Science >> Wetenschap >  >> nanotechnologie

Nanodeeltjes zullen de wereld veranderen, maar of het ten goede komt, hangt af van de beslissingen die nu worden genomen

Nanodeeltjes zijn duizend keer kleiner dan een mensenhaar. Krediet:Stephanie King, Pacific Northwest National Laboratory

Technologieën gebaseerd op materialen op nanoschaal – bijvoorbeeld deeltjes die meer dan 10.000 keer kleiner zijn dan de punt aan het einde van deze zin – spelen een steeds grotere rol in onze wereld.



Koolstofnanovezels versterken vliegtuigen en fietsframes, zilveren nanodeeltjes maken bacteriebestendige stoffen en vochtinbrengende nanodeeltjes, nanoliposomen genaamd, worden in cosmetica gebruikt.

Nanotechnologie zorgt ook voor een revolutie in de geneeskunde en verlegt de grenzen van menselijke prestaties. Als u in de Verenigde Staten een COVID-19-vaccin heeft gekregen, bevatte dit nanodeeltjes.

In de toekomst kan nanotechnologie artsen mogelijk in staat stellen hersenziekten en -aandoeningen zoals kanker en dementie beter te behandelen, omdat nanodeeltjes gemakkelijk door de bloed-hersenbarrière passeren.

Nanodeeltjes in oogdruppels kunnen het gezichtsvermogen tijdelijk corrigeren. En strategisch geïmplanteerde nanodeeltjes in de ogen, oren of hersenen kunnen nachtzicht of gehoor mogelijk maken dat net zo goed is als dat van een hond. Nanodeeltjes kunnen mensen zelfs in staat stellen hun slimme huizen en auto's met hun hersenen te besturen.

Dit is geen sciencefiction. Dit zijn allemaal actieve onderzoeksgebieden.

Maar de kaders voor het beoordelen van de veiligheid en ethiek van nanodeeltjes hebben geen gelijke tred gehouden met het onderzoek. Als scheikundige werkzaam in de biowetenschappen baart dit beperkte toezicht mij zorgen. Zonder bijgewerkte raamwerken is het moeilijk te zeggen of nanotechnologie de wereld een betere plek zal maken.

Nano:wat en waarom?

Elk deeltje of materiaal tussen 1 en 100 nanometer in één dimensie kan worden geclassificeerd als 'nano'. De periode aan het einde van deze zin is 1.000.000 nanometer, en een mensenhaar heeft een diameter van ongeveer 100.000 nm. Beide zijn veel te groot om als ‘nano’ te worden beschouwd. Eén enkel coronavirus heeft een diameter van ongeveer 100 nanometer, en roetdeeltjes van bosbranden kunnen een diameter hebben van slechts 10 nanometer – twee voorbeelden van natuurlijk voorkomende nanodeeltjes.

Nanodeeltjes kunnen ook in een laboratorium worden geproduceerd. De adenovirusvectoren, nanolipodeeltjes en mRNA die in COVID-19-vaccins worden gebruikt, zijn gemanipuleerde nanodeeltjes. De zinkoxide en titaniumdioxide die worden gebruikt in pure minerale zonnebrandmiddelen zijn ook kunstmatige nanodeeltjes, net als de koolstofnanovezels in vliegtuigen en fietsframes.

Nanodeeltjes zijn nuttig omdat ze andere eigenschappen hebben dan grotere materialen, zelfs als ze dezelfde chemische samenstelling hebben. Grote deeltjes zinkoxide zijn bijvoorbeeld niet oplosbaar in water en worden gebruikt als pigment in witte verf.

Deze video laat zien hoe klein nanodeeltjes zijn, vergeleken met andere objecten.

Zinkoxide op nanoschaal wordt gebruikt in zonnebrandcrème, waar het er bijna transparant uitziet, maar het zonlicht van je huid weerkaatst om zonnebrand te voorkomen.

Zinkoxide op nanoschaal vertoont ook antischimmel- en antibacteriële eigenschappen die nuttig zouden kunnen zijn voor het maken van antimicrobiële oppervlakken, maar de reden voor de antimicrobiële eigenschappen is niet volledig duidelijk.

En daarin schuilt het probleem. Hoewel veel wetenschappers geïnteresseerd zijn in het benutten van de positieve eigenschappen van nanomaterialen, zijn mijn collega's en ik bezorgd dat wetenschappers nog steeds niet genoeg weten over hun gedrag.

Veiligheid van nanotechnologie

Nanodeeltjes zijn aantrekkelijk voor biomedische onderzoekers omdat ze door celmembranen kunnen glippen. De antimicrobiële eigenschappen van zinkoxide op nanoschaal houden waarschijnlijk verband met hun vermogen om bacteriële celmembranen te passeren. Maar deze nanodeeltjes kunnen ook menselijke celmembranen passeren.

In de Verenigde Staten wordt zinkoxide door de Food and Drug Administration 'algemeen erkend als veilig en effectief' voor producten als zonnebrandcrème, omdat het – bij zonnebrandcrème – onwaarschijnlijk is dat het giftig is voor mensen.

Hoewel wetenschappers de gezondheidseffecten van grote deeltjes zinkoxide redelijk goed begrijpen, begrijpen ze de gezondheidseffecten van zinkoxide op nanoschaal echter niet volledig. Laboratoriumonderzoek met menselijke cellen heeft tegenstrijdige resultaten opgeleverd, variërend van ontsteking tot celdood.

Ik ben een groot voorstander van zonnebrandcrème. Maar ik maak me ook zorgen over de milieueffecten van deeltjes waarvan bekend is dat ze celmembranen passeren.

Jaarlijks worden honderden tonnen nano-zinkoxide geproduceerd, en het wordt niet gemakkelijk afgebroken. Als we het gedrag ervan niet beter begrijpen, is er geen manier om te voorspellen of het uiteindelijk een probleem zal worden, hoewel er steeds meer aanwijzingen zijn dat nano-zinkoxide uit zonnebrandcrème koraalriffen schaadt.

Ethiek van nanotechnologie

Het vermogen van nanodeeltjes om celmembranen te passeren maakt ze effectief in therapieën zoals vaccins. Nanodeeltjes zijn veelbelovend voor het regenereren van skeletspieren, en ze zouden op een dag spierdystrofie kunnen behandelen, of de natuurlijke atrofie die met de jaren gepaard gaat.

Het nanobiotechnologielaboratorium van de EU werkt aan een beter begrip van nanodeeltjes en hun effecten op grotere biologische systemen.

Maar COVID-19-vaccins bieden een waarschuwend verhaal:op nanodeeltjes gebaseerde COVID-19-vaccins werden snel overgenomen door de Verenigde Staten en Europa, maar landen met lagere inkomens hadden veel minder toegang vanwege patentbescherming op het vaccin en een gebrek aan productie- en opslaginfrastructuur. .

Nanodeeltjes kunnen ook menselijke prestatieverbeteringen mogelijk maken, variërend van een beter gezichtsvermogen tot soldaten die zijn ontworpen om effectiever te zijn in de strijd.

Zonder een ethisch kader voor het gebruik ervan zouden prestatieverhogende nanotechnologieën die alleen op bepaalde plaatsen toegankelijk zijn, de welvaartskloof tussen hoge- en lage-inkomenslanden kunnen vergroten.

Opkomend toezicht

Tegenwoordig behandelen verschillende landen nanodeeltjes verschillend. Het Wetenschappelijk Comité voor Consumentenveiligheid van de Europese Unie heeft bijvoorbeeld het gebruik van zinkoxide op nanoschaal in zonnebrandmiddelen in spuitbussen in de hele EU verboden, daarbij verwijzend naar hun potentieel om in de longcellen terecht te komen en van daaruit naar andere delen van het lichaam te gaan. De Verenigde Staten hebben geen soortgelijke actie ondernomen.

De Europese Unie heeft een laboratorium voor nanobiotechnologie opgericht om de gezondheids- en milieueffecten van nanodeeltjes te bestuderen.

In de Verenigde Staten werkt het National Nanotechnology Initiative, een gecoördineerde, door de overheid gesponsorde onderzoeks- en ontwikkelingsinspanning, eraan om juridische en ethische experts samen te brengen met wetenschappers. Ze zullen de voordelen en risico's van nanotechnologieën tegen elkaar afwegen en informatie verspreiden onder andere wetenschappers en het publiek.

Het overwinnen van de ongelijkheid in de distributie van vaccins op basis van nanodeeltjes is een heel ander probleem. Het COVAX-programma van de Wereldgezondheidsorganisatie probeerde eerlijke en rechtvaardige toegang tot COVID-gerelateerde therapieën te garanderen. Soortgelijke maatregelen moeten worden overwogen voor alle op nanotechnologie gebaseerde medicijnen, zodat iedereen hiervan kan profiteren.

Synthetische biologie is een vakgebied dat een vergelijkbare snelle groei doormaakt. De afgelopen twintig jaar heeft de non-profitorganisatie iGEM Foundation jaarlijks een wereldwijde studentenwedstrijd gehouden, die zij gebruikt als platform om jonge wetenschappers te leren nadenken over de bredere implicaties van hun werk.

De iGEM Foundation vereist dat deelnemers nadenken over veiligheid en beveiliging en of hun project 'goed voor de wereld' is. De onderzoeksgemeenschap op het gebied van de nanotechnologie zou veel baat hebben bij het adopteren van een soortgelijk model. Nanotechnologieën die de wereld ten goede veranderen, vereisen coördinatie van wetenschap en ethiek om vorm te geven aan de manier waarop ze worden gebruikt en gecontroleerd, lang nadat we ze hebben gecreëerd.

Aangeboden door The Conversation

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.




Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Kan een sluipwesp je fruitgewassen redden?
  2. Hoe werkt een DP-cel?
  3. Artefacten suggereren aankomst van mensen in Australië 18,
  4. 10 echt slimme mensen die echt domme dingen deden
  5. Voordelen en nadelen van Hydrostatic Skeleton
  6. Heeft gonorroe ons grootouders gegeven?
  7. Ponso helpen, enige overlevende van Chimpansee-eiland in I. Coast
  8. Heatmaps laten zien dat trematoden samenkomen in bepaalde delen van de lichamen van amfibieën, vaak met ernstige fysieke gevolgen
  9. Project om het publiek toegang te geven tot 3D-modellen met hoge resolutie van de anatomie van gewervelde dieren

Wetenschap