bottom» [«В том мире полно места»] в Калифорнийском технологическом институте. Этот термин впервые использовал в 1974 году Норио Танигучи, а наночастицы стали доступны человеческому взору в начале 80-х годов, когда физики Герд Биннинг и Генрих Борер создали растровый туннельный микроскоп.
Префикс «нано» происходит от греческого слова «nanos» – «карлик». 1 нанометр (нм) – это одна миллиардная часть метра, а наночастицы имеют диаметр менее 100 нм и по размерам сопоставимы с атомами. Для наглядности: наночастица диаметром 13 нм рядом с орехом лещины выглядит так же, как орех рядом с планетой Земля.
В мире существуют и естественные наночастицы типа мельчайшей пыли, но термин нанотехнология обычно используют для обозначения наночастиц искусственного происхождения. Комбинируя атомы и молекулы веществ, ученые создают новые сочетания, чтобы улучшить свойства материалов, например, электропроводность и способность вступать в химические реакции.
Важной особенностью наночастиц является их прозрачность. Они слишком малы, чтобы задерживать световые лучи и преломлять их, приобретая определенный цвет. Поэтому их используют для обработки стекол очков для предотвращения царапин и добавляют в автомобильный лак для защиты машин от повреждений. Средства для защиты кожи от солнца типа Sonnenmilch, содержащие наночастицы двуокиси титана или двуокиси цинка, отфильтровывают ультрафиолетовые лучи, остаются невидимыми при нанесении на кожу и распределяются по ней более равномерно. Наночастицы, содержащиеся в зубной пасте, восстанавливают поврежденную зубную эмаль. Они не только обволакивают поврежденный зуб, но и стимулируют синтез минеральных веществ, ответственных за твердость эмали, тем более что она содержит естественные наночастицы химического соединения, состоящего из фосфата кальция и белка, придающие ей прочность.
Наночастицы наносят на шоколадные батончики, чтобы предотвратить появление серого налета на их поверхности. В некоторых странах Европы «нано-паромы» добавляют в продукты типа растительных масел и какао, чтобы «переправлять» полезные вещества непосредственно в клетки организма, не подвергая их воздействию желудочного сока.
Большие надежды
В последние десять лет нанотехнологии широко применяются в науке, промышленности и особенно в медицине. Ученые работают над созданием искусственных вирусов, способных «исправлять» наследственный материал больных клеток. Добавление наночастиц в контрастные вещества для диагностики способствует лучшему связыванию их с пораженными клетками. Имплантаты с нанопокрытиями слабее отторгаются организмом и считаются перспективными с точки зрения повышения совместимости и увеличения срока службы искусственных суставов. Но чаще всего наночастицы используются в качестве «паромов» для эффективной и целенаправленной транспортировки медикаментов в организме непосредственно к больному органу или клетке. Особенно перспективным это направление представляется онкологам. «Нано-паромы» могут доставлять противоопухолевые медикаменты прямо к злокачественным клеткам, не задевая здоровые. Журнал «Nature Materials» сообщил об успешном использовании «нано-паромов» для борьбы с изолированными раковыми клетками печени. Они проникают сквозь оболочку злокачественной клетки и «освобождают» действующее вещество, убивающее ее изнутри. Для уничтожения раковой клетки достаточно одного-единственного «нано-парома».
Ученые из университетской клиники Майнца под руководством профессора Пьетржика пытаются с помощью наночастиц преодолеть гематоэнцефалический барьер – слой клеток, которые обволакивают кровеносные сосуды мозга и пропускают к нервным клеткам только определенные вещества, отфильтровывая остальные, и таким образом обеспечить доступ лекарств непосредственно в мозг. Наблюдения над больными ревматизмом показали, что те из них, кто регулярно принимает антиревматические средства, реже страдает от прогрессирующего слабоумия и болезни Альцгеймера. Ученые из Майнца надеются, что «препровождение» этих лекарств в мозг с помощью белковых наночастиц в качестве транспортных средств позволит добиться внушительных успехов в лечении старческого слабоумия.
Без оглядки на будущее
Нанотехнологии имеют огромный потенциал, и многие связывают с ними надежды на технический прогресс и экономический рост. В 2010 году на рынках государств ЕС зарегистрировано 475 продуктов, содержащих наноматериалы, – в три с лишним раза больше по сравнению с 2009 годом. Только в Германии в сфере нанотехнологий работает более 800 предприятий. Объемы применения нанотехнологий в стране ежегодно увеличиваются на 8% и оцениваются ныне в 14 млрд. евро в год.
В отличие от других современных технологий, таящих в себе потенциал риска, типа атомной энергетики и генной инженерии, к нанотехнологиям широкие слои населения относятся без всякой опаски. Большинство людей не представляют, что безобидное вещество может стать опасным только из-за уменьшения размера его частиц.
Однако опыт показывает, что свойства даже хорошо известных материалов, веществ и соединений нельзя автоматически переносить на их наночастицы. Благодаря мельчайшим размерам и особенно форме и заряду они могут приобретать совершенно новые свойства и, наряду с запланированным эффектом, вызывать неожиданные и непредсказуемые реакции и проникать в ткани и даже отдельные клетки организма, а биологические наноматериалы, кроме того, способны провоцировать защитный ответ иммунной системы. Кроме того, различные наноматериалы по-разному ведут себя в окружающей среде: одни остаются в неизменном состоянии, а другие склеиваются в комки и перестают быть наночастицами. А главное – пока еще никто не изучал, как реагируют с человеком и окружающей средой уже присутствующие в ней многочисленные наночастицы, да и методов подобных исследований пока не существует. При этом проблематичными могут оказаться как вдыхание и проглатывание наночастиц, так и их поступление через кожу.
Результаты опытов на животных свидетельствуют о наличии у некоторых искусственных наночастиц выраженных болезнетворных свойств. Так, неядовитые сами по себе частицы могут вызывать у млекопитающих рак легких. Крохотные углеродные трубочки вызывали у грызунов те же опасные эффекты, что и волокна асбеста. Наночастицы двуокиси титана, используемые в солнцезащитных кремах, вызывали у подопытных животных хронические воспаления и злокачественные опухоли. Некоторые наночастицы в опытах на крысах через нос проникали в мозг, а через кровь – в зародыши, причем опять-таки с непредсказуемыми последствиями.
Проницаемый барьер
Федеральное экологическое ведомство Германии считает недопустимым беспечное и бесконтрольное использования наночастиц в продуктах питания, косметике, одежде и других изделиях. Его эксперты настоятельно советуют потребителям избегать продуктов питания, косметики и одежды, содержащих наночастицы. В то же время единственным – и не слишком надежным – барьером, препятствующим просачиванию продуктов, содержащих наночастицы, на европейский рынок с «черного хода», является предписание ЕС от 20 января 2010. Оно предусматривает, что добавки, существенно измененные по сравнению с исходными, в том числе в отношении размера частиц, перед допуском продуктов на рынок должны снова подвергаться проверке.
Основная проблема состоит в том, что, несмотря на требования Федерального экологического ведомства, в Германии, а тем более в ЕС, отсутствует список продуктов, изготовленных с использованием нанотехнологий. Более того, сегодня производители вообще могут не приводить на упаковках товаров указания о содержании или использовании наночастиц. Эта маркировка должна стать обязательной лишь с 2013 года для косметики и с 2014 – для пищевых продуктов. А пока соответствующая информация имеется только в результатах испытаний и изданиях потребительских организаций типа Stiftung Warentest, Oekotest и потребительских центров.
Чаще всего сегодня потребители сталкиваются с наносеребром (Nanosilber) – металлическим серебром с диаметром частиц в 1/5000 человеческого волоса. Оно содержится в 300 с лишним продуктах, многие из которых продаются и в Германии. Серебро выделяет ионы, убивающие бактерии и прочие микроорганизмы, и производители делают ставку на его бактерицидное действие в наномасштабе, несмотря на отсутствие достоверных данных о влиянии наночастиц серебра на здоровье и экологию. Обещая чистоту, гигиену и свежесть, они добавляют наносеребро в чистящие и моющие средства, косметику, текстильные изделия, используют в бытовой технике.
Список товаров, в которых оно может содержаться, очень широк:
– фольга для упаковки пищевых продуктов, пластиковые сосуды и емкости, разделочные доски, пищевая добавка «коллоидное серебро»;
– зубная паста, зубные щетки, продукты для ухода за полостью рта, мыла, шампуни, дезодоранты, продукты для ухода за сухой кожей, средства от прыщей, интимные спреи, тампоны и прокладки, супинаторы;
– нательное белье, носки, спортивная одежда, одежда для прогулок, защитная спецодежда, брюки, трикотажные майки и футболки;
– постельное и столовое белье, подушки, одеяла, кровати;
– краски, лаки, устойчивые к плесени лакокрасочные покрытия, антибактериальные обои, краски для деревянных игрушек;
– компьютерные клавиатуры, манипуляторы «мышь», мобильные телефоны, холодильники, пылесосы, стиральные машины;
– магазинные тележки для покупок, хозяйственные сумки на колесиках, щетки для ухода за животными, спреи для ухода за растениями;
– ручки и поручни в общественном транспорте, движущиеся ступени эскалаторов.
В наноформе серебро сохраняет свое бактерицидное действие, но прочие его свойства существенно меняются: частицы становятся намного подвижнее и легче вступают в химические реакции. В организм они проникают с воздухом и едой. Потребители невольно оказываются в роли подопытных кроликов, хотя уже известно, что для рыб и других водных организмов наносеребро крайне токсично, а у эмбрионов рыб вызывает серьезные уродства. Кроме того, если серебро станет вездесущим, у многих бактерий может развиться резистентность к нему, что ограничит возможности его применения в медицине. В то же время потребители обычно не в состоянии распознать товары, содержащие наносеребро, поскольку на упаковках в списке ингредиентов, как правило, указывается «Silber», а не «Nanosilber». С учетом этого, эксперты не видят необходимости использовать изделия, содержащие серебро, в повседневной жизни, и советуют не покупать товары, гарантирующие избавление от запахов или уничтожение микроорганизмов благодаря использованию или добавлению серебра.
Фармацевты из университета Йены также не советуют пользоваться парфюмерными и косметическими продуктами, содержащими наночастицы, при наличии царапин, раздражений и прочих нарушениях целостности кожи, через которые наночастицы могут проникнуть в организм.
