Український науковий журнал

ОСВІТА РЕГІОНУ

ПОЛІТОЛОГІЯ ПСИХОЛОГІЯ КОМУНІКАЦІЇ

Університет "Україна"
Всеукраїнська асоціація політичних наук (ВАПН)

ТЕХНОЛОГІЇ І БЕЗПЕКА УКРАЇНИ НАНОТЕХНОЛОГІЇ ТА НАНОМАТЕРІАЛИ І ЛЮДИНА





Косенко Валерій, Університет «Україна», професор, (Київ, Україна);

Косенко Валентина, КНП «Консультативно-діагностичний центр» Печерського району в місті Києві, лікар-невролог вищої категорії,

e-mail: va_kosenko@ukr.net

АНОТАЦІЯ

Кінець ХХ та початок ХХI сторіччя характеризуються бурхливим розвитком науки: нанотехнології та наноматеріали, які широко використовуються в основних галузях економіки провідних країн світу—електроніці, машинобудуванні, енергетиці, транспорті, харчовій і переробній промисловості тощо.

Особливу увагу вчених привертає використання нанотехнологій та наноматеріалів у харчовій та переробній промисловості у зв`язку з тим, що вплив наночастинок та нанотехнологій на людській організм ще не досить досліджені. В роботі розглянуто фізико-хімічні властивості деяких наноматеріалів та можливості використання їх як пакувальних матеріалів харчових продуктів, фармакології тощо. Зазначено, що відсутність стандартів України на сьогодні з урахуванням особливостей наноматеріалів гальмує широке використання наноматеріалів у харчовій та переробній промисловості.

Ключові слова: наноматеріали, нанотехнології, нанотрубки, нанонутрієни, біодоступність.

 

NANOTECHNOLOGY AND NANOMATERIALS AND MAN

Kosenko Valerii, University «Ukraine», Professor, (Kyiv, Ukraine);

Kosenko Valentyna, Diagnostic Center of the Pechersk district, Kyiv, doctor- neurologist,

e-mail: va_kosenko@ukr.net

SUMMARY

The late twentieth and early twenty-first century is characterized by a rapid development of science, nanotechnology and nanomaterials that are widely used in major industries of the leading countries —electronics, engineering, energy, transport, food processing industry, etc. The use of nanotechnology and nanomaterials in the food and processing industry attracts a lot of attention among scientists due to the fact that the impact of nanoparticles and nanotechnology on the human body has not been sufficiently studied. The thesis takes a look at the physical and chemical properties of certain nanomaterials and their possible use as food packaging, pharmaceuticals, etc.

It is noted that the current lack of standards in Ukraine considering the particular properties of nanomaterials hinders the widespread use of nanomaterials in food and processing industry.

Key words: nanomaterials, nanotechnology, nanotubes, nanonutrients, bioavailability.

 

Основним стратегічним напрямом економічного розвитку провідних країн світу стали нанотехнології та наноматеріали, що широко використовується в таких галузях, як електроніка, машинобудування, енергетика, харчова та переробна промисловість, транспорт, космічна техніка тощо. Незважаючи на те, що багато вчених та інженерів працюють над розробкою та втіленням у промисловість нанотехнологій та наноматеріалів, на сьогодні немає єдиної думки та стандартів на цю продукцію.

У зв’язку з цим у Технічному комітеті І80/ТК 229 визначили, що під нанотехнологіями розуміється таке:

– знання та управління процесами, як правило, в масштабі 1 нм, але не виключає масштаб менше 100 нм в одному або більших вимірах, коли введення в дію розмірного ефекту приводить до можливості нових застосувань;

– використання властивостей об’єктів і матеріалів у нанометровому діапазоні, які відрізняються від властивостей речовин, що складається з цих атомів або молекул, створення досконаліших матеріалів, приладів, систем, які реалізують ці властивості.

Стосовно терміна «нанотехнології», то вперше його висловив японський фізик Норіо Танігучі, який працював у Токійському університеті у 1974 році. Подальшим поштовхом розвитку нанотехнологій стало створення у Цюріхському дослідному центрі ІВМ скануючого тунельного мікроскопа у 1982 році, який дозволяв будувати тривимірну картину розташування атомів на поверхнях провідникових металів. У 1985 році були відкриті фулерени, молекули, які складаються з 60 атомів вуглецю, розташованих у вигляді сфери (американські вчені Ричард Смеллі, Роберт Карл і Херальд Крото). На основі фулеренів у 1991 році японський професор Суміо Ліджіма, який працював у компанії NEC, розробив технологію одержання нанотрубок діаметром 0,8 нм. На основі нанотрубок випускаються матеріали в сто разів міцніше сталі. Міцність матеріалів з нанотрубок залежить від довжини нанотрубок. Цей перелік можна продовжити, але можна стверджувати, що нанотехнології міцно ввійшли у всі галузі народного господарства, зокрема, у харчову та переробну промисловості, та дозволили створити унікальні матеріали. На тлі піднесення нанотехнологій відбувається розвиток нанобіотехнологій — галузі, що використовують наномасштабні явища й процеси, які породжують зовсім нові й маловідомі шляхи розвитку біології, фізики, хімії та медицини [1; 2].

Понад 400 компаній займаються дослідженнями в галузі використання нанотехнологій у виробництві харчових продуктів й пакувальних матеріалів.

Передбачається, що використання цих технологій сприятиме подальшому підвищенню якості та безпечності харчових продуктів [3]. Використання нанотехнологій створить умови для виготовлення нанокомпозицій харчових продуктів з необхідними органолептичними показниками, для розробки пакувальних матеріалів, що забезпечать тривале зберігання готового продукту. На даний час вже доступні понад 300 nanofood-продуктів [4]. Уведення певних наночастинок у харчові продукти поліпшують засвоєння й біодоступність мікроелементів, вітамінів та деяких інших харчових речовин [5, 6]. У роботі [7] повідомляється, що застосування наночастинок при обробці насіння озимої пшениці сприяло підвищенню урожайності на 20–25%. Аналогічні результати були отримані при передпосівній обробці посадкового матеріалу столового буряка та картоплі.

Нанотехнології передбачають створення нанонутрієнів, нанотранспортних систем, нанокапсулювання харчових добавок, наноматеріалів для пакування харчових продуктів тощо [6]. До нанонутрієнів належать харчові речовини, дисперговані до нанорозмірних величин, завдяки чому поліпшується їх біодоступність (нанодиспергований фосфат заліза і наночастинки селену). Застосування нанорозмірних форм мікроелементів також сприяє покращенню біодоступністі. Використання наноматеріалів як нанотранспортних систем вітамінів, ліпідів, біоантиоксидантів підвищує їх біодоступність, захищає від дії шлункового соку. Крім того, нанокапсулювання харчових продуктів застосовується з метою маскування небажаного смаку або запаху деяких харчових продуктів [8].

Нанокапсули використовуються для доставки поживних речовин (лікопіну, бета-каротину, лютеїну, фітостеринів та інших) в організм і це сприяє кращому їх засвоєнню. Незважаючи на те, що існує багато повідомлень про використання наночастинок в харчових продуктах, ефективність використання цих частинок у харчових продуктах людини практично не вивчена.

Більш ефективним є використання наночастинок у пакуванні продуктів харчування. Введення наночастинок у пакувальні матеріали підвищить стійкість до дії світла та тепла, посилить механічні й теплові характеристики, зменшить газопоглинання [9]. Все перелічене дає можливість створити легкі, міцні і термічно стійкі пакувальні матеріали, що мають антимікробні властивості. Великий внесок у розвиток технології пакувальних матеріалів зробили вчені Корнелльського та Кентського університетів [10; 11; 12]. Так, професор Кентського університету Ян Брюс вважає, що введення наночастинок у пакувальні матеріали підвищить ефективність бактеріологічного контролю.

Незважаючи на всі успіхи, що дають нанотехнології, та стрімке зростання використання нанотехнологій у харчових продуктах та пакувальних матеріалах, треба проводити дослідження про вплив наночастинок на людський організм та довкілля. При цьому необхідно враховувати не тільки розмірні фактори, а й фізико-хімічні (площу поверхні, заряд, дози, шляхи надходження та інше) властивості. Відомо, що наночастинки смолистих речовин, потрапляючи в людський організм, впли вають на клітини легень й викликають серйозні захворювання. Наночастинки здатні проникати в організм людини через шкіру, кровоносні та лімфатичні судини. Через малі розміри наночастинок захисні системи людського організму можуть не розпізнати їх й вони не піддаватимуться біотрансформації та не будуть виводитись з організму. Така ситуація приведе до накопичення наночастинок у людському організмі, що передається по харчовому ланцюгу, рослинних та тваринних організмах, мікроорганізмах. Крім того, наночастинки, враховуючи малі розміри, можуть вбудовуватись у мембрани, проникати в клітинні органели, змінюючи функції біоструктур. У роботах [13–16] показано, що наночастинки розміром 70 нанометрів можуть проникати в легені, 50 нанометрів — у клітини, 30 нанометрів — у кров й клітини мозку. Бачимо, що проникаюча здатність із зменшенням розміру наночастинок зростає. Крім розмірних факторів на токсичність впливає розчинність [17]. Найбільшою токсичністю володіють нерозчинні у воді наночастинки розміром менше 20 нм. Відносно цитотоксичності можна відзначити, що вона зростає із збільшенням розміру наночастинок [1; 14; 15; 18].

Завдяки мізерним розмірам наночастинок, вони можуть вступати у прямий контакт не тільки з біологічними тканинами, а й з мікробними і немікробними токсинами. Так, наночастинки оксиду цинку діаметром 15 нм впливають на ріст бактерій Escherichia coli [19; 20].

Відносно нанотрубок треба зазначити, що ці наноматеріали можуть бути токсичними також і їхній негативний ефект буде більш помітний у міру збільшення довжини [14]. Токсична активність наночастинок залежить від багатьох факторів — способу отримання, кислотності середовища, великої питомої поверхні та інших факторів, що буде сприяти високій адсорбційній ємності, хімічній реакційній та хімічній здатностям. У зв’язку з цим до використання наноматеріалів треба підходити дуже обережно. Так, наприклад, у роботі [14] встановлено, що водо- і жиророзчинні похідні фулеренів запобігають пероксидному окисленню більш ефективно, ніж природний антиоксидант — вітамін Е. Антиоксидантну дію виявлено у дослідах з діоксином церію [21; 22].

Зазначимо, що однозначної думки щодо впливу нанотехнологій на здоров`я людини не існує. Водночас збільшується кількість харчових продуктів із використанням нанотехнологій, які надають цим продуктам різноманітних смакових якостей, підвищують засвоєння корисних складових організмом людини тощо.

У зв’язку з цим необхідно розробити єдину методику вивчення впливу нанотехнологій на людський організм для всіх країн, що використовують наноматеріали в харчових продуктах. Офіційного визначення Кодексом Аліментаріус наноматеріалів досі відсутнє. Недостатньо розроблені методи виявлення, ідентифікації і кількісного визначення наночастинок у харчових продуктах [13;15]. Згідно з висновком Об’єднаного комітету експертів ФАО/ВООЗ з харчових добавок [23] специфікація, допустимі добові надходження харчових добавок, що використовуються для оцінки інших форм, не можуть бути запровадженні до матеріалів з наночастинками. Деякі неурядові організації (Soil Association та інші), що займаються сертифікацією продуктів, заявили: штучно створені наночастинки та продукти з їхнім вмістом не зможуть отримати сертифікат, вважаючи, що вони можуть бути небезпечними для здоров’я людини.

Відсутність в Україні національних стандартів безпеки щодо наноматеріалів ставить під загрозу не тільки здоров’я споживачів нанопродуктів, а й працівників наноіндустрії [24]. Удосконалення методик оцінювання впливу на організм людини та навколишнє середовище розширює перелік наноматеріалів, що є токсичними й становлять небезпеку. Раніше вважалось, що наночастинки Ті02 або Si02 безпечні й використовувались у лікарських препаратах. Водночас з давнини відомо, що внаслідок вдихання пилу, який містить кремнезем, виникає тяжке професійне захворювання — силікоз [25]. В работах [26; 27] зазначається, що небезпечні наночастинки ТiО2 або SiO2 для біосфери мають певні структурно-морфологічні фракції. Залежність біологічної активності від структурно-морфологічних характеристик наночастинок пов’язана не тільки з їхніми розмірами, але також з технологією отримання цих частинок: окислювальний синтез, плазмовий синтез, хімічне осадження, механічне подрібнення, механіко-хімічний синтез, золь-гель метод, високоенергетичне розмелювання, осадження з газової фази, лазерна абляція. Підприємства, що займаються виробництвом нанопорошків, пропонують їх, тільки вказуючи розмірний фактор, не враховуючи інших важливих характеристик. Так, російське підприємство «Плазмотерм» випускає широку гаму нанопорошків оксидів, карбідів, нітридів та їхні композиції, вказуючи тільки розмірні характеристики. На наш погляд, варто контролювати не тільки розмір, а й розподіл за розмірними фракціями, визначати відсотковий вміст наночастинок з різною кристалічною структурою та формами граней із різними кристалічними індексами. Це важливо, щоб забезпечити безпечність нанопорошків не тільки при виготовлені тих чи інших виробів, а й для безпеки робітників, які працюють на цих підприємствах [29; 30]. Безпека застосування на нотехнологій повинна регулюватись нормативно правовими актами та законами. Так, у Російській Федерації це Федеративний закон «Про санітарно-епідеміологічне благополуччя населення», Федеративний закон «Про охорону навколишнього середовища» тощо [31]. Національні стандарти у галузі нанотехнологій існують в США та інших країнах. Що стосується України, то поки робота з нанотехнологій обмежується Постановою Кабінету Міністрів України від 28 жовтня 2009 року №1231 «Нанотехнології та наноматеріали» на 2010–2014 роки.

У зв’язку з цим до використання нанотехнологій та наноматеріалів у харчовій промисловості треба підходити дуже обережно, поки остаточно не будуть розроблені методи та стандарти з визначення впливу цих матеріалів на людський організм.



Номер сторінки у виданні: 83

Повернутися до списку новин