نانوتکنولوژی و ارزیابی ریسک‌های زیست محیطی در استرالیا

نانوتکنولوژی، کنترل و دوباره‌سازی ساختار مواد در سطح اتم‌ها و مولکول‌ها به منظور خلق مواد جدید، تجهیزات و سیستم‌های کاربردی نوین می‌باشد. نانو مواد در شکل پود الیاف در ابعاد نانو هستند و در حال حاضر در ضدآفتاب‌ها، مواد آرایشی، افزودنی‌های خوراکی، بسته‌بندی، رنگ‌ها و شیشه‌های ضدخش و خود تمیزشونده، پوشاک، تجهیزات ورزشی، داروهای ضدعفونی، افزودنی‌های سوخت، باطری‌ها و محدوده‌ای دیگر از محصولات مورد استفاده قرار می‌گیرند. اینجا به خطرات احتمالی زیست محیطی این نانو مواد و رویه مناسب مورد نیاز برای واکنش به منظور جلوگیری از ضرر به سلامتی انسان و اکوسیستم می‌پردازد.
در استرالیا نانو مواد در پروسه‌های صنعتی و در محصولات مصرفی برای بیش از ده سال است که استفاده می‌شود (با این‌ وجود هیچ کدام از نانو مواد برای بررسی امنیت انسان، به وسیله مقامات ذی‌صلاح مسئول حفظ سلامت انسان و محیط زیست، مورد آزمایش قرار نگرفته‌اند.)
● خطرات احتمالی محیطی نانو مواد
بررسی‌های اولیه علمی نشان می‌دهد که بسیاری از نانو مواد، سمیت بالاتری از مواد معمولی دارند. نانو مواد به شدت واکنش‌پذیر هستند و مطالعات نشان داد که آنها می‌توانند منجر به اکسیداسیون شوند که باعث می‌شود سلول‌ها آسیب ببینند گاهی نیز منجر به مرگ سلول‌ها و حیوانات آزمایشگاهی می‌شود.
در مورد ماهی، حتی در غلظت کم ذرات نانو کربن، آسیب‌دیدگی در مغز آشکار شد. محققان استنتاج کردند که ذرات نانو قادر به انتقال توسط خون به دیواره‌های غشائی است یعنی بخشی که مواد مضر را از مغز دور نگه می‌دارد.
کربن‌های لوله‌ای نانو که قطعات ریز سوزن مانند باریک شبیه به آزبست می‌باشند، دلیل التهاب ریه و مرگ سلولی تشخیص داده شده است. محققان هشدار داده‌اند که این مواد نانو می‌توانند بسیار زهرآلود باشند. تحقیقات نشان داده است که مواد نانو می‌تواند باعث التهاب بافت ریه و وارد جریان خون شود. توسط جریان خون، مواد نانو می‌توانند به سایر قسمت‌های بدن مثل مغز و قلب مهاجرت کنند. مواد نانو همین‌طور منجر به آسیب‌دیدگی بافت قلب و مرگ سلول‌های کبدی می‌شود. در نهایت، تحقیقات علمی نشان داده است که مواد نانو قادر هستند که توسط سلول‌های منحصر به فردی جذب شوند همان‌طور که می‌توانند وارد میتوکندری و هسته سلول‌ها شوند جائی‌که واکنش با DNA می‌تواند منجر به آسیب‌دیدگی و جهش ژنی شود.
این تحقیقات اولیه نشان داده که مواد نانو باعث آسیب رساندن به سلامت انسان و محیط می‌شود. با وجود این‌که مواد نانو به‌عنوان مواد زائد صنعتی و مواد معدنی در دسترس مصرف‌کننده‌ها به محیط زیست وارد شده است، افراد کمی راجع به رفتار آنها در محیط زیست می‌دانند و از این‌که چه‌طور به راحتی پراکنده می‌شوند و چه مقدار پایدار هستند اطلاع دارند. تحقیقات علمی اولیه نشان داده است که مواد نانو به‌طور قابل توجهی تأثیرات ضدمیکروبی دارند، می‌توانند مانع رشد ریشه‌های گیاهان شوند و پتانسیل این مواد در روی‌هم انباشته شدن در زنجیره غذائی می‌تواند به‌عنوان یک ریسک بزرگ در نظر گرفته شود. این اثر و اثرات دیگر می‌تواند به‌صورت بالقوه برای اکوسیستم و سلامتی محصولات کشاورزی خطرناک باشد.
● مشکلات ارزیابی ریسک نانو مواد
چند دانشمند مؤلف در سطح جهانی ذکر کرند که روش‌های شناسائی ارزیابی ریسک مواد مضر برای اعلام اعتراض به مواد نانو کافی نیست. این به دلیل مکانیزم‌هائی است که در نتیجه آنها نانو مواد علائم سمی از خود نشان می‌دهند و این علائم با نمونه‌های بزرگ‌تر از آن مواد متفاوت است و ارتباط عینی مواد، آرایش و خصوصیات سطحی، با سمیت نانوئی که شناخته شده است هم فرق می‌کند. این بدان معنا است که احتمال خطر یک نانو ماده داده شده نمی‌تواند از ایمنی مواد مشابه متعارف استنتاج شود و هر نانو ماده‌ای باید مورد تست‌های ایمنی مخصوص قرار گیرد. پیچیدگی هر نانو ماده و سیستم‌های اکولوژی مشکلاتی برای ارزیابی احتمال خطر نانو به وجود می‌آورد و درباره ضررهای بالقوه آنها توضیحات مبهمی در اختیار می‌گذارد.
● کنترل ریسک‌های نانو مواد
برخلاف پتانسیل آشکار نانو مواد در زمینه مضر بودن برای سلامتی انسان و محیط زیست، دولت‌های سراسر جهان به کندی در این مورد واکنش نشان داده‌اند در حالی‌که نانو در محصولات مصرفی بیش از ۱۰ سال مورد استفاده قرار می‌گیرد، و هنوز هیچ قانونی در هیچ کجای دنیا یافت نمی‌شود که بر استفاده نانوتکنولوژی یا نانو مواد نظارت کند تا تصمیمی برای مضر نبودن آنها برای استفاده عموم مردم، کارگرانی که آنها را تولید می‌کنند و یا سیستم‌ زیست محیطی که ضایعات نانو در آن رها می‌شود به وجود آید. در استرالیا، سهل‌انگاری در ساخت و مصرف نانو مواد ناشی از عملکرد مسئولین می‌باشد. این امر در مدیریت ریسک‌های ناشی از نانو مواد نه فقط به‌عنوان یک بررسی برای ایمنی آنها بلکه به‌صورت عملی، بی‌اثر بوده است. در حقیقت، نانو موادی مثل نانو لوله‌های کربنی و دی‌اکسید تیتانیوم در مقیاس نانو و زینک اکسید از آن‌جائی که بیشترین مواد شیمیائی معادل بوده‌اند، اجازه مصرف گرفته‌اند. در مورد نانو لوله‌های کربنی که درجه سمیت بسیار بالائی را نشان دادند، تنها کنترل موجود برای تولید، جابه‌جائی و مصرف گرافیت که نوع ایمن‌تری از کربن است می‌باشد.
در آمریکا، آژانس‌ فدرال محافظت از محیط زیست، یک برنامه داوطلبانه آگاه‌سازی در زمینه نانو مواد در واکنش به نقص عملیات کنترل سمیت آنها که منجر به آزمایش ایمنی شد، اتخاذ کرد. در انگلستان و اروپا چارچوب عملیات ثبت، ارزیابی و در نهایت دادن مجوز به مواد شیمیائی (REACH) اتخاذ گردید و اصل ”تجارت بدون سوابق ممنوع“ یا No Data No Market که نیازمند توضیحاتی در زمینه مواد سمی است تا بی‌ضرر بودن آن مواد را قبل از تولید اثبات کند به کار گرفته شد. با وجود این‌که برنامه‌های آگاه‌سازی برای تولید و استفاده از مواد نانو برای محافظت از سلامت انسان و محیط زیست ضروری است، دیگر قسمت‌های این برنامه هنوز اجازه می‌دهد که بسیاری از نانو مواد بدون ارزیابی وارد بازار فروش شوند.
یک تشکل سازمان‌یافته پیشنهاد می‌دهد که یک آژانس ملی اختصاصی که به‌طور انحصاری در مورد تولید و استفاده نانو مواد کار می‌کند، در استرالیا راه‌اندازی شود.
وظیفه این آژانس این است که اطمینان حاصل کند هر نانو ماده‌ای که احتمال دارد برای سلامتی انسان مضر باشد قبل از آن‌که وارد بازار شود مورد بررسی قرار گیرد. از این گذشته به خاطر پیچیدگی رفتار نانو مواد در سیستم اکولوژی، ارزیابی نانو باید یک ارزیابی پیشگیرانه باشد و قاعده ”فروش بدون ذکر جزئیات امنیتی ممنوع“ یا "No Sartey data, No Market" در پیش گرفته شود.
● پیشنهادات برای آئین‌نامه نانو مواد در استرالیا
با تحقیقات علمی اولیه معلوم شد که نانو مواد در برگیرنده یک‌سری از خطرات احتمالی برای سلامت انسان و محیط زیست می‌باشند. تشکل کنونی نانو مواد در استرالیا به نظر کافی می‌رسد. تا زمانی‌که دولت فدرال به‌طور قانونی بتواند خواسته مردم را با فراهم آوردن یک محیط سالم برآورده کند و مصرف‌کنندگان را مورد پشتیبانی قرار دهد، در مورد خارج کردن نانو مواد از محیط زیست، باید فوراً یک مهلت قانونی در نظر گرفته شود.
به‌عنوان مثال، پیشنهادات این گزارش عبارتند از:
الف) یک مهلت قانونی فوری در مورد پخش تجاری نانو مواد، مورد حمایت قرار گیرد.
ب) آن مهلت قانونی تا زمانی‌که روش‌های ارزیابی ریسک نانو مواد قادر به اثبات اعتراضات در مورد آنها باشد باقی بماند.
ج) یک سازمان تشکل‌یافته برای اطمینان از این‌که خطرات نانو مواد به‌طور اثرگذاری کنترل شده‌اند تأسیس شود.
د) آن سازمان تشکل‌یافته طبق اصول پیشگیرانه برای حفظ سلامت انسان و محیط زیست عمل کنند.
ه) نقش‌های اجتماعی، اقتصادی، اخلاقی نانو مواد به موازات هم ارزیابی شوند و برای خطرات کم اهمیت هم ارزش مساوی در نظر گرفته شود.
● نانو تکنولوژی و نانو مواد
نانو تکنولوژی می‌تواند به‌صورت زیر تعریف شود:
”کنترل و دوباره‌سازی ماده زیر ۱۰۰ نانومتر برای خلق مواد، وسائل، ساختار و سیستم‌های کاربردی.“
در اصطلاح ساده، نانو تکنولوژی، دستکاری مستقیم ماده در مرتبه اتم و مولکول‌هاست. یک نانومتر (۱nm) بی‌نهایت کوچک است، فقط یک میلیاردم یک متر است. که این مقدار در مقایسه با فرآیندهای بیولوژیکی خیلی کوچک می‌باشد. برای مثال یک سلول خونی انسانی ۷۰۰۰ نانومتر است در حالی‌که عرض موی انسان ۸۰۰۰۰ نانومتر می‌باشد.
دوباره‌سازی طبیعت در مقیاس نانو منجر به به‌دست آوردن موادی می‌شود که خصوصیات جدید و عجیبی دارند. برای اجسام و مواد موجود که دوباره در مقیاس نانو ساخته شده‌اند، این خصوصیات به مقدر قابل توجهی از مواد معادل آنها در مقیاس بزرگ‌تر متفاوت است.
استحکام، هدایت الکتریکی و گرمائی و فعالیت شیمیائی، رنگ، شفافیت و خصوصیات مغناطیسی آنها به‌طور عجیبی متفاوت است. نانو تکنولوژی می‌تواند موادی را نیز بسازد که کاملاً نو هستند و قبلاً دیده نشده‌اند. خصوصیات جدید نانو مواد به دلیل اثر متقابل بین فیزیک کوآنتوم و مکانیک کلاسیک که در محدوده نانو اتفاق می‌افتد رخ می‌دهد و به‌عنوان نتیجه این خصوصیات و اثرات اغلب غیرقابل پیش‌بینی هستند. خصوصیات جدید نانو مواد، آنها را برای استفاده در فرآیندهای صنعتی جذاب می‌سازد. آنها مستقیماً به‌عنوان محصولات مصرفی نیز کاربرد دارند.
همه‌چیز هم درباره نانو تکنولوژی کوچک نیست. نانو تکنولوژی اغلب به‌عنوان موضوعی که منجر به انقلاب صنعتی دوم شد در نظر گرفته می‌شود و این‌که چه اثری روی تمام جنبه‌های صنعت و تولید می‌گذارد تحت بررسی است. در جهان، بودجه سالیانه‌ای که صرف تحقیقات و گسترش نانو تکنولوژی می‌شود، هم از طرف دولت و هم از طرف صنعت به حدود ۱۰ میلیارد دلار آمریکا رسیده است. امروزه فروش نانو تکنولوژی و نانو مواد تولیدی حدوداً (۶/۴۵) میلیارد دلار آمریکا برآورد شده است. بسیار از شرکت‌های بزرگ دنیا که شامل قسمت عمده ۵۰۰ کمپانی (فوربث فورچون) می‌باشد، برنامه‌های تحقیقاتی و توسعه فعال درباره نانو تکنولوژی دارند. اغلب پروژه‌های ذکر شده، برآورد می‌کنند که فروش جهانی و محصولات تهیه شده نانو تکنولوژی و نانو مواد تا سال (۲۰۱۴) به رقمی معادل ۶/۲ تیلیارد دلار آمریکا خواهد رسید.
حوزه درگیری دولت و تجارت به‌طور واضح نشان می‌دهد که کاربردهای زیادی از نانو تکنولوژی انتظار می‌رود.
● نانو تکنولوژی امروز
در استرالیا هر ساله تقریباً ۱۰۰ میلیون دلار استرالیا صرف تحقیقات و توسعه نانو تکنولوژی و نانو مواد می‌شود که نصف این مقدار از بودجه دولت تأمین می‌گردد. نانو مواد به شکل پودرها و الیاف در مقیاس نانو، در کرم‌های ضدآفتاب، لوازم آرایش، افزودنی‌های غذائی، مواد ضدعفونی‌کننده، مواد افزودنی سوخت باتری‌ها و سایر محصولات استفاده می‌شوند. امروزه در آمریکا بیش از ۷۰۰ نوع محصولات ثبت شده از نانو مواد در بازار فروش وجود دارد و در جهان امتیازات ثبت شده مربوط به نانو تکنولوژی رقمی بسیار بالاست. در جدول زیر نمای کلی کاربردهای نانو موادی که در حال حاضر در استرالیا استفاده می‌شوند یا به‌ زودی به‌صورت تجاری درمی‌آیند آورده شده است.
▪ جدول ۱۰۱: نانو موادی که امروزه استفاده می‌شود یا به زودی مورد بهره‌برداری تجاری قرار می‌گیرند
ـ معدن و کشاورزی: صفحات آلومینیومی
ـ تجزیه معدنی
ـ استخراج: کاربرد برای ذرات، اکسید کردن پودرها
ـ انرژی و محیط زیست: کاتالیزورهای صنعتی
ـ افزودنی‌های سوختی
ـ سلول‌های سوختی جامد اکسید
ـ ابرخازن‌ها (فوق خازن‌ها)
ـ غشاء جداکننده
ـ پاکسازی هوا و آب/ سلول‌های سوخت و تکنولوژی‌های سوخت هیدروژنی
ـ سلامت و پزشکی: تشخیص‌دهنده‌ها
ـ داروی dendrimer (پلیمرهای مصنوعی که ساختار شاخه‌ای دارند)
ـ مهندسی ذرات
ـ سیلیکات کردن مهندسی بافت زیستی
ـ وسائل آزمایشگاهی روی یک برد الکتریکی
ـ مواد و تولید: پوشش‌ها، کاتالیست‌ها
ـ پوشش‌ برای محافظت غذا
ـ اکسید روی در رنگ‌ها، ضدآفتاب‌ها
ـ الکترونیک و ICT: نیمه رساناها
ـ کاربردهای حافظه
ـ وسائل موقعیت‌یابی
ـ نمایشگرهای انعطاف‌پذیر
ـ مواد الکترونیکی نانو در مقیاس اتمی
● بعضی از نانو مواد رایج و استفاده‌های آنها
نانو ذره‌های اکسید زینک و دی اکسید تیتانیوم، از آغاز دستیابی به آنها در ضدآفتاب‌ها به مقدار گسترده‌ای مورد استفاده قرار داده شده‌اند که باعث می‌شود آنها به رنگ سفید تیره دربیایند.
در حالی‌که این پودرهای متداول کدر هستند، ذرات اکسید زینک و دی اکسید تیتانیوم در مقیاس نانو در حدود نانومتر، شفاف هستند. در حالی‌که می‌توانند راه اشعه‌های UV را سد کنند. با جایگزینی پودرهای متداول با اکسید روی و دی اکسید تیتانیوم در مقیاس نانو، تولیدکنندگان قادر هستند کرم‌های ضدآفتابی بسازند که در هنگام استفاده شفاف می‌باشند. در استرالیا دی اکسید تیتانیوم در مقیاس نانو، در سال ۱۹۹۰ جایگزین شکل متداول آن شده است و استفاده از زینک اکسید در مقیاس نانو از سال ۱۹۹۹، شروع شد. تشکل سازمانی استرالیا، اداره مربوط به ارزیابی خصوصیات درمانی کالا، برآورد نموده است که در حدود ۴۰۰ نوع کرم‌های ضدآفتاب و محصولات آرایشی موجود در بازار محتوی نانو ذرات زینک اکسید تیتانیوم است.
● نانو لوله‌های کربنی
نانو لوله‌های کربنی شامل اتم‌های کربن‌ آراسته شده در یک شبکه است که در یک لوله، در طول‌های مختلف و در ابعاد فقط چند نانو متر غلتانده و جمع شده است.
آنها سوزنی‌شکل هستند و ساختاری شبیه به آزبست دارند. نانو لوله‌های کربنی بسیار محکم هستند، از استیل ۱۵ برابر محکم‌تر ولی خیلی سبک‌تر می‌باشند. نسبت استحکام به وزن، آنها را خصوصاً برای تقویت ابزارهائی از راکت تنیس و تایرهای ماشین گرفته تا تانک‌های ارتشی، مناسب می‌سازد. نانو لوله‌های کربنی هم‌چنین رسانائی الکتریکی جدید را ارائه می‌دهند و استفاده آنها در مدارها و نمایشگرهای با کاربرد بالا توسعه یافته است.
● کاتالیست‌های صنعتی
نانو مواد به‌عنوان کاتالیزور در فرآیندهای صنعتی بسیاری از تقویت معدنی گرفته تا تولید مواد شیمیائی و پلیمرها، استفاده می‌شدند. برای مثال، محققان دانشگاه Rutgers آمریکا، در حال توسعه ذرات آهن و کبالت در مقیاس نانو هستند که از آنها برای تبدیل شیمیائی زغال‌سنگ به دیزل استفاده می‌کنند.
این فرآیند شیمیائی از موقع جنگ جهانی دوم مورد استفاده قرار گرفته است و به مقدار قابل توجهی نسبت به تولید سنتی نفت، کم هزینه‌تر بوده است. با این کاتالیست‌های جدید، محققان امیدوارند تا تولید نفت را به کمک تبدیل زغال‌سنگ، ادامه دهند.
● نسل‌های آینده نانو تکنولوژی
محصولات و موادی که توسط نانو تکنولوژی تولید می‌شوند، به سرعت از نظر پیچیدگی در حال افزایش هستند. میهیل روکو مشاور عالی‌‌رتبه نانو تکنولوژی در دولت آمریکا، پیشنهاد داد که نانو مواد منفعل کنونی، می‌توانند توسط نانو ساختارهای دینامیکی، سیستم‌ها و وسائلی که ترکیبی از اجزاء زیستی و ترکیبی هستند، در طی ۱۵ سال آینده جایگزین شوند.
این فرآیند به‌عنوان همگرائی تکنولوژیکی شناخته شده است و اتحاد نانو تکنولوژی و بیوتکنولوژی، علم و شناخت را نمایش می‌دهد. گزیده‌ای کوچک از کاربردهائی که امروزه رو به توسعه است در زیر ذکر شده است.
▪ نانو غذا:
صنعت غذائی نسل جدید نانو تکنولوژی را توسعه می‌دهد تا محصولات غذائی اصلی گسترش یابند. این محصولات می‌توانند شامل نانو موادی باشند که مصرف‌کننده بتواند مزه، رنگ و ترکیب پاکت‌های غذا را تشخیص دهد. برای مثال، دانشمندان، مشغول توسعه نوشیدنی شفاف بی‌رنگی هستند که شامل انواع چندگانه‌ای از نانو مواد متناظر با طعم‌های مختلف هستند. این نانو مواد برای این طراحی شده‌اند که در یک مایکرویو خانگی تحریک شوند. بنابراین مصرف‌کنندگان یک نوشیدنی کلی خریداری می‌کنند و سپس تصمیم می‌گیرند که چه طعم کولائی را ترجیح می‌دهد و یا حتی آنان چای، یا میلک شیک موز را انتخاب کنند.
محصولات دیگر در حال توسعه شامل غذاهائی است که محتوی نانو سنسورهائی هستند که تشخیص‌دهنده‌هائی را از خود منتشر می‌کنند و داروها و مواد مغذی را براساس نیازهای تغذیه مصرف‌کننده، هدف‌گیری می‌کنند.
▪ نانو بیوتکنولوژی:
همگرائی نانو تکنولوژی و بیوتکنولوژی، خط بین زندگی و ماشین‌ها را کم رنگ نموده است. نانو بیوتکنولوژی برای دانشمندان امکان استفاده از DNA ساخته شده برای خلق باکتری ساده و ویروس‌هائی که در طبیعت قبلاً وجود نداشته‌اند را فراهم می‌کند. هدف از بیوتکنولوژی ترکیبی، به‌عنوان موضوعی شناخته شده، بررسی مهندسی زندگی ارگانیسم‌ها به ویژه برای استفاده در فرآیندهای صنعتی، سیستم‌های کامپیوتری و سایر محصولات می‌باشد.
هم‌زمان، سایر محققان نانو بیوتکنولوژی، مشغول تدبیر راه‌هائی برای ترکیب اجزاء زنده و مکانیکی، درون یک وسیله پیوند یافته هستند. رودنی بروکز کارگردان آزمایشگاه هوش هنری در مؤسسه تکنولوژی ماساچوست، توضیح می‌دهد که بسیاری از آن‌چه که ما اکنون می‌سازیم، در آینده پیشرفت خواهند نمود و استفاده ژنتیکی از ارگانیسم‌های مهندسی شده، منجر به دستکاری مولکول‌ها تحت کنترل دیجیتالی ما خواهد شد.
در شرایطی که دانشمندان در روی نمونه‌های باکتری و ویروس مشغول به کار هستند، دکتر کارلسون از دانشگاه واشنگتن برآورد می‌کند که زیست‌شناسان قادر خواهند بود تا رشته‌های DNA به طول انسان، در طی ۱۵ سال آینده بسازند که توانائی تولید حیوانات کاملاً جدید را فراهم می‌سازد.

آنا چابک دست، کارشناس مهندسی نساجی

منبع : ماهنامه نساجی امروز