Nanomaterialer i miljøet den lille forskel. Anders Baun Professor i risikovurdering af nanomaterialer

Transkript

1 Nanomaterialer i miljøet den lille forskel Anders Baun Professor i risikovurdering af nanomaterialer

2 Hvad er nano?

3 Definition af nanomaterialer At nanoscale the physical, chemical and biological properties of materials differs in fundametal and valuable ways from bulk properties and individual atoms Definition: National Nanotechnology Initiative (USA), Strategy Plan, Dec 2004 Nanomaterial: nano-scale AND added functionality due to the scale Altså: En lille størrelse (1-100 nm) OG en ekstra (evt. tidligere ukendt) funktionalitet på grund af størrelsen

4 Kommissionens anbefaleded NM definition 18 Okt, 2011 A natural, incidental or manufactured material containing particles, in an unbound state or as an aggregate or as an agglomerate and where, for 50 % or more of the particles in the number size distribution, one or more external dimensions is in the size range 1 nm nm.

5 Nanomaterialer har været brugt i mange år 3 nm Pt, Pd og Rh nanopartikler Omdanner skadelige udstødingsgasser til ufarlige Metal bitavle CO+O 2 CO 2 C x H y +O 2 CO 2 +H 2 O NO+CO N 2 +CO 2 Al 2 O 3 bæremateriale Platin Rhodium Bilkatalysator inano, University of Aarhus Ce-Zr Oxide

6 Nanomaterialer har været brugt i mange år Og der har været fokus på miljørisici de seneste 10 år men hvordan er det nu? Udgør de egentlig en miljørisiko eller hva?

7 NANOMATERIALER OG MILJØRISIKO FIND 5 FEJL

8 Nanomaterialer i miljøet en risiko? 2015 Predicted environmental concentrations Predicted No-effect concentrations Risk Assessment Generic modelling & ecotox extrapolations: Hold øje med: Cu(X) Ag Hartmann, Skjolding, Hansen, Kjølholt, Gottschalck, Baun NanoDen

9 Miljørisikovurdering af nanomaterialer i Danmark Nanomaterial Sewage treatment plant effluent Surface water, fresh "Average" 1 "High end" 2 "Average" 1 "High end" 2 TiO2 (p-stable) Risk unlikely Risk possible Risk very unlikely Risk very unlikely TiO2 (p-cat.) Risk very unlikely Risk unlikely Risk very unlikely Risk very unlikely ZnO Risk very unlikely Risk very unlikely Risk very unlikely Risk very unlikely Ag Risk very unlikely Risk possible Risk very unlikely Risk very unlikely CNT Risk very unlikely Risk very unlikely Risk very unlikely Risk very unlikely CuO Risk possible 3 Risk likely 3 Risk very unlikely 3 Risk very unlikely 3 nzvi (Risk very unlikely) 4 (Risk very unlikely) 4 (Risk very unlikely) (Risk very unlikely) CeO2 Risk very unlikely Risk very unlikely Risk very unlikely Risk very unlikely QD (Risk very unlikely) (Risk very unlikely) (Risk very unlikely) (Risk very unlikely) CB (Risk possible) (Risk possible) Risk very unlikely Risk very unlikely 1 Average = Based on most probable exposure concentration (modelled) 2 High end = High end of 95% confidence interval of modelled exposure concentrations 3 Theoretical (worst case) scenario 4 Scenario irrelevant NanoDen COWI, DTU Miljø, SMC

10 men - usikkerhed vedrørende Eksponering Effekter (økotoksikologi)

11 Nano-økotoksikologi et videnskabeligt emne under hastig udvikling

12 E C O T O X I C I T Y n a n o p a r t i c l e s - den lille forskel

13 E C O T O X I C I T Y n a n o p a r t i c l e s - den lille forskel

14 E C O T O X I C I T Y n a n o p a r t i c l e s - den lille forskel

15 E C O T O X I C I T Y n a n o p a r t i c l e s - den lille forskel

16 E C O T O X I C I T Y n a n o p a r t i c l e s n a n o p a r t i c l e s - den lille forskel

17 E C O T O X I C I T Y n a n o p a r t i c l e s n a n o p a r t i c l e s - den lille forskel

18 E C O T O X I C I T Y n a n o p a r t i c l e s n a n o p a r t i c l e s - den lille forskel

19 Er der nano-specifikke effekter? Opløselighed Optag/afgivelse Kendt virkemåde for NP Fysiske effekter Skjolding, L.M., Sørensen, S.N., Hartmann, N.B., Hjorth, R., Hansen, S.F., Baun, A. (2016) A Critical Review of Aquatic Ecotoxicity Testing of Nanoparticles The Quest for Disclosing Nanoparticle Effects: Angewandte Chemie doi: /anie

20 Er der nano-specifikke effekter? Opløselighed Optag/afgivelse T! C! Kendt virkemåde for NP Fysiske effekter Skjolding, L.M., Sørensen, S.N., Hartmann, N.B., Hjorth, R., Hansen, S.F., Baun, A. (2016) A Critical Review of Aquatic Ecotoxicity Testing of Nanoparticles The Quest for Disclosing Nanoparticle Effects: Angewandte Chemie doi: /anie

21 Sørensen, Hjorth, Delgado, Hartmann, Baun (2015) Nanoparticle ecotoxicity physical and/or chemical effects? Integrated Environmental Assessment and Management, 11, den lille forskel Omdannelsesprocesser foregår under testningen Dispersion Dissolution Agglomeration / Aggregation Sedimentation Absorption In situ functionalization Biomodification

22 Partikler Tab af kontrol Ikke opløste Partikler opfører sig ikke pænt Koncentationer (!) Fortynding Test medier Organismer Tid! Ikke ligevægt Effekt = f(konc t,org,medie)? Ukontrollerbare dynamiske ændringer af vigtige parametre under testingen - den lille forskel

23 Før, under og efter - kontrollér og beskriv Effekt = f(konc (tid, organisme, medie)? Hartmann, N.B., Engelbreckt, C., Zhang, J., Ulstrup, J., Kusk, K.O., Baun, A., The challenges of testing insoluble metal and metal oxide nanoparticles in algal bioassays: titanium dioxide and gold nanoparticles as case studies. Nanotoxicology DOI: / den lille forskel

24 TiO2 nanopartikler i algetest flere spørgsmål end svar? A B Alger udskiller stoffer (exudater) er det dem der får det hele til at klumpe sammen? C Hvad er den egentlige eksponering/dosis? Giver det mening at snake om vandfase koncentrationer? Sker der en skygning på celleniveau? Figure 3. Encapsulation of algal cells (Pseudokirchneriella subcapitata) exposed to TiO 2 nanoparticles. A: Scanning electron microscopy (SEM) image of an algal cell after exposure to 50 mg/l TiO 2 in ISO algal test media for 48 h. B: Corresponding SEM-EDX dot map shows the distribution of Ti. It can be seen that the TiO 2 nanoparticles cover the surface of the algae (Modified from Hartmann et al., 2010 Paper I). C: Transmission electron microscopy (TEM) images showing the formation of algae-particle heteroaggregates (scale bar: 2 μm). (Modified from Hartmann et al., 2011b Paper IV) Hvordan måler man egentlig om algerne er hæmmede? Hartmann et al.,2013, Nanotoxicology, 7(6) Hartmann et al., 2010, Toxicology, vol 269, pp den lille forskel

25 Fysiske eller kemiske effekter? Accumulation in the gut can reduce food uptake Figure 4. Uptake and adhesion of nanoparticles in crustaceans. A1 & B1: C 60 and TiO 2 is seen in the digestive tract of Daphnia magna after 48 hour exposure to 3 mg/l nc 60 and 40.5 mg/l TiO 2 prepared by prolonged stirring in indirect sunlight and sonication respectively. A2, B2 & C2.: Adhesion of nanoparticles to the exoskeleton of D. magna and Acartia tonsa (Modified from Baun et al. Scale bars correspond to 200 μm. (2008a Paper VI)). Attachment to the organisms can impair movement Baun et al., 2008, Ecotoxicology, vol. 17, no. 5, pp den lille forskel

26 Hvordan får jeg mit syn tilbage? E C O T O X I C I T Y n a n o s p e c i f i c

27 Er der nano-specifikke effekter? Opløselighed Optag/afgivelse T! C! Kendt virkemåde for NP Fysiske effekter Skjolding, L.M., Sørensen, S.N., Hartmann, N.B., Hjorth, R., Hansen, S.F., Baun, A. (2016) A Critical Review of Aquatic Ecotoxicity Testing of Nanoparticles The Quest for Disclosing Nanoparticle Effects: Angewandte Chemie doi: /anie

28 Hvordan får jeg mit syn tilbage? Anerkend at den lille forskel indebærer, at Effect = f(konc.,tid, organisme, medie etc) Baalousha & Lead (2013). Nature Nanotechnology, 8, Baun, et al. (2008).. Ecotoxicology, 17 (5), Hartmann et al.. (2013)..Nanotoxicology DOI: / EnvNano

29 Response - og beskriv, beskriv, beskriv Exposure concentration Formål: At dokumentere de mekanismer, der er involverede i algevæksthæmning af platinnanopartikler i standard test til farlighedsidentifikation

30 dejligt for forskerne, men hvad gør vi i mellemtiden?

31 Nyt Hvad er farligt? find 5 fejl (EEA, 2001) Vidtspredt (mobilt) Bioakkumulerbart Persistent Irreversible effekter (fx toksicitet)

32 NANOMATERIALER OG MILJØRISIKO FIND 5 FEJL

33 Nanomaterialer i produkter er det farligt? Nanodb.dk

34 Nanomaterialer i produkter er det farligt? Nanodb.dk

35 Nanomaterialer i miljøet en risiko? den lille forskel