Evoluția nanomaterialelor în mediu
Cercetările arată că nanomaterialele suferă transformări imediate și complexe odată cu eliberarea în mediul înconjurător. Aceste transformări pot fi biologice, fizice sau chimice și sunt influențate de caracteristicile specifice ale materialelor, precum și de condițiile de mediu.
Nanomaterialele pot să pătrundă în mediu în orice etapă a ciclului de viață: în timpul producerii materiei prime, în momentul utilizării unui produs care conține nanomateriale sau atunci când produsul este reciclat sau transformat în deșeu. Eliberarea lor poate avea loc direct, de exemplu atunci când o persoană înoată după ce a folosit un produs de protecție solară care conține un nanomaterial, sau indirect, prin sisteme tehnice cum ar fi o stație de epurare a apelor uzate.
Pentru a înțelege modul în care se comportă diferitele nanomateriale în diverse condiții de mediu, este important să luăm în considerare transformările lor de natură chimică, fizică și biologică.
Procesele de transformare sunt complexe și au loc simultan
Transformările pe care le suferă nanoparticulele în mediu depind de compoziția lor, care are caracter unic și se definește prin dimensiune, compoziția nucleului și tratamentul suprafeței, denumit acoperire sau înveliș. Acești parametri determină în mod covârșitor stabilitatea, dizolvarea sau aglomerarea particulelor, procese care generează materiale transformate, cu comportament diferit.
Procesul de transformare a nanoparticulelor se complică sub influența condițiilor de mediu, cum sunt temperatura, prezența a diverse săruri sau a altor particule organice și anorganice.
Nu în ultimul rând, reacțiile de transformare specifice sunt afectate de interacțiunea cu organismele. Această interacțiune are loc în ambele sensuri, deoarece particulele și organismele se influențează reciproc – de exemplu, reacțiile de detoxificare modifică anumite caracteristici de bază ale particulelor.
Aceste procese de transformare fizică, chimică și biologică au loc instantaneu și foarte adesea simultan în urma eliberării; ele influențează modul de transport, mobilitatea, potențialul de absorbție în organisme și interacțiunea cu organismele. Efectul combinat al acestor procese și al transportării nanoparticulelor determină evoluția și, în cele din urmă, potențialul ecotoxicologic al acestora.
Cum are loc biodegradarea nanomaterialelor organice și a învelișului organic al suprafeței nanomaterialelor?
Biodegradarea este un proces natural în mediu, în care microorganismele descompun orice materie organică în scopul de a recicla elementele esențiale din punct de vedere biologic.
Acest principiu al biodegradării este valabil și în cazul substanțelor organice. Este bine ca rata de biodegradare a unei substanțe să fie cât mai rapidă, deoarece astfel compusul dispare mai rapid din mediu și poate să provoace mai puține daune. Din acest motiv, este obligatoriu să se investigheze potențiala persistență a substanței în cadrul evaluării securității chimice, aplicându-se teste standard consacrate (de exemplu, ghidurile de testare ale OCDE) pentru a se stabili biodegradabilitatea substanței.
Prin urmare, la fel ca în cazul oricărei substanțe „convenționale”, se pune întrebarea importantă dacă și cum are loc biodegradarea nanomaterialelor organice sau a învelișurilor organice ale acestora atunci când sunt eliberate în mediu. Având în vedere proprietățile unice ale nanomaterialelor, cercetătorii încearcă să afle dacă testele standard consacrate sunt potrivite pentru analizarea potențialului de biodegradare.
Deși primele indicii arată că, în principiu, metodele de testare existente dau rezultate, sunt necesare mai multe eforturi în direcția unor îmbunătățiri tehnologice care să răspundă cerințelor specifice nanomaterialelor, mai degrabă decât înspre modificarea testelor existente sau înspre elaborarea unor metode noi.