European Observatory for Nanomaterials

Tutkimus osoittaa, että nanomateriaaleissa tapahtuu välittömästi monimutkaisia muutoksia, kun ne vapautetaan ympäristöön. Muutokset voivat olla biologisia, fysikaalisia tai kemiallisia. Niihin vaikuttavat materiaalien erityisominaisuudet ja ympäristön olosuhteet.

Nanomateriaalit voivat joutua ympäristöön elinkaarensa missä tahansa vaiheessa: raaka-aineita tuotettaessa, käytettäessä nanomateriaaleja sisältävää tuotetta tai silloin, kun tuote kierrätetään tai muuttuu jätteeksi. Tämä voi tapahtua suoraan, esimerkiksi jos uidessa käytetään nanomateriaalia sisältävää aurinkosuojatuotetta, tai epäsuorasti teknisten järjestelmien, kuten jätevedenpuhdistamojen, kautta.

Jotta ymmärrettäisiin, miten erilaiset nanomateriaalit käyttäytyvät eri ympäristöoloissa, on tärkeää huomioida niissä tapahtuvat kemialliset, fysikaaliset ja biologiset muutokset.

Muutosprosessit ovat monimutkaisia ja samanaikaisia

Se, miten nanohiukkaset muuttuvat ympäristössä, määräytyy niiden ainutlaatuisen koostumuksen mukaan. Koostumukseen puolestaan vaikuttavat nanohiukkasen koko, ytimen koostumus ja pintakäsittely, jota kutsutaan pinnoitukseksi tai suojaukseksi. Nämä parametrit vaikuttavat ratkaisevasti stabiiliuteen, liukenevuuteen ja agglomeroitumistaipumukseen, minkä vuoksi muuttuneet materiaalit käyttäytyvät hyvin eri tavoilla.

Tilannetta monimutkaistaa edelleen ympäristöolosuhteiden vaikutus nanohiukkasten muuttumiseen. Tällaisia olosuhteita ovat esimerkiksi lämpötila sekä erilaisten suolojen ja muiden orgaanisten tai epäorgaanisten hiukkasten mahdollinen läsnäolo.

Lisäksi myös vuorovaikutus eliöiden kanssa vaikuttaa erityisiin muutosreaktioihin. Tämä vuorovaikutus toimii molempiin suuntiin: hiukkaset ja eliöt vaikuttavat toisiinsa, esimerkiksi detoksikaatioreaktiot muuttavat hiukkasten keskeisiä ominaisuuksia. 

Nämä fysikaaliset, kemialliset ja biologiset muutosprosessit tapahtuvat välittömästi ja hyvin usein keskenään samanaikaisesti vapautumisen jälkeen. Ne vaikuttavat kulkeutumiseen, liikkuvuuteen, eliöiden sisälle päätymisen todennäköisyyteen sekä vuorovaikutukseen eliöiden kanssa. Muutosprosessien ja nanohiukkasten kulkeutumisen välinen vuorovaikutus ratkaisee nanohiukkasten käyttäytymistavan ja lopulta niiden mahdollisen myrkyllisyyden ympäristölle.

Entä orgaanisten nanomateriaalien ja pinnoitusaineiden biohajoaminen?

Biohajoaminen on luonnollinen prosessi ympäristössä, jossa pieneliöt hajottavat kaiken orgaanisen aineksen ja kierrättävät biologisesti tarpeelliset osat.

Biohajoamisen periaate koskee myös orgaanisia kemikaaleja. Mitä suurempi on kemikaalin biohajoamisnopeus, sitä parempi, koska tällöin yhdiste poistuu ympäristöstä nopeammin ja aiheuttaa vähemmän haittoja. Tämän vuoksi vaatimuksena on, että kemiallisia vaaroja arvioitaessa tutkitaan mahdollista hidasta hajoamista hyvin vakiintuneilla standarditesteillä (esimerkiksi OECD-testiohjeiden mukaisesti) ja määritetään siten tietyn kemikaalin biohajoavuus.

Kuten minkä tahansa ”tavanomaisen” kemikaalinkin kohdalla, keskeinen kysymys siis on, hajoavatko orgaaniset nanomateriaalit ja pinnoitusaineet vapautuessaan ympäristöön ja jos hajoavat, millä tavalla se tapahtuu. Nanomateriaalien ainutlaatuiset ominaisuudet huomioiden tutkijat selvittävät nyt, kuinka vakiintuneet standarditestit soveltuvat näiden materiaalien biohajoavuuden analysointiin.

Vaikka ensimmäiset tulokset viittaavat siihen, että nykyiset testimenetelmät periaatteessa toimivat, on panostettava enemmän nanospesifiset erityisvaatimukset huomioivan teknologian parantamiseen kuin nykyisten testien muuttamiseen tai uusien menetelmien kehittämiseen.