Nanoteknologi defineres i store træk, som teknologien der beskæftiger sig med materialer i størrelsesordenen 1-100 nanometer hvilket svarer til fra tykkelsen af en DNA-streng og op til størrelsen af en typisk virus. Nanoteknologien er forholdsvis ny, selv om nogle nanomaterialer altid har været til stede i vores omgivelser. Derimod skaber forskerne nye nanomaterialer ud fra enkelte grundstoffer eller blandinger heraf.

Af Janeck J. Scott-Fordsmand, Lars-Henrik Heckmann og Anders Johansen

Nanoteknologi defineres i store træk, som teknologien der beskæftiger sig med materialer i størrelsesordenen 1-100 nanometer hvilket svarer til fra tykkelsen af en DNA-streng og op til størrelsen af en typisk virus. Nanoteknologien er forholdsvis ny, selv om nogle nanomaterialer altid har været til stede i vores omgivelser. Derimod skaber forskerne nye nanomaterialer ud fra enkelte grundstoffer eller blandinger heraf.

Nanoteknologien er utroligt omfattende, og vi vil her holde os til de nanopartikler, hvor DMU spiller en central rolle i vurderingen af deres effekter i miljøet. Forstavelsen ”nano” er af græsk oprindelse og betyder dværg, hvilket afspejler de små størrelsesordener nanoteknologien arbejder i. En nanometer (nm) er en milliardtedel af en meter.

Interessen for nanoteknologien skyldes blandt andet at materialer i nanostørrelse kan have andre fysisk-kemiske egenskaber end det samme stof formuleret på anden form. Nanomaterialer kan for eksempel ændre farve alt efter størrelsen, være superledende, være ekstra stærke eller gøre materialeoverflader ekstremt glatte. Et af de bedst kendte eksempler på et produkt hvor nanopartikler indgår er solcreme, hvor solfilteret udgøres af titandioxid (TiO₂) nanopartikler.

Nanoteknologi bruges i stigende grad i vores samfund, og antallet af kommercielle nano-baserede produkter på verdensmarkedet er konstant stigende. Om få år forventes nano-industrien at omsætte for billioner af kroner årligt.

Udover den lange række af fordele kan nanoteknologien muligvis også have negative konsekvenser for miljø og mennesker. Nanopartiklerne evne til at reagere gør dem attraktive, men skaber samtidig bekymring for miljø og sundhed. Nanopartikler kan være meget reaktive i biologisk væv, og de optages formentlig via andre mekanismer end konventionelt fremstillede kemikalier. Det er derfor svært at forudsige nanopartiklers effekter på miljø og mennesker.

I DMU sammenligner vi effekten af en række nanopartikler. Et centralt emne i miljøvurderingen af nanopartikler er, hvilken betydning nanopartiklernes fysisk-kemiske egenskaber har for deres virkemekanismer - fx hvilke betydning har deres grundstof sammensætning sammenholdt med de fysiske-egenskaber af partiklerne.

For at belyse dette spørgsmål, er vi i gang med en række forsøg, der undersøger mulige sammenhænge imellem partiklernes egenskaber og effekter på bestande af bakterier, svampe, regnorme og springhaler. Vi tester partikler i forskellige størrelser og med forskellige grundstof-sammensætninger, og sammenholder eksponeringen med effekter på populationsniveau. Vores forsøg har vist at kulstofbaserede nanopartikler kan hæmme væksten af hurtigtvoksende bakterier i jord og regnormes formering (se artikel herom). Et andet centralt spørgsmål er hvordan vi kan bestemme den faktiske eksponering organismerne oplever. Skal vi tælle eller veje partiklerne, eller noget helt tredje? Der findes få brugbare teknikker til kvantificering af nanopartikler i komplekse blandinger som fx jord, og det er derfor vanskeligt at estimere sammenhængen imellem eksponeringskoncentration og effekten på organismerne.

Samarbejde

Internationalt har risikovurderingen af kemikalier hidtil været baseret på en vurdering af effekten af den koncentration en organisme har været eksponeret for sammenholdt med eksponeringstiden. En giftig effekt af nanopartikler på en organisme afhænger imidlertid ikke kun af koncentration og eksponeringstid, men som nævnt også af nanopartiklens fysisk-kemiske egenskaber.

Ingen af de nuværende internationale test-guidelines inddrager dette aspekt, og derfor diskuteres det i internationale fora som EU og OECD, om de nuværende procedurer for risikovurderinger er gode nok til at vurdere nanopartiklers toksicitet. I DMU deltager vi aktivt i dette arbejde ved at bedømme brugbarheden af de eksisterende test-guidelines samt evaluere den nuværende teststrategi for konventionelle kemikalier i forhold til nanopartikler.

De økotoksikologiske undersøgelser sammenholdes med undersøgelser af nanopartiklernes effekter i mennesker. Vi sammenligner effekter i invertebrater med effekter i mennesker i et dansk projekt (SUNANO) i samarbejde med Institut for Folkesundhed og iNANO-centret, begge på Aarhus Universitet. DMU udfører undersøgelser med nanopartikler af sølv og titaniumdioxid, hvor effekter på celleniveau i regnorme sammenlignes med tilsvarende studier af effekter i humane celler.

Effekter på celleniveau kobles til populationsniveau via de nævnte forsøg med regnorme og springhaler. Derved opnår vi samlet forståelse af nanopartiklernes virkemekanisme og effekter, som vi kan udnytte til gavn for risikovurdering for mennesker og miljø. SUNANO-projektet afsluttes i 2010.

 Seniorforsker Janeck J. Scott-Fordsmand, tlf. 8920 1575, jsf@dmu.dk , post doc. Lars-Henrik Heckmann, tlf. 8920 1443, lhh@dmu.dk  og seniorforsker Anders Johansen, tlf. 4630 1316, ajo@dmu.dk

Årgang 12 nr. 22, 5. december 2008