Nanosafety: l'altra faccia delle nanotecnologie Genova 11 giugno 2015

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Franca Colli
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1 Prof. Maurizio Ferretti Dipartimento di Chimica e Chimica Industriale Università degli Studi di Genova Nanosafety: l'altra faccia delle nanotecnologie

CRONOLOGIA DELLO SVILUPPO DELLE NANOTECNOLOGIE 1959 There s plenty of room at the bottom Richard Feynman immagina possibile la manipolazione della materia su scala nanometrica Inizio anni 70: vengono

2 CRONOLOGIA DELLO SVILUPPO DELLE NANOTECNOLOGIE 1959 There s plenty of room at the bottom Richard Feynman immagina possibile la manipolazione della materia su scala nanometrica Inizio anni 70: vengono sviluppati metodi per la manipolazione della materia su scala nanometrica Mediante litografia ad impulso elettronico vengono realizzate all IBM strutture nanometriche (40/70 nm) 1974 Norio Taniguchi definisce il termine Nano-technology 1990 Don Eigler ed Erhard Schweizer scrivono il logo IBM usando atomi di Xe su superficie di Ni

5 Grande area superficiale: elevata reattività chimica. Risultano reattivi anche materiali inerti su scala macroscopica. Effetti quantistici prevalenti su effetti classici. I Nanomateriali mostrano caratteristiche ottiche, magnetiche ed elettroniche peculiari.

6 SPM/SG DFM AFM FM AFM FM AFM CO FM/CO AFM CO Coesistenza di fasi magnetiche diverse in manganiti (La,Ca)MnO 3 AFM peak at 92 K (50 nm) 28 nm 1 nm core-shell mechanism

7 Applicazioni fotocatalitiche del TiO 2 nanometrico Purificazione di acque Abbattimento di inquinanti atmosferici (VOCs, CO, SO 2, NOx) mediante applicazione su Sterilizzazione di ambienti sanitari cementi asfalti mattoni tegole vernici in presenza di luce e acqua: NO NO 2 HNO 3

8 Use of photocatalytic materials for the antibacterial treatment of surfaces and objects in environmental health at high risk of contamination Removal and mineralization of xenobiotics from natural waters: introduction, optimization and scale up of new photocatalytic material, using fluoroquinolone antibiotics as a convenient benchmark TiO 2 coated glass beads

9 Nanomaterials Nanotoxicology nanosafety 2008 ISO/TS Terminology and definitions for nano-objects: nanoparticle, nanofibre and nanoplate ISO/TS Engineered Nanomaterials: anthropogenic materials at nano-scale that are designed for a specific purpose or function 2011 ISO/TR Nanomaterial risk evaluation for identifying, evaluating, addressing, making decisions about, and communicating the potential risks of developing and using manufactured nanomaterials

12 Può avvenire in tre maniere diverse : Inalazione Ingestione Polmoni e SNC Barriera gastrointestinale Contatto con la pelle Penetrazione cutanea

La fagocitazione da parte di un macrofago La traslocazione, dalle cellule al sangue e alla linfa Diversi studi condotti recentemente riferiscono l

13 INALAZIONE Nel caso in cui una polvere di dimensioni adeguate penetri nei polmoni si presenta una situazione pericolosa. Una volta inalate particelle di nanomateriale, si possono individuare diverse modalità di azione La dissoluzione Il passaggio nella mucosa polmonare La fagocitazione da parte di un macrofago La traslocazione, dalle cellule al sangue e alla linfa Diversi studi condotti recentemente riferiscono l effettiva possibilità di alcune specie di nanomateriali, come ossido di manganese, diossido di titanio, oro e altre specie, di potere raggiungere anche il sistema nervoso centrale :

14 INGESTIONE Per quanto riguarda questo metodo di introduzione di nanoparticelle nel corpo umano, gli studi sono ancora agli inizi e non ci sono risultati totalmente concordanti tra di loro, data soprattutto la novità e la giovane età degli oggetti e applicazioni contenenti nanomateriali In questo caso si può osservare la presenza e la concentrazione di nanoparticelle di Fe, dovuta a somministrazione intragastrica, e la loro capacità di permeare la barriera gastrica, distribuendosi in altri organi

15 CONTATTO CON LA PELLE Strato corneo Strato vitale Vi è una differente struttura tra cute spessa e sottile, che porta a diverse situazioni di pericolo Studi condotti in vivo hanno mostrato che la penetrazione dipende da diverse condizioni : Particelle con diametro minore di 10 nm possono penetrare lo strato corneo La penetrazione dipende da tipo di ricoprimento, dimensione e forma La penetrazione dipende dal ph dell ambiente con cui il nanomateriale viene a contatto

16 CONTATTO CON LA PELLE Come nel caso dell ingestione, anche per il contatto con la pelle non ci sono pareri concordanti su una potenziale permeazione di nanoparticelle all interno della stessa Da differenti fonti si può pervenire anche a considerazioni e conclusioni diverse

17 Classificazione di rischio: R = H x E

18 Classe di appartenenza Descrizione Esempi di rifiuto Classe I Rischio: non tossico Esposizione: da bassa ad alta Retropannelli di schermi televisivi, pannelli solari, chip di memoria Classe II Rischio: dannoso o tossico Esposizione: da bassa a media Retropannelli schermi (pc e altri apparecchi), vernici e rivestimenti Classe III Classe IV Classe V Rischio: da tossico a molto tossico Esposizione: da bassa a media Rischio: da tossico a molto tossico Esposizione: da media ad alta Rischio: da tossico ad estremamente tossico Esposizione: da media ad alta Confezionamento per alimenti, additivi alimentari, acque contaminate da prodotti per la persona, pesticidi Vernici e rivestimenti, prodotti per la cura della persona, pesticidi Pesticidi, lozioni per creme solari, cibi e bevande contenenti fullereni in sospensioni colloidali

19 INQUINAMENTO AMBIENTALE Tipico caso esemplificativo di inquinamento dell idrosfera Inquinamento delle acque di scarico da parte di nanorifiuti Impianti di trattamento delle acque reflue non sono in grado di trattenere inquinanti in forma nanoparticellare Test su impianto modello (Zhang et al., 2008) hanno mostrato che nanoparticelle di ossidi metallici restano in soluzione. Rimossi solo in parte (dal 20 al 60 %) Importante valutare effetti nanoinquinanti (migliore stoccaggio, trattamento, smaltimento) Nanoinquinanti vengono assorbiti da organismi (batteri, microalghe, fitoplancton) che attraverso bioaccumulo arrivano a specie edibili e poi all uomo Valutazioni ecologiche e ricerche per valutare rischio per l uomo. Fondamentale importanza della nanotossicologia Alcuni nanomateriali possono essere innocui in forma pura ma tossici come derivati e prodotti secondari

STRUMENTI UTILI E COMPLEMENTARI Il veloce sviluppo di questa grande classe di composti deve essere

21 NANOTECNOLOGIE E SICUREZZA In generale, il quadro sulle conoscenze specifiche riguardanti i nanomateriali è ancora non completamente delineato e necessita di importanti integrazioni NECESSITA DI POSSEDERE DIVERSI STRUMENTI UTILI E COMPLEMENTARI Il veloce sviluppo di questa grande classe di composti deve essere accompagnato dalla nascita di altrettanti strumenti di controllo, per essere sempre certi di operare in piena sicurezza!

22 CONCLUSIONI 1) Il numero di nanomateriali è in rapida crescita, per questo è necessario di volta in volta descrivere le loro vie di esposizione e la loro potenziale tossicità. 2) E necessaria una maggiore ricerca, per capire le specifiche proprietà delle nanoparticelle e altri fattori che influenzano la loro tossicità. 3) E necessario lo sviluppo di nuovi metodi sullo studio tossicologico dei nanomateriali. Inoltre, il potenziale impatto sulla salute dell uomo e sull ambiente dovrebbe essere testato su tutto il ciclo di vita degli specifici materiali. 4) Anche a livello normativo e legislativo, di conseguenza, ci sono ancora molte incertezze e mancanze. Per questo motivo, un obiettivo fondamentale, per i prossimi anni, sarà indubbiamente quello di andare a sopperire a queste mancanze con i dovuti studi e interventi; la ricompensa di questi sforzi sarà avere una situazione generale molto più chiara e, soprattutto, sicura per l ambiente e per l uomo.

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