شمشير 2 لبه نانوذرات

[pesare baba 2,250]

وقتي براي گشت و گذار به دل كوه ها و كوهپايه ها پناه مي بريد و از شيب تند جاده به سمت پايين حركت مي كنيد، بوي نامطبوعي كه از لنت ترمز خودروي شما خارج مي شود، شما را هشيار مي كند.

از فرزندتان مي خواهيد آن را تنفس نكند چون شنيده ايد بسيار سمي است. اما فكر كرده ايد چرا؟ فناوري هاي نوين هميشه مثل سكه دو رو دارند، طرفي از آنها كه در جهت رفاه و بهره مندي انسان است و وجهي ديگر كه به طور مستقيم با سلامت جسمي در تضاد است. چند سالي مي شود كه نانوتكنولوژي به عنوان يك كليد در حل بسياري از مشكلات صنايع در قرن اخير گره گشا بوده است و در بسياري موارد به بشر خدمت مي كند؛ اما نبايد از روي ديگر اين سكه غافل بود.

ذرات نانو در مواردي مي توانند همچون غبار همان آزبست لنت ترمز عمل كنند و مثل يك ذره كاملا غيرطبيعي كه بدون هدف در فضا رها شده است ، از جنبه هاي مختلف ، سلامت انسان را تهديد كنند. البته همچنان كه علم نانو يك علم نو و جديد است ، عوارض جانبي آن هم چندان مشخص نيست ، اما دانشمندان تا حدي توانسته اند روابطي بين بعضي بيماري هاي تنفسي با ذرات نانو را به اثبات برسانند.

 

فناوري هاي نانو، در زمينه هاي گوناگوني همچون توسعه داروها، تصفيه آبها و زدودن انواع آلودگي هاي آب ، فناوري هاي ارتباطي و اطلاعاتي ، توليد مواد مستحكم تر و سبك تر داراي مزاياي بالقوه هستند. امروزه بسياري از شركت هاي تجاري ، بر مبناي همين فناوري ها، نانوذرات را به شكل پودر، اسپري و پوشش توليد مي كنند كه كاربردهاي زيادي در قسمت هاي مختلف اتومبيل ، راكت هاي تنيس ، عينك هاي آفتابي ضد خش ، پارچه هاي ضد لك ، پنجره هاي تميز كن خودكار و صفحات خورشيدي دارد و تعداد اين شركت ها با سرعتي باور نكردني رو به افزايش است.

نانو چه اندازه اي است؟

محدوده اندازه ذراتي كه اين چنين علاقه مندان را در صنعت به سوي خود جلب كرده است ، معمولا كمتر از 100 نانومتر است. براي اين كه تصوري از مقياس داشته باشيم ، بد نيست به اندازه موي سر انسان كه چيزي حدود 10هزار تا 50 هزار نانومتر است توجه كنيم. يك سلول قرمز خون ، قطري حدود 5 هزار نانومتر دارد و ابعاد يك ويروس بين 10 تا 100 نانومتر است. با كاهش اندازه ذرات ، نسبت تعداد اتم هاي سطحي به اتم هاي داخلي بيشتر مي شود. بر فرض درصد اتم هاي سطحي يك ذره با اندازه 30 نانومتر 5 درصد است ، در حالي كه اين نسبت براي يك ذره با اندازه 3نانومتر 50 است.

اين طوري است كه نانوذرات در مقايسه با ذرات بزرگتر نسبت سطح به وزن بسيار بيشتري دارند و با كاهش اندازه ذرات به يك دهم نانومتر يا كمتر، اثرات كوانتومي ديده مي شوند و اين اثرات هم مي توانند به مقدار زيادي ويژگي هاي نوري ، مغناطيسي و الكتريكي مواد را تحت الشعاع قرار دهند. با اين ويژگي هاي جديد است كه ساختار مواد در مقياس نانو به ما امكان طراحي و ساخت مواد جديد با ويژگي هاي كاملا نويي را مي دهد. با كم كردن اندازه و ثابت نگه داشتن نوع ماده ، ويژگي هاي اساسي از قبيل هدايت الكتريكي ، رنگ ، استحكام و نقطه ذوب ماده تغيير مي كند.

نانو و تهديد محيط زيست

در حين فرآيندهاي احتراق ، براي توليد انرژي يا در اتومبيل ها، فرآيندهاي خوردگي مكانيكي يا فرآيندهاي صنعتي معمول ، نانوذراتي به صورت ناخواسته توليد مي شوند كه تا حد زيادي محيط زيست و زندگي انسان را تحت تاثير قرار مي دهند.

به نظر مي رسد با گسترش استفاده از اين فناوري ها، اثرات افزايش بيش از حد توليد و استفاده از نانو مواد بر سلامت كاركنان و مصرف كننده ها، سلامت عمومي و محيط زيست ، بيشتر مورد توجه قرار گرفته است.

از آنجا كه فرآيند رشد و واكنش هاي شيميايي كاتاليستي كه در سطح اتفاق مي افتند، يك مقدار مشخصي از ماده در مقياس نانومتري ، بسيار فعال تر از همان مقدار ماده با ابعاد بزرگتر است ، اين ويژگي ها ممكن است روي سلامت و محيط زيست اثرات منفي داشته و منجر به افزايش سميت نانوذرات شوند.

ورود از راه تنفس

خطرات احتمالي نانوذراتي كه در هوا پخش شده اند، يعني آئروسل ها اهميت بالايي دارند. اين مساله به دليل تحرك بالاي آن و امكان جذب از طريق ريه كه راحت ترين مسير ورود به بدن است ، اهميت پيدا مي كند. اندازه ذرات نانو كه به نسبت ساير موادي كه به ريه وارد مي شوند كوچك تر است ، اين امكان را فراهم مي كند كه نشت اين ذرات تا ميزان بالايي روي دستگاه تنفسي ، راحت تر صورت گيرد.دستگاه تنفسي سه قسمت شامل مسيرهاي هوايي بالايي ، ناحيه نايژه ها و ماكروفاژها دارد كه امكان آلودگي آنها با مواد نانو را بررسي مي كنيم.

 

وقتي ريه ها ملتهب مي شوند

مسيرهاي هوايي بالايي و نايژه ها به وسيله لايه موكوس حفاظت مي شوند. ذرات بزرگتر از طريق نشستن روي ديواره مسير هوايي ، از هواي ورودي به ريه ها جدا مي شوند. حركات مژه اي اين قسمت ، خلط را به سمت گلو بالا برده و از آنجا يا در اثر سرفه خارج و يا با عمل بلع ، بلعيده مي شوند. ذرات كوچكتر (كوچكتر از 2.5 ميكرومتر) و نانوذرات ، ممكن است وارد كيسه هاي هوايي شوند كه ناحيه مبادله گاز در ريه هستند و كوچك ترين اجزاي ريه محسوب مي شوند كه در ارتباط با مويرگ ها قرار دارند.

به منظور دفع دي اكسيدكربن از مويرگ ها به كيسه هاي هوايي و جذب اكسيژن ، تمام غشاها و سلول ها در اين قسمت ها نازك و آسيب پذير هستند و هيچ گونه لايه حفاظتي ندارند. تنها مكانيسم حفاظتي در اين قسمت ، ماكروفاژها هستند. اين ماكروفاژها سلول هاي بزرگي هستند كه اشيائ خارجي را بلعيده و از طريق جابه جا كردن آنها مثلا به سوي گره هاي لنفاوي آنها را از كيسه هاي هوايي خارج مي كنند. نانو ذرات تا حد زيادي از اين سيستم حفاظتي رها شده و مي توانند وارد بافت هاي تنفسي شوند.

ذرات و الياف باقي مانده مي توانند با بافت هاي مخاطي ريوي بر هم كنش كرده و بافت هاي ريوي را دچار التهاب هاي شديد، زخم و حتي مرگ كنند. اين وضعيت ريه ها در چند بيماري ديگر هم ديده مي شود، از جمله در بيماري باكتريايي ذات الريه يا بيماري هاي صنعتي مهلكي همچون سيليكوسيس يا آزبستوسيس مشاهده مي شوند.

 

چه افرادي بيمار مي شوند؟

از قديم ، اين دو بيماري بر اثر تنفس ذراتي مثل نانوذرات ايجاد مي شده است كه اثرات بسيار مهلكي بر سلامت دستگاه تنفسي دارند. سيليكوسيس وقتي ايجاد مي شود كه گرد و غبار حاوي سيليس براي مدت طولاني به درون ريه تنفس شود. سيليس بلوري براي سطح بيروني ريه سمي است. وقتي سيليس بلوري در تماس با ريه قرار مي گيرد، اثرات التهابي شديد به وجود مي آيند، در تمام مدت اين التهاب باعث مي شود كه بافت ريه به نحو برگشت ناپذيري آسيب ديده و ضخيم شود كه اين پديده با عنوان فيبروسيس معروف است. سيليس بلوري ، معمولا در ماسه سنگ گرانيت ، سنگ لوح ، زغال سنگ و ماسه سيليسي خالص وجود دارد. به همين دليل افرادي مثل كارگراني كه با ماسه كار مي كنند و كارگران كارخانه هاي ذوب فلزات ، سفالگران و... در معرض اين خطر قرار دارند. سيليس بلوري از سوي سازمان بهداشت جهاني به عنوان يك ماده سرطان زا معرفي شده است.

الياف پنبه نسوز هم ، طولي حدود چند ميكرومتر دارند، كه هرچند جز نانو مواد نيستند، جزو موادي كه آلوده كننده دستگاه تنفسي و بيماري زا هستند، طبقه بندي مي شوند. پنبه نسوز يك فيبر معدني طبيعي است كه در بيش از 3 هزار ماده ساختماني و محصول توليدي به كار مي رود. اين نوع الياف تمايل دارند به الياف بسيار ريزتر خرد شوند. به دليل كوچك بودن ، اين الياف ممكن است بعد از پخش شدن در هوا براي مدت چند ساعت يا چند روز معلق باقي بمانند، الياف پنبه نسوز در طبيعت پايدارند و هرگز تجزيه نمي شوند و حتي در مقابل مواد شيميايي هم پايدارند و تبخير نمي شوند. در آب هم غيرقابل حل هستند. اين مواد باعث ايجاد سرطان ريه و مزوتليوما كه نوعي تومور خطرناك غشايي است و ريه را مي پوشاند مي شوند. آلودگي ذره اي هوا در مشاغل ديگري همچون توليد و فرآوري كربن سياه و الياف مصنوعي هم موجب ايجاد نگراني در اين زمينه مي شود.

 

ذراتي كه در شهرها معلق اند

با وجود اين كه ميزان خالص آلودگي ذره اي هواي شهري ، با كم شدن نشر ذرات از صنايع و مراكز توليد انرژي كاهش يافته است ، غلظت ذرات فوق ريز ناشي از ترافيك ، افزايش پيدا كرده است. اگر دقت كرده باشيد وقتي از شيبي با اتومبيل تان به سمت پايين حركت مي كنيد، لنت هاي ترمز اتومبيل شما و سايرين ، بويي در هوا متصاعد مي كند، كه اغلب مردم از سمي بودن آن مطلع هستند، اما به طور معمول در ترافيك هاي سنگين شهري هم مقادير بالايي از اين مواد وارد هوا مي شود كه معمولا همه ما نسبت به آن بي توجهيم.

با توسعه روش هاي اندازه گيري ، آثار روشن تري از ذرات با اندازه كوچك تر مشاهده شده است. با اين حال بسياري از مطالعات كماكان ادامه دارند و خيلي كم به نتيجه رسيده اند. دانشمندان بر اين عقيده اند كه اثرات زيان آور آلودگي ذره اي هوا، به طور عمده به غلظت ذرات كوچك تر از 100 نانومتر ارتباط دارد و به غلظت جرمي ذرات بزرگتر چندان بستگي ندارد. به همين دليل به نظر مي رسد تركيب اطلاعات به دست آمده از اپيدمي شناسي در محيطهاي مختلف با داده هاي حاصل از مطالعات سم شناسي انجام گرفته بر روي حيوانات چندان هم دور از واقعيت نيست.

 

ذره ها بيماري زا هستند

بتازگي مطالعات اپيدمي شناسي ثابت كرده اند ارتباط مستقيمي بين افزايش مقطعي مواد ذره اي و افزايش بيماري و مرگ و مير ناشي از نارسايي هاي قلبي و عروقي وجود دارد. بيماران مسن تري كه سابقه بيماري هاي قلبي يا تنفسي دارند و همين طور بيماران ديابتي ، در معرض خطر بيشتري قرار دارند. همچنين ثابت شده است كه نشست ذرات در اندازه هاي نانو در كيسه هاي هوايي شش ها منجر به فعال شدن توليد سيتوكينيني به وسيله ماكروفاژها و سلول هاي كيسه هاي هوايي شده و التهاب سلول ها را به دنبال دارد.

نمونه هاي تصادفي از ميان بزرگسالان سالم در معرض آلودگي ذره اي هوا، نشان داد كه در پلاسماي خون اين افراد ميزان ويسكوزيته افزايش پيدا كرده است. اما با اين وجود، هنوز هم به طور كامل مشخص نيست كه اين مسائل را مي توان به نانوذرات تعميم داد يا خير و جنبه هاي ديگر آلودگي زاي اين ذرات تا چه طيفي گسترده اند. بررسي و مطالعات بيشتر در اين زمينه بسيار ضروري به نظر مي رسد.