Kuidas nanomaterjalid muutuvad keskkonnas

Teadusuuringud on tõendanud, et keskkonda sattunud nanomaterjalid muunduvad kiiresti ja keerukalt. Muundumine võib olla bioloogiline, füüsikaline või keemiline ning seda mõjutavad materjalide eriomadused ja keskkonnatingimused.

Nanomaterjalid võivad sattuda keskkonda olelustsükli mis tahes etapis – tooraine tootmisel, nanomaterjale sisaldava toote kasutamisel või toote ringlussevõtul või muutumisel jäätmeteks. See võib toimuda otseselt, näiteks ujudes pärast nanomaterjali sisaldava päikesekaitsevahendi kasutamist, või kaudselt tehniliste süsteemide, näiteks reoveepuhasti kaudu.

Et mõista, kuidas eri nanomaterjalid käituvad erinevates keskkonnatingimustes, on oluline tunda nende keemilist, füüsikalist ja bioloogilist muundumist.

 

Muundumisprotsessid on keerukad ja samaaegsed

Nanoosakeste muutumine keskkonnas sõltub nende ainulaadsest koostisest, mille määrab suurus, tuuma koostis ja pinnatöötlus, mida nimetatakse pindeks või katteks. Need parameetrid määravad suuresti osakeste stabiilsuse, lahustuvuse või aglomeratsiooni, mille tulemusel tekivad muundunud materjalid, mis käituvad teistmoodi.

Olukorda raskendab keskkonnatingimuste mõju nanoosakeste muundumisele, näiteks temperatuur või mitmesuguste soolade või muude orgaaniliste või anorgaanilisete osakeste olemasolu.

Lisaks mõjutab vastastiktoime organismidega konkreetseid muundumisreaktsioone. See toime on kahepoolne – osakesed ja organismid mõjutavad üksteist vastastikku, näiteks muudavad detoksifitseerimisreaktsioonid osakeste põhiomadusi. 

Need füüsikalised, keemilised ja bioloogilised muundumisprotsessid toimuvad kohe ning väga sageli samal ajal pärast vabanemist, mõjutades liikumist, liikuvust, omastamist organismides ja vastastiktoimet organismidega. Nende protsesside vastastiktoime ja nanoosakeste liikumine määrab nanoosakeste käitumise keskkonnas ning lõppkokkuvõttes nende võimaliku ökotoksilisuse.

 

Mis on orgaaniliste nanomaterjalide ja pinnete biolagunemine?

Biolagunemine on looduslik keskkonnaprotsess, kus mikroorganismid lagundavad orgaanilist materjali, võttes ringlusse bioloogiliselt olulisi elemente.

Biolagunemine toimub ka orgaaniliste kemikaalidega. Mida kiiremini on kemikaal biolaguneb, seda parem, sest siis kaob ühend keskkonnast kiiremini ja põhjustab vähem kahju. Kemikaali ohu hindamisel tuleb seepärast kaua kasutatud standardkatsete abil (nt OECD katsesuunised) uurida kemikaali biolagunevuse määramiseks selle võimalikku püsivust.

Nagu iga n-ö tavalise kemikaali korral, on keskne küsimus, kas ja kuidas biolagunevad keskkonnas orgaanilised nanomaterjalid või pinded. Arvestades nanomaterjalide ainulaadseid omadusi, uurivad teadlased, kas kehtivad standardkatsed sobivad nanomaterjalide biolagunevuse määramiseks.

Kuigi esialgu näib, et olemasolevad katsemeetodid põhimõtteliselt toimivad, tuleb teha tehnoloogilisi täiustusi, et pigem arvestada nanospetsiifilisi nõudeid kui muuta olemasolevaid katseid või arendada uusi meetodeid.