Nanoteknologi til Søs

Nanoteknologi til Søs Nanoteknologi, nanopartikler, relevans for det marine område og potentielle arbejdsmiljø risici? Keld Alstrup Jensen Seniorforsker (cand.scient., Ph.D.) Forskningsgruppen Nanotoksikologi og Arbejdshygiejne

Nanotoksikologi og Arbejdshygiejne Toksikologi Hazard Eksponering og fysiskkemisk karakterisering Professor: Håkan Wallin Ulla B Vogel Seniorforsker: Søren Thor Larsen Anne Thoustrup Saber Karin S. Hougaard Nicklas R Jacobsen Risikovurdering Seniorforskere: Keld Alstrup Jensen Per Axel Clausen Post doc Ismo K Koponen Renie Birkedal

Nano-teknologi - Sikkerhed & Sundhed Strategiske kernespørgsmål: Hvor stor er eksponering for nanopartikler ved forskellige arbejdsprocesser og på arbejdspladser og hvordan kan den håndteres? Hvilke helbredseffekter forårsages af nanopartikler og hvad er de toksikologiske mekanismer? Hvilke fysisk-kemiske egenskaber er af betydning for eksponeringsfaren og de toksiske effekter? Hvordan kan risiciene ved produktion og anvendelse evalueres af beslutningstagere og virksomheder

Hvor kan man finde nanoteknologi? Medicinske anvendelser nanobio NEMS Coatings & pulver regenerede organer intelligente implantater biomaterialer drugdelivery nanoarrays transportable energi-celler diagnostik kompositer solceller kvantecomputere fødevareindpakning brændselsceller lys kosmetik coatings sensorer maling display simple IC katalyse tekstil smøremidler datalagring molekylære kredsløb Energi og materialer micro proces. udstyr & mikro-elektronik NanoBusinessAlliance (2005)

Eksempler på relevante produkter Ny Bundmaling Smøremidler til lejer etc. Selvrensende glas/ruder Overflade-coatning til alt UV-resistent og selvrensende vandfast maling Fuel-additiver

Men hvad er nanoteknologi? Èn definition: Nanoteknologi omhandler design, fremstilling, manipulation og anvendelse af materialer, komponenter og systemer i skala på atomar og nm-skala (1/1.000.000.000 m). Xenon på Cu-flade Generel definition Nanomaterialer: ca. 1 nm 100 nm Forbedrede Egenskaber [http://www.almaden.ibm.com/vis/stm/corral.html] Nye Egenskaber Nye Stoffer & Materialer

Specific Surface Area [m 2 /g] Nominal dissolution rate ratio [S/So] x 50 Øvre grænse 100 nm x 116.000.000 12.740 km Nedre grænse 1 nm 350 8 300 7 x 116.000.000 11 cm 250 200 150 6 5 4 3 100 2 50 1 0.8 nm 0 0 0.1 1 10 100 1000 10000 Size [nm]

Specific Surface Area [m 2 /g] Nominal dissolution rate ratio [S/So] Nanoteknologi - ofte baseret på nanopartikler metalliske/ keramiske Nanonåle/ -fibre,-wire fullerener nanorør nanokabsler dendrimerer Q-dots og atom clusters 350 300 8 7 250 200 150 100 50 6 5 4 3 2 1 0 0 0.1 1 10 100 1000 10000 Size [nm] Hansen, S. (2009) PhD-afhandling, DTU

Kulstof Nanorør (CNT) Wonder Material! Op til 100 gange trækstyrke end stål Vejer en 1/6 af stål Strømledende Halvleder Hydrofob i ren form Kan funktionaliseres kemisk på mange måder SWCNT MWCNT

CNT kan også bruges til anti-fouling MH Jakobsen og P Bøggild. Kap 6. Nanoteknologiske Horisonter. DTU

Et produkt patanteret (måske på markedet) A.J., Lecloux, NANOCYL, BE

Nanopartikler: Risici med mange facetter form / morfologi partikelkemi nano størrelse (overfladeareal) atomstruktur funktionalisering

Risici som følge af Størrelse 1: deponeringen skifter og hele kroppen kan være udsat 100 Biologiske relevante str fraktioner (CEN, 1992) DF Dia p DH Dia p DT Dia p DA Dia p 80 60 40 20 Alveolar Total deposition Head Deposition (larynx) Thoracic deposition 0 1 10 3 0.01 0.1 1 10 100 Particle Dia Size p [um] www.inano.dk

Risici som følge af Størrelse 2: Forskel på cellular niveau: cellebarrierer kan fejle! Limbach et al. (2007) Env. Sci. Techn. 41/11

Toksiske effekter af CNT

Multi Walled Carbon Nanotubes Agglomererede Dispergerede Aggregater Crocidolite (asbest) Takagi et al. J. Tox Sci. (2008)

Takagi et al. J. Tox. Sci. (2008)

Foreløbige konklusioner på en del studier Frie CNT partikler har fibrøs form ligesom asbest Begge opløses ikke og er biologiske persistente Begge kan producere ROS (CNT producere måske mindre end asbest) Indtil videre ses sjældent frustrerede lungeceller, som ses ved udsættelse for asbest CNT medfører ikke kronisk betændelsesdannende reaktioner i dyrs lunger Visse CNT kan medfører cause interstitial fibrose, men måske ikke via de samme mekanismer som asbest Nyeste viden indikerer at inhalation af visse MWCNT kan medføre mesothelioma Modificeret opsummeret efter N.R. Jacobsen, NFA

Toksiske effekter af NANOFILM produkter Nogle Konklusioner: Afhængig af produkttype kan partikelkoncentrationen kan overstige 1.5 10 6 1.5 10 6 particles/cm 3 ved behandling af 7 m gulv i et uventileret standard rum på 17.4 m 3 Totalkoncentrationen af f.eks. perfluorinated silane, som var i et af produkterne ville overstige 3300 μg/m 3.

FMPS: Particle generation rate [n/g] APS: Particle generation rate [n/g] Nano- og mikrometer partikler ved spray 9.E+07 Bathroom Tile Coating Self-cleaning Window Coating Multicover [new spray can] 9.E+06 6.E+07 ustabile toppe APS data 6.E+06 FMPS data 3.E+07 3.E+06 0.E+00 1 10 100 1000 10000 Size [nm] 0.E+00 Spektre taget under 10-40 sek maksimal koncentration efter påførsel

Produkterne frigiver forskellige typer partikler under brug (direkte spray) TiO 2 til selvrensende vinduer Siloxan til behandling af fliser 1 um 1 um

Tidal volume, % of baseline Toksisk Effekt ved Eksponering for NANOFILM 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 Perfluorodisiloxane Perfluorosilane Synth. NFP1, 0.75 20 Synth. NFP1, 0.5 Synth. NFP1, 1.0 NFP1 solvent 1.5 10 Baseline Exposure Recovery 0-15 -10-5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 Time (min) Nørgaard et al. (2010) Toxicological Sciences

FMPS, dn/dlogdp [n/cm 3 ] poor detection range poor detection range APS, dn/dlogdp [n/cm 3 ] Alvorlige effekter af Perflour-silan Inlet concentration Particle concentration Mass concentration in exposure chamber Inlet CPC FMPS+APS Filter [g/m3] [n/cm3] [mg/m3] [mg/m3] 0.3 1.4E+05 ± 1.0E+04 0.5 ± 0.1 0.5 * 1.4 6.8E+05 ± 6.1E+04 4.0 ± 0.1 3.3 ± 0.7 2.2 1.0E+06 ± 7.2E+04 6.0 ± 0.3 5.9 * 3.1 1.5E+06 ± 1.1E+05 8.1 ± 0.3 8.5 ± 2.4 5.6 2.5E+06 ± 2.0E+05 16.6 * 15.7 ± 1.2 5.8 2.1E+06 * 20.5 * 16.1 * 6.7 2.3E+06 * 21.5 * 18.4 * 8.8 2.5E+06 * 28.0 * 24.4 * 15.2 4.6E+06 * 46.8 * 42.4 ± 1.1 1.E+07 1.E+07 FMPS APS 1.E+06 1.E+06 1.E+05 1.E+05 1.E+04 1.E+04 1.E+03 1.E+03 NFP1 1.E+02 NFP2 1.E+02 Synt NFP1 0.75 1.E+01 Perfluorodisiloxane 1.E+01 2-propanol Ethanol 1.E+00 1.E+00 1 10 100 1000 10000 Size, Dp [nm]

Nogle konklusioner for NANOFILM produkter Et af fire pumpe-produkter var baseret på faste partikler (TiO 2 ) Tre produkter baseret på molekylær siloxan og silan (med og uden fluour) frigiver partikler under anvendelse Et af fire pumpe-spray produkter gav uforudset stærk akut toksisk respons (det er nu taget af markedet via Miljøstyrelsen) Der er svært at forudsige eksponeringen og den toksiske effekt af de analyserede produkter. Dels pga. manglende viden om aerosol-dannelse og dels pga. petitesse-reglen for angivelse af det præcise stof i produkterne. Producenter og leverandørerne bør stille præcise data til rådighed

Hjælp til risiko-evaluering forude! Eksp. Score Tox = 0,75-1.0 Tox 0.5-0.75 Tox 0,25-0,5 Tox < 0,25 R* > 1.0 0.50 < R* < 1.0 0.25 < R* < 0.50 0.1 < R* < 0.25 R* < 0.1 Internet-sitet lanceres 24/10 2010 via CO-industri, i-bar, BAR U/F Programmet er en del af rapporten: Kristensen et al., Nanopartikler i Arbejdsmiljøet - Inspirationskatalog om håndtering af nanopartikler (under revision)

Afslinsgvist; hvad skal man være på vagt for? 1. Sikkerhedsdataark er kun i meget sjældne tilfælde udviklet for det specifikke produkt 2. Stoffer som er angivet på én måde (evt. med simpel kemi) vil i mange tilfælde være et mere komplekst materiale bestående af flere stoffer (f.eks. kerne af TiO 2 med skal af SiO 2 og Al 2 O 3 overlagt med poly-alkohol) 3. Eksponeringsfaren kan være meget anderledes end den er for sammenlignelige traditionelle stoffer (aerosolen vil være finere og opføre sig mere som gasser end traditionelt støv) 4. Nanoprodukter er ikke altid baseret på nanopartikler og ikke altid nanoteknologiske.