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Paolo Pugliese
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1 Nanoparticelle e salute Nanoparticelle e salute

2 Tutto cominciò nel 2003 Nature, 424, 246, 2003

4 E nato quindi un nuovo termine e di conseguenza una nuova disciplina Nano-tossicologia Sono già state organizzate molte conferenze e workshops, in ogni parte del mondo, esclusivamente dedicate a questo argomento.

organizzate molte conferenze e workshops, in ogni

5 E nato un nuovo giornale

6 Negli ultimi anni il numero di pubblicazioni sui nanomateriali è cresciuto esponenzialmente! G.Oberdörster et al. 'Toxicology of nanoparticles: A historical perspective', Nanotoxicology, 1:1, 2-25

7 Si sta sviluppando un senso di allarme Nano TiO 2 nelle creme solari Nanoparticles in sun creams can stress brain cells piccole particelle presenti in alcune creme solari sembrano in grado di causare danni neurologici? Nature, June 2006

cells piccole particelle presenti in alcune creme solari

8 Tossico per le cellule del cervello?

9 Nanoparticelle inalate possono danneggiare il cervello!!!...??? Dati riportati su particelle di carbonio, oro e manganese

10 La polvere di titania si usa da più di 15 anni grazie alle sue potenzialità come fotocatalizzatore è stata utilizzata come rivestimento in molti materiali

11 Nella nostra vita siamo entrati in contatto con vari tipi di nanoparticelle: Particelle naturalmente presenti nell ambiente: e.g. fibre di varia natura, polveri vulcaniche, magnetite Materiali inorganici finemente suddivisi usati come catalizzatori eterogenei da più di 50 anni e.g. Aerosil (silice); Alon C (allumina); P25 (titania) etc. In alcuni casi anche piccole frazioni di polveri derivate da minerali e.g. asbestos, PM urbano

fibre di varia natura, polveri vulcaniche, magnetite Materiali inorganici finemente suddivisi usati come

12 Particelle di qyuarzo (DQ12) ottenute per macinazione Molte particelle hanno dimensioni inferiori a 100 nm TEM

13 La natura chimica delle nanoparticelle può essere molto diversa: Alcune sostanze sono state testate in vivo e in vitro Nuovi allotropi del carbonio: fullerene e nanotubi Ossidi: TiO 2, ZnO, Mn 2 O 3 Metalli: Au Con risultati molto diversi gli uni dagli altri! In generale però queste sostanze non si possono considerare nocive solo perché nanodimensionate!

Ossidi: TiO 2, ZnO, Mn 2 O 3 Metalli: Au Con risultati molto diversi gli uni dagli altri!

14 NANOTOXICOLOGY 2007: International conference Venice Nanoparticelle Investigate other < 5 environmental pollution ZnO SiO 2 polystyrene gold TiOCo 2 Other < 5% Co 3 O 4 WC carbon WC-Co Liposome MnO MgO CoFe 2 O 4 PVC Zr Ni Cu quantum dots diesel NiO ZnO Fe 2 O 3 CeO 2

SiO 2 polystyrene gold TiOCo 2 Other < 5% Co 3 O 4 WC carbon WC-Co

15 Che cosa rende le Nanoparticelle così diverse da particelle a dimensione maggiore? Le nanodimensioni Alta supeficie esposta rispetto al bulk Forte interazione tra le particelle stesse Specifiche proprietà e spiccata reattività

16 nano-dimensione Migrazione attraverso diversi compartimenti biologici Diverse vie di penetrazione: per inalazione, attraverso la pelle, per ingestione

17 Nelle particelle estremamente piccole una grande frazione di atomi o di ioni sono coordinativamente insaturie questo influisce sulla òloro reattività. Es. kinks and steps in un ossido ionico come per esempio MgO: ioni con coordinazione 5-, 4- and 3 Questi sono siti specifici di adsorbimento e reazione e.g. Rad.liberi M n+ Sito attivo superficia

kinks and steps in un ossido ionico come per esempio MgO: ioni con coordinazione 5-,

18 Particelle di Fe 2 O 3 fine e ultrafine micron-size (average 0.1 µm) nano-size average 3 nm) EPR spectra of the CO 2- radicals released Campo (G) Cam po (G) No radicals from micron -size Sustained radical yield from nanoparticles

3300 3320 3340 3360 3380 3400 3420 3440 Campo (G) 3320 3340 3360 3380 3400

19 Nanotubi di Carbonio in ambiente acquoso Uptake CNTs (alveolar macrophages)

20 Microaggregati e Meccanismi di agglomerazione G.Oberdörster et al. 'Toxicology of nanoparticles: A historical perspective', Nanotoxicology, 1:1, 2-25

21 Esiste una differenza tra le forze intermolecolari che si stabiliscono tra le molecole grosse e le forze che si instaurano tra i nano-agglomerati? Graphite e nanotubi di carbonio

22 Crisotilo (tipo di amianto): fasci e fibre 300 nm

23 Questioni aperte: Come si misurano queste forze? Le nanoparticelle agiscono davvero come singole entità? E in quali circostanze? Gli agglomerati di NP bossono essere disperse nel sangue? Come possono influenzare l agglomerazione? (Rivestimenti superficiali, idroflicità o idrofobicità) L aggregazione delle particelle favorisce l eliminazione delle stesse? Possono essere condotti test cellulari in vivo e in vitro che simulino davvero le condizioni umane di esposizione?

24 Proprietà specifiche a livello nano. nanoscala: le proprietà divergono dai materiali massivi Pertanto le nanoparticelle mostrano diversa natura chimico-fisica rispetto alle particelle a dimensione maggiore.

25 Energy distribution of 3s and 3p electronic states in an isolated Mg atom and larger and larger Mg clusters (adapted from Thomas et al. 2002). M.Hochella and A.S.Madden, Elements, 1, , 2005

26 La maggior tossicità di un nano-esemplare è tendenzialmente dovuta alla maggiore superficie esposta. I processi di infiammazione dovuta a polveri a bassa tossicità sono dipendenti dalla superficie esposta.

27 Dipendenza dalla forma o dalle caratteristiche superficali? TiO 2 nanodots and nanorods Vicki Colvin and Christie Sayes Rice University, Huston, Texas Mean PMN's in BAL Fluids 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Percent Neutrophils in BAL Fluids of Rats Exposed to TiO 2 Particles, Nano-rods, and Nano-dots 1 mg/kg 5 mg/kg 1 mg/kg 5 mg/kg 1 mg/kg 5 mg/kg PBS TiO2 Dots TiO2 Rods TiO2 Base Exposure Groups 24 Hour 1 Week 1 Month 3 Month Dots and rods inflammatory as regular titania David Warheit et al.dupont Haskell Laboratory for Health and Environmental Sciences, Newark DE

28 Materiali a base Carbonio Particelle di carbonio Emissioni di gas di scarico di motore Diesel Fullereni Nanotubi di Carbonio Fili e fibre di Carbonio

29 Fullereni Figure 2. The diverse formats of engineered nanomaterials. (a) C60 dried onto filter paper is a black powder (inset: molecular structure of C60). (b) Fullerenes are easily dissolved in nonpolar solvents, such as toluene, and form a purple solution (top layer). (c) With relatively mild chemical treatments, such as evaporation of the nonpolar phase, some C60 becomes water stable in this yellow solution. Although chemical analysis shows the presence of C60, light scattering and electron microscopy confirm that the material is present as colloidal aggregates that contain between 100 and 1,000 fullerene molecules.

30 Il termine nanoparticella si riferisce soltanto alle dimensioni e comprende particelle diverse per forma, cristallinità, reattività, e tossicità. Ciascun tipo andrebbe testato individualmente I limiti di esposizione andrebbero fissati nei termini di superficie esposta e numero di particelle.

31 Conclusioni

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