Punkt kompleksowej obsługi zapewniający bezpieczne i zrównoważone nanomateriały
Pomimo tego, że nanotechnologię często wymienia się jako jedną z głównych technologii prorozwojowych o potencjalnie rewolucyjnym wpływie na wiele gałęzi przemysłu, wciąż budzi ona obawy. Maleńkie nanocząsteczki stosowane w szerokiej gamie produktów – od ochrony przeciwsłonecznej po dostarczanie leków – mogą przeniknąć przez wewnętrzne bariery ochronne organizmów żywych, w tym na przykład błony śluzowe. Po wprowadzeniu do układu oddechowego bądź trawiennego mogą one wpływać na tkanki mózgu, płuc lub serca. Mogą również przedostawać się do gleby lub wody, stwarzając możliwe zagrożenie dla organizmów wodnych i lądowych. „Zanim będziemy w stanie zarządzać ryzykiem związanym z nanocząsteczkami, w pierwszej kolejności musimy lepiej zrozumieć ich właściwości fizykochemiczne i skutki kontaktu z nimi. Następnie będziemy potrafili wskazać odpowiednie środki zaradcze”, mówi Carlos Rumbo Lorenzo, koordynator projektu DIAGONAL. Oprócz realizacji tego założenia Rumbo i jego zespół z Uniwersytetu w Burgos w Hiszpanii postanowili w dokładniejszy sposób określić ilościowo wpływ nanomateriałów w kontekście zrównoważonego rozwoju. „Ważne jest, aby dokładnie uwzględnić globalne korzyści wynikające z powszechnego stosowania ich w przyszłości”, mówi Rumbo. W ramach projektu ukazało się już 28 artykułów w recenzowanych czasopismach naukowych, a kolejne są w przygotowaniu. Ponadto opracowano narzędzia, których zadaniem jest pomoc decydentom z branży w stosowaniu zasad bezpiecznego i zrównoważonego projektowania (ang. safe and sustainable by design, SSbD) w odniesieniu do wytwarzania nanomateriałów.
Próba scharakteryzowania nanocząstek
Większość badań nad nanocząsteczkami koncentruje się na czystych lub prostych nanoformach. Z kolei przedmiotem zainteresowania zespołu projektu DIAGONAL były bardziej złożone nanomateriały wieloskładnikowe (ang. multicomponent nanomaterials, MCNM) i nanomateriały o wysokim współczynniku kształtu (ang. high aspect ratio nanomaterials, HARN). Zostały one zbadane w ramach siedmiu przemysłowych zastosowań demonstracyjnych obejmujących szereg obszarów, takich jak wyroby kosmetyczne, zdrowie, motoryzacja, lotnictwo, ropa i gaz, wyroby włókiennicze i elektronika drukowana. Owocem tych działań demonstracyjnych były próbki nanocząstek, dzięki którym zespół pod kierownictwem Rumbo miał możliwość zbadania ich właściwości fizykochemicznych, takich jak skład, rozmiar i chemia powierzchni. Równolegle powstały też realistyczne modele komórkowe in vitro – w tym płuc, przewodu pokarmowego, skóry i komórek odpornościowych – na potrzeby oceny wpływu nanocząsteczek na ludzi. Ponadto aby zebrać szczegółowe dane dotyczące narażenia w miejscu pracy, w zakładach przemysłowych, gdzie odbywały się działania demonstracyjne, zastosowano procedury monitorowania na miejscu. Z kolei na potrzeby oceny skutków ekologicznych zespół zbadał wpływ nanocząsteczek na wybrane gatunki modelowe z różnych siedlisk: dżdżownice (gleba), biofilm bakterii Pseudomonas putida (osad) oraz rozwielitki i glony (woda słodka). Uzupełnione o modelowanie molekularne i techniki uczenia maszynowego, te połączone dane stały się trzonem prac w ramach projektu DIAGONAL. Jak tłumaczy Rumbo: „Nasze modele pozwalają na scharakteryzowanie struktury nanocząsteczek i symulowanie ich zachowania w rzeczywistych środowiskach. Dzięki sztucznej inteligencji możemy teraz tworzyć modele umożliwiające przewidywanie toksyczności konkretnych MCNM bądź HARN”.
Zaufanie do nanotechnologii
Wyniki doświadczeń i modele w ramach projektu DIAGONAL stały się inspiracją do stworzenia strategii SSbD, poddanych następnie walidacji przez partnerów przemysłowych i wdrożonych w zakładach demonstracyjnych. Dostęp do nich można uzyskać za pośrednictwem opracowanego przez zespół DIAGONAL narzędzia wspomagającego podejmowanie decyzji, służącego do oceny względnego bezpieczeństwa nanocząsteczek w poszczególnych scenariuszach, a następnie proponowania konkretnych strategii SSbD wraz z oceną przewidywanego wpływu. Co najważniejsze, wyniki tych ocen odnoszą się do obaw dotyczących kwestii wykraczających poza samo bezpieczeństwo, uwzględniając szerszy wpływ na środowisko, gospodarkę i społeczeństwo. „W wyniku oceny strategii SSbD proponowanych przez narzędzie pod kątem ich wpływu na kwestie zrównoważonego rozwoju w trzech studiach przypadków stwierdziliśmy znaczną poprawę we wszystkich obszarach. W ramach jednego ze studiów obliczyliśmy, że przeprojektowanie nanocząsteczek tlenku cynku doprowadziło do zmniejszenia ryzyka środowiskowego o 68 %, a ryzyka społecznego o 87 %, a także do obniżenia kosztów o 25 %”, dodaje współkoordynatorka projektu Sonia Martel Martin. Narzędzie wspomagające podejmowanie decyzji znajduje się na stworzonej przez zespół projektu DIAGONAL platformie w chmurze, gdzie można znaleźć także inne narzędzia internetowe do zarządzania ryzykiem. „Nasz punkt kompleksowej obsługi oferuje otwarty dostęp do najbardziej aktualnych informacji, które mogą być podstawą zaleceń dotyczących zarządzania ryzykiem w poszczególnych sektorach. Otwarte bazy danych i współpraca na bieżąco zapewnią kontynuację tej usługi”, dodaje Rumbo. W tym celu zespół nie tylko kontynuuje prace nad narzędziami wsparcia, ale jednocześnie bierze udział w działaniach podejmowanych wspólnie z uczestnikami podobnych projektów dotyczących SSbD, takich jak inicjatywy SUNRISE i DESIDERATA.
Słowa kluczowe
DIAGONAL, bezpieczne i zrównoważone projektowanie, narażenie, ryzyko, nanocząstka, HARN, MCNM, wieloskładnikowy, zrównoważony rozwój, modelowanie, nanotechnologia, bezpieczeństwo
