Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Безопасность нанотехнологий
В связи с развитием нанотехнологии в сфере производства новых материалов и предметов материального потребления (в том числе пищевых продуктов),актуальной является проблема безопасности этих технологий.
Наноматериалы, как правило, легче вступают в химические превращения, нежели более крупные объекты того же состава, и поэтому способны образовывать комплексные соединения с ранее неизвестными свойствами. Ситуация осложняется тем, что многие наноструктуры производятся не одним,а несколькими способами. Это обстоятельство увеличивает ассортимент рисков, с которыми могут сталкиваться или уже сталкиваются работники технологической наноиндустрии. С другой стороны, оно дает основание предположить, что внешне одни и те же «нанопродукты», изготовленные на основе различных технологий, будут оказывать неодинаковое воздействие на человека и его среду обитания.
Проникновение наночастиц в биосферу чревато многими последствиями, прогнозировать которые пока не представляется возможным из-за недостатка информации. Серьезное изучение поведения наночастиц в окружающей среде началось лишь недавно. Известно, например, что наночастицы способны накапливаться в воздухе, почве и сточных водах, однако пока не хватает данных для точного моделирования таких процессов. Наночастицы могут разрушаться под действием света и химических веществ, а также при контактах с микроорганизмами, но и эти процессы пока что недостаточно хорошо изучены.
Наночастицы могут легко проникать в организм человека и животных через кожу, респираторную систему и желудочно-кишечный тракт. В открытой печати появилась информация, что некоторые нанообъекты могут оказывать разрушающее действие на клетки различных тканей. В частности, такое воздействие оказывают углеродные нанотрубки, которые считают одним из самых перспективных наноматериалов близкого будущего. Например, как установили исследователи из Национального института стандартов и технологий (NIST) США, однослойные углеродные нанотрубки длиной до 200 нанометров, покрытые фрагментами ДНК, беспрепятственно проникают внутрь клеток легких, и поэтому могут представлять угрозу для здоровья человека.
Активное внедрение наноматериалов требует глубокого знания потенциальных рисков и побочных эффектов, сопряженных с использованием этих материалов. Производственные циклы, направленные на создание новых наноматериалов, также могут сопровождаться накоплением отходов, оказывающих токсическое, канцерогенное и мутагенное действие на организм человека. В связи с этим, в специальной литературе последних лет большое внимание уделяется рассмотрению вопросов безопасности наноматериалов и нанотехнологии в медицине и биологии. Отрасль исследований, связанных с изучением безопасности наноматериалов, получила название нанотоксикологии.
Поступление наночастиц в организм человека возможно ингаляционным, пероральным, перкутанным и парентеральным (в случае введения лекарственных и диагностических агентов, конъюгированных с наночастицами) путями. Контакт человека с наноматериалами может происходить на этапе разработки, производства, использования и переработки.
Результаты исследований, посвященных вопросу о транслокации вдыхаемых наночастиц из легких в другие органы, носят противоречивый характер. В целом, имеющиеся на сегодняшний день данные позволяют считать, что легкие представляют собой труднопреодолимый барьер для проникновения наночастиц в организм.
Нанотоксикология как самостоятельная область наномедицины в настоящее время находится в самом начале своего развития. Информация о потенциально опасных эффектах наночастиц на организм человека плохо систематизирована, а имеющиеся данные зачастую требуют подтверждения на других, более ревалентных моделях.
Новые наноструктурированные материалы, синтезируемые нетрадиционными способами, как правило, на основе углерода, но обладающие сверхвысокой твердостью, прочностью, гибкостью и малым удельным весом, могут оказать влияние на рынок полезных ископаемых, связанный с добычей металлических руд и, в первую очередь, редких металлов, используемых в качестве легирующих добавок (кобальт, никель, редкоземельные металлы). Это может привести к изменению структуры сырьевого и металлургического рынков и значительно сказаться на экономическом развитии отдельных стран.
Прогнозируется, что достижения нанотехнологии в сфере энергетики могут существенно повлиять на структуру международного рынка энергоносителей и привести к глобальным изменениям геополитического характера.
Работы в области нанотехнологий, не связанные с явным созданием оружия массового поражения (в условиях невозможности их контроля), могут быть направлены рядом «малых» стран на решение задач ассиметричного, но эффективного ответа государствам с высоким уровнем научно-производственного и человеческого потенциала путем внесения так называемого локального биологического «хаоса».
Химическое и биологическое оружие, вновь разработанное или модифицированное при помощи нанотехнологий, может быть более опасным, а скрыть его будет значительно проще. Предполагается, что станет возможным создание новых типов оружия для поражения человека на расстоянии, которые будет очень сложно обнаружить или нейтрализовать. При этом в ряде открытых публикаций прогнозируется, что уже в настоящее время в принципе возможна разработка и изготовление биологического или химического оружия группой людей с небольшими финансовыми возможностями. При таком развитии событий террористы и криминалитет, получившие доступ к нанотехнологиям, могут нанести государству существенный урон. В этой связи следует упомянуть о возможных угрозах использования террористическими и криминальными структурами новейших микроминиатюрных технических средств для получения конфиденциальной информации с целью нарушения работы органов государственной власти.
С использованием микроминиатюрных роботов уже сейчас прогнозируется возможность создания микроминиатюрных распределенных систем, на базе которых могут быть созданы обширные сети наблюдения за помещениями, зданиями и целыми районами. При этом обнаружение и уничтожение части такой наблюдательной сети не приведет к прекращению её функционирования вследствие предусматриваемой её избыточности - большого числа каналов получения и передачи информации. Такие интеллектуальные сети могут адаптировать свой алгоритм работы в зависимости от обстановки и решать не только пассивные (съём информации), но и активные задачи – нарушение функционирования объектов (боеприпасов, оборудование и линии связи, людей и др.).
В этой связи актуальна задача создания адаптивных «интеллектуальных сред», которые будут выполнять функции интерфейса между людьми и окружающей средой практически в любых условиях. «Интеллектуальные среды», моделируя возможные варианты развития событий в реальном времени, позволят выявлять существующие и потенциальные угрозы и, взаимодействуя с доступными информационно-компьютерными сетями, будут предпринимать активные действия для выполнения широкого спектра задач обеспечения безопасности.
Наноматериалы, как правило, легче вступают в химические превращения, нежели более крупные объекты того же состава, и поэтому способны образовывать комплексные соединения с ранее неизвестными свойствами. Ситуация осложняется тем, что многие наноструктуры производятся не одним, а несколькими способами. Это обстоятельство увеличивает ассортимент рисков, с которыми могут сталкиваться или уже сталкиваются работники технологической наноиндустрии. С другой стороны, оно дает основание предположить, что внешне одни и те же «нанопродукты», изготовленные на основе различных технологий, будут оказывать неодинаковое воздействие на человека и его среду обитания.
Проникновение наночастиц в биосферу чревато многими последствиями, прогнозировать которые пока не представляется возможным из-за недостатка информации. Серьезное изучение поведения наночастиц в окружающей среде началось лишь недавно. Известно, например, что наночастицы способны накапливаться в воздухе, почве и сточных водах, однако пока не хватает данных для точного моделирования таких процессов. Наночастицы могут разрушаться под действием света и химических веществ, а также при контактах с микроорганизмами, но и эти процессы пока что недостаточно хорошо изучены.
Наночастицы могут легко проникать в организм человека и животных через кожу, респираторную систему и желудочно-кишечный тракт. В открытой печати появилась информация, что некоторые нанообъекты могут оказывать разрушающее действие на клетки различных тканей. В частности, такое воздействие оказывают углеродные нанотрубки, которые считают одним из самых перспективных наноматериалов близкого будущего. Например, как установили исследователи из Национального института стандартов и технологий (NIST) США, однослойные углеродные нанотрубки длиной до 200 нанометров, покрытые фрагментами ДНК, беспрепятственно проникают внутрь клеток легких, и поэтому могут представлять угрозу для здоровья человека. Также установлено, что вдыхание наночастиц полистирола не только вызывает воспаление легочной ткани, но и провоцирует тромбоз кровеносных сосудов. Есть сведения, что углеродные наночастицы могут вызывать расстройства сердечной деятельности и подавлять активность иммунной системы. В открытых источниках есть сведения об опытах на аквариумных рыбах и собаках, которые показали, что фуллерены - многоатомные шаровидные молекулы углерода сечением несколько нанометров, могут разрушать ткани мозга.
В настоящее время активно проводятся разработки медицинских нанороботов, способных функционировать внутри человеческого организма с целью оперативного или медикаментозного лечения. При помощи нанотехнологий потенциально могут быть созданы медицинские устройства и препараты, которые позволят модифицировать структуру мозга или осуществлять стимуляцию определенных его отделов для получения эффектов, имитирующих любые формы психической активности, и в дальнейшем стать основой «нанотехнологической наркомании».
Развитие нанотехнологий может дать существенные преимущества государству, обладающему этими технологиями, в военной области. В настоящее время военные исследования в мире ведутся по шести основным направлениям: технологии создания и противодействия «необнаруживаемости», энергетические ресурсы, самовосстанавливающиеся системы (например, позволяющие автоматически восстанавливать поврежденную поверхность устройства или изменять ее цвет), связь, а также устройства обнаружения химических и биологических загрязнений. Некоторые эксперты утверждают, что военные разработки в области нанотехнологии будут ориентированы на уничтожение живой силы противника в ходе боевых действий, а не военной техники, промышленных или гражданских объектов.
Нанотехнологии находят всё более широкое применение в технике, появляется возможность создания микроминиатюрных устройств военного и специального назначения. В этой связи существует ещё один аспект угроз, связанных с проблемой миниатюризации. В наиболее полной степени он направлен на определение опасности и необходимости превентивного контроля военного или специального применения нано- микросистем для химического, биологического и медицинского анализа, имплантируемых в тело человека.
Внедрение усиленными темпами нанотехнологий в современную жизнь человека уже приносит свои плоды. Наиболее заметно это в хирургической практике, где хирургами на протяжении долгого времени используются методы проникновения в человеческий организм без помощи скальпеля. А введению в наш обиход таких вещей, как мобильный телефон, цифровая камера или ноутбук человечество также должно быть благодарно именно нанотехнологиям.
Новые технологии постепенно проникают во все сферы жизни, и сейчас идут активные разработки даже в такой сфере, как сфера питания. Нанопродукты позволят человеку выбирать пищу не только вкусную, но также появится возможность выбора формы и цвета продукта, и самое главное – состава продукта. У продукта с применением наночастиц имеется преимущество по сравнению с обычной пищей. Благодаря особой поверхности в сочетании с маленькими размерами (одна миллионная метра), наночастица быстрее усваивается организмом, что благоприятно отражается на функциональном состоянии органов пищеварения. Применение таких наночастиц в составе витаминных препаратов и минеральных добавок «заставит» быстрее работать все органы в целом, что приведет, в конечном итоге, к омоложению всего организма.
Нанотехнологии также помогут решить проблему нездоровой и жирной пищи. Благодаря внедрению микрочастиц в состав продуктов с повышенным содержанием нежелательных веществ (например, жира и холестерина), разработчики смогут создать полезный продукт без изменений его вкусовых качеств и полезных свойств, но с пониженным содержанием вредных веществ. Такие продукты должны прийтись по вкусу сторонникам «быстрой пищи» и людям, которые привыкли питаться, не отвлекаясь от работы.
Спор сторонников и противников применения нанотехнологий в такой специфичной сфере, как пищевая промышленность, как всегда, рассудит время. Но уже сейчас можно подвести промежуточные итоги применения новых технологий:
Начало формы
Как стало известно, в самом ближайшем будущем благодаря циклу полезных процедур человек сможет отрегулировать собственный обмен веществ, потому что уже созданы уникальные нано-микроэлементы.
Колготки, в составе которых имеются включения уникальных наночастиц серебра, предохраняет ноги от заражения эпидермофитией (заболевание, известное в народе как грибок), а также устраняют неприятный запах.Целебные лейкопластыри и бактерицидные марли для хирургической перевязки с содержанием наночастиц серебра, уже не нуждаются в добавочной стерилизации. Эти уникальные перевязочные материалы защищают от микробного заражения раневой поверхности и оказывают содействие в их скорейшем заживлении.
Наноцинк, в качестве одного из ингредиентов моющего средства, поможет устранить перхоть и препятствует усиленному выпадению волос.
Также создана специальная маска для лица, в составе которой имеется наноцинк и наносеребро. Эти вещества осуществляют обеззараживание, способствуют быстрейшему протеканию регенеративных процессов, и еще предохраняют эпидермис от злокачественного действия свободных радикалов.
В современных косметических средствах, предназначенных для защиты от неблагоприятного влияния прямых солнечных лучей, имеются наночастицы диоксида титана и оксида цинка. Данные химические соединения являются высоконадежным защитным слоем от воздействия ультрафиолетового излучения.
Однако уже появились сведения, что такие инновации не что иное, как ложка нанодегтя в бочке нано-микроэлементарным медом.
Не беря во внимание кажущееся счастливое будущее, создаваемое для человечества нанокосметикой, некоторые исследователи выражают свою обеспокоенность. Эксперты испытывают опасения по отношению к наночастицам. Эти инновации чересчур новы. И пока мировые ученые не уверены, что настолько сильные воздействия на человеческий организм не станут причиной возникновения опасных осложнений спустя 20-летний период.
Главным фактором риска применения медицинских нанотехнологий является недостаток информации о взаимодействии конкретных наночастиц с человеческим организмом
Сторона светлая
Имеющиеся опасения по поводу безопасности нанотехнологий выходят на первый план, если речь идёт об их медицинских приложениях — той области, где наночастицы целенаправленно воздействуют на человеческий организм.
Обсуждаемые в настоящее время перспективные области применения медицинских нанотехнологий весьма многообразны, и не существует даже их общепринятой классификации.
Подтверждено, что токсичность зависит от концентрации наночастиц, площади их поверхности, а также среды, в которой они находятся, но не от полной массы и объёма. Разумеется, применение нанотехнологий должно быть с самого начала поставлено под строгий контроль. Ведь помимо недопустимого вреда здоровью человека и окружающей среде следует учитывать возможную негативную реакцию общества.
Сторона тёмная
Учёные сегодня лучше понимают, как происходит поглощение наночастиц позвоночными и беспозвоночными животными, но не знают, как они влияют на отдельный организм или даже на колонию микроорганизмов.Токсичность возрастает с уменьшением размеров частиц. Таким образом, могут проявлять токсичность и наночастицы из материалов, не токсичных в обычной форме.
Под подозрение в токсичности подпадают не только фуллерены и нанотрубки, но и уже широко применяемые в косметике наночастицы двуокиси титана, а также перспективные с точки зрения медицинских применений частицы серебра и квантовые точки. Даже такие биосовместимые материалы, как керамика и алюминий, при использовании для имплантации и протезирования могут служить источниками наночастиц, накапливающихся во внутренних органах и вызывающих аллергические реакции и васкулиты.
Подтверждено, что токсичность зависит от концентрации наночастиц, площади их поверхности, а также среды, в которой они находятся, но не от полной массы и объёма. Токсичность возрастает с уменьшением размеров частиц. Таким образом, могут проявлять токсичность и наночастицы из материалов, не токсичных в обычной форме.
Нанотехнологии открывают перед медициной, как и перед другими областями деятельности, доселе невиданные перспективы, но при этом их безопасное и эффективное применение ставит перед исследователями, технологами и менеджерами задачи совершенно нового уровня сложности.
Цифровые и нанотехнологии, робототехника, регенеративная медицина и многие другие достижения науки станут обыденной реальностью, трансформировав не только окружающую среду, но и самого человека. Казахстан должен быть активным участником этих процессов.
В современном мире за последние несколько лет происходит стремительное развитие нанотехнологий. Особенность нанотехнологий заключается в возможности их применения в неограниченной сфере, поэтому они являются базисом для совершенно нового технологического уклада экономики.
В связи с этим развитые страны выделяют из своих государственных бюджетов огромные финансовые ресурсы на развитие данной сферы. Стоит отметить и большой интерес к нанотехнологиям со стороны мирового бизнес-сообщества. Крупнейшие организации, являющиеся мировыми лидерами в различных областях, инвестируют свои финансовые активы в данную сферу, развивают новые направления в своем бизнесе, наращивают финансовые и производственные обороты, стремясь занять формирующиеся ниши на новом рыночном пространстве, создаваемом активным развитием нанотехнологий.
Удельный вес инвестиционной деятельности
Сегментирование рынка нанотехнологий по направлениям исследований в 2009 г.
Казахстану, вступившему на путь развития нанонауки и разработки нанотехнологий, предстоит в ближайшем будущем решить следующие ключевые проблемы, с которыми столкнулись страны, осваивающие это новое научно-технологическое направление:
- активизировать работы в направлении нормативно-правового обеспечения наноиндустрии;
- наметить приоритетные направления нанотехнологических разработок с учетом перспектив их дальнейшей коммерциализации;
- отработать специальные механизмы, направленные на повышение эффективности коммерциализации научных результатов;
- формировать круг перспективных потребителей в первую очередь на внутреннем рынке. Необходимо выявить, а затем и сформировать потребности общества в развитии нанотехнологий и наноматериалов, способных существенно повлиять на экономику, технику, производство, здравоохранение, экологию, образование, оборону и безопасность государства. Государство должно сформировать прежде всего внутренний спрос на нанотехнологическую продукцию;
- обеспечить переход от микротехнологий к нанотехнологиям и довести разработки нанотехнологий до промышленного производства;
- осуществить широкомасштабное развитие фундаментальных исследований во всех областях науки и техники, связанных с развитием нанотехнологий;
- создать инновационные институты развития наноиндустрии. Инструментом поддержки развития нанотехнологий могут быть международные программы и проекты, в ходе реализации которых должно осуществляться сотрудничество с целью гармонизации российской, белорусской и зарубежной нормативно-правовой базы регулирования нанотехнологий, содействия привлечению зарубежных инвестиций в развитие и распространение нанотехнологий и наноиндустрии, содействие развитию торговли нанотехнологическими материалами и оборудованием, ноу-хау, услугами;
- разработать и создать базы данных о хозяйствующих субъектах отечественной экономики, осуществляющих деятельность в области наноиндустрии.
Только через малый и средний нанотехнологически ориентированный бизнес возможно внедрение достижений нанотехнологической индустрии. Только этот путь откроет широкие внедренческие возможности. Сильный толчок в развитие нанотехнологии в республике может способствовать заинтересованности крупных национальных компаний, поиску ими и привлечению зарубежных технологических партнеров и технологий.
Для выработки и практической реализации требуемых и достаточных мер в области создания и развития нанотехнологий должна осуществляться государственная политика как часть государственной научно-технической политики, определяющей цели, задачи, направления, механизмы и формы деятельности органов государственной власти по поддержке научно-технических разработок и использованию их результатов.
Дальнейшее формирование и реализация активной государственной политики в области нанотехнологий позволит с высокой эффективностью использовать интеллектуальный и научно-технический потенциал страны в интересах развития науки, производства, здравоохранения, экологии, образования и обеспечения национальной безопасности Республики Казахстан.
Заключение
Вред или польза?
На этот вопрос однозначно пока не может ответить никто, однако всегда стоит учитывать все возможные риски. До сих пор никто так и не опроверг теории накоплении наночастиц в крови или возможном хаотичном поведении клеток организма при воздействии на клеточном уровне нанотехнологий.
Не сомневаясь в том, что нанотехнологии действительно будут определять перспективы косметологии в ближайшем будущем, все-таки рекомендуют отнестись к современным методикам с должным чувством ответственности.
Наряду с тем, что использование нанотехнологий бесспорно является одним из самых перспективных направлений науки и техники, немаловажным является и изучение вопросов потенциальной опасности использования наноматериалов и нанотехнологий, а также разработка критериев их безопасности для здоровья человека.
Важнейшим объектом внимания при оценке риска для здоровья, связанного с наноматериалами, является использование нанотехнологий при производстве электронной техники, строительных материалов, пищевых продуктов, парфюмерно-косметической продукции, как при непосредственном их использовании или употреблении, так и при воздействии поступления наночастиц и наноматериалов в окружающую среду в процессе их производства".
Список используемой литературы