Πώς τα νανοϋλικά μεταβάλλουν το περιβάλλον

Η επιστημονική έρευνα δείχνει ότι τα νανοϋλικά υφίστανται άμεσους και σύνθετους μετασχηματισμούς μόλις ελευθερωθούν στο περιβάλλον. Οι μετασχηματισμοί αυτοί μπορούν να είναι βιολογικοί, φυσικοί ή χημικοί που επηρεάζονται από τα συγκεκριμένα χαρακτηριστικά των υλικών και από τις συνθήκες του περιβάλλοντος.

Τα νανοϋλικά μπορούν να εισέλθουν στο περιβάλλον σε οποιοδήποτε στάδιο του κύκλου ζωής τους, κατά την παραγωγή της πρώτης ύλης, όταν χρησιμοποιείται προϊόν που περιέχει νανοϋλικά ή όταν το εν λόγω προϊόν ανακυκλώνεται ή μετατρέπεται σε απόβλητο. Αυτό μπορεί να συμβεί άμεσα, για παράδειγμα κατά την κολύμβηση ή κατά τη χρήση αντιηλιακού που περιέχει νανοϋλικό, ή έμμεσα μέσω τεχνικών συστημάτων, όπως μια μονάδα επεξεργασίας λυμάτων.

Για να κατανοήσουμε τον τρόπο συμπεριφοράς των διαφόρων νανοϋλικών υπό διαφορετικές περιβαλλοντικές συνθήκες, είναι σημαντικό να εξετάσουμε τους χημικούς, φυσικούς και βιολογικούς μετασχηματισμούς τους.

 

Οι διαδικασίες μετασχηματισμού είναι σύνθετες και συμβαίνουν ταυτόχρονα

Ο τρόπος μεταβολής των νανοσωματιδίων στο περιβάλλον εξαρτάται από τη μοναδική σύνθεσή τους, η οποία καθορίζεται από το μέγεθος, τη βασική σύνθεση και την επεξεργασία της επιφάνειάς τους, η οποία ονομάζεται επίχριση ή επίστρωση. Οι εν λόγω παράμετροι καθορίζουν σε σημαντικό βαθμό τη σταθερότητα, τη διαλυτότητα ή τη συσσωμάτωσή τους, με αποτέλεσμα τον μετασχηματισμό τους σε υλικά με διαφορετική συμπεριφορά.

Η κατάσταση περιπλέκεται περαιτέρω με την επίδραση των περιβαλλοντικών συνθηκών στον μετασχηματισμό των νανοσωματιδίων, όπως η θερμοκρασία, η παρουσία διαφόρων αλάτων ή άλλων οργανικών και ανόργανων σωματιδίων.

Τέλος, η αλληλεπίδραση με οργανισμούς έχει επιπτώσεις στις συγκεκριμένες αντιδράσεις μετασχηματισμού. Η αλληλεπίδραση είναι διπλής κατεύθυνσης, καθώς σωματίδια και οργανισμοί αλληλοεπηρεάζονται, π.χ. αντιδράσεις αποτοξίνωσης που μεταβάλλουν βασικά χαρακτηριστικά των σωματιδίων. 

Οι εν λόγω διαδικασίες φυσικού, χημικού και βιολογικού μετασχηματισμού συμβαίνουν αμέσως και, πολύ συχνά, ταυτόχρονα μετά την έκλυση και επηρεάζουν τον τρόπο μεταφοράς, την κινητικότητα και το δυναμικό απορρόφησης από οργανισμούς, καθώς και την αλληλεπίδραση με τους οργανισμούς. Η αλληλεπίδραση μεταξύ αυτών των διαδικασιών και η μεταφορά των νανοσωματιδίων καθορίζει την περιβαλλοντική πορεία και, εντέλει, το οικοτοξικολογικό δυναμικό των νανοσωματιδίων.

 

Τι είναι η βιοαποδόμηση των οργανικών νανοϋλικών και των επιχρισμάτων επιφανείας;

Η βιοαποδόμηση είναι φυσική διαδικασία που λαμβάνει χώρα στο περιβάλλον και κατά την οποία μικροοργανισμοί διασπούν κάθε οργανική ύλη για να ανακυκλώσουν τα αναγκαία από βιολογική άποψη στοιχεία.

Η εν λόγω αρχή της βιοαποδόμησης ισχύει και στις οργανικές χημικές ουσίες. Όσο μεγαλύτερος είναι ο ρυθμός βιοαποδόμησης μιας χημικής ουσίας, τόσο το καλύτερο, διότι σε αυτήν την περίπτωση η χημική ένωση εξαφανίζεται ταχύτερα από το περιβάλλον και μπορεί να προκαλέσει μικρότερη βλάβη. Συνεπώς, για να προσδιοριστεί η βιοαποδομησιμότητα μιας χημικής ουσίας απαιτείται η διερεύνηση της δυνητικής ανθεκτικότητάς της μέσω της αξιολόγησης της χημικής επικινδυνότητας με καθιερωμένες εδώ και πολλά χρόνια τυποποιημένες δοκιμές (π.χ. κατευθυντήριες γραμμές δοκιμών του ΟΟΣΑ).

Συνεπώς, όπως ισχύει για κάθε «συμβατική» χημική ουσία, κεντρικής σημασίας ερώτημα αποτελεί το εάν και με ποιον τρόπο βιοαποδομούνται τα οργανικά νανοϋλικά ή τα επιχρίσματα όταν εκλύονται στο περιβάλλον. Βάσει των μοναδικών ιδιοτήτων των νανοϋλικών, οι ερευνητές διερευνούν την καταλληλότητα των καθιερωμένων τυποποιημένων δοκιμών για την ανάλυση του δυναμικού βιοαποδόμησής τους.

Παρότι οι πρώτες ενδείξεις καταδεικνύουν ότι οι υφιστάμενες μέθοδοι δοκιμών είναι καταρχήν αποτελεσματικές, απαιτούνται περισσότερες προσπάθειες για την επίτευξη τεχνολογικών βελτιώσεων που λαμβάνουν κυρίως υπόψη τις ειδικές απαιτήσεις για τα νανοϋλικά και λιγότερο για την τροποποίηση των υφιστάμενων δοκιμών ή την ανάπτυξη νέων μεθόδων.