14.9.1
Specifika nanomateriálů
prof. RNDr. Pavel Danihelka
NahoruÚvod
Jednou z nejdynamičtěji se rozvíjejících disciplín současnosti je nanotechnologie a její stav lze přirovnat k prudkému rozvoji výpočetní techniky v 60. letech nebo biotechnologií v 80. letech minulého století. Světové investice do výzkumu a vývoje nanotechnologií poskytované vládami stouply mezi lety 1997 a 2010 téměř padesátkrát na více než 20 miliard dolarů ročně a investice výrobních společností ještě daleko více. Odhaduje se, že v roce 2016 bude roční příspěvek nanotechnologií do světové ekonomiky kolem trilionu (tisíc miliard) dolarů a průmysl nanotechnologií bude zaměstnávat nejméně dva miliony lidí. Další desítky až stovky milionů pak budou exponovány nanomateriálům jako konzumenti nebo během jejich životního cyklu včetně osudu v životním prostředí. Takto radikální změny se projeví také v otázkách bezpečnosti vyráběných a používaných materiálů a probíhají tak dramaticky, že společnost zatím nestačila dostatečně rychle reagovat v oblasti studia nebezpečných vlastností nanomateriálů a v následujících regulačních procesech a v legislativě.
Nanotechnologie patří mezi nejdynamičtěji se rozvíjející oblasti a jako každá nová technologie s sebou přináší i nově se objevující rizika, tzv. "emerging risks". To vede k nutnosti tato rizika, ale i další změny v bezpečnosti přímo nebo nepřímo vyvolané nanotechnologiemi podrobit příslušnému výzkumu a na základě jeho výsledků upravit příslušnou regulaci – normy a legislativu.
Cílem textu v následujících kapitolách je probrat otázky bezpečnosti přímo související s nanotechnologiemi v širším kontextu benefitů a rizik těmito technologiemi vyvolanými. Informace jsou tudíž zaměřeny prioritně na úmyslně vyráběné nanomateriály a související technologie, nicméně jsou zmíněny i nepřímo vyvolané potřeby, související s nanomateriály vznikajícími nechtěně při průmyslových procesech, a to jak v nanotechnologiích samých, tak v dalších průmyslových odvětvích. V přírodě samovolně vznikající objekty odpovídající velikostně nanočásticím však nejsou předmětem zájmu průmyslové bezpečnosti ani regulace, a proto se jim věnujeme jen okrajově.
Předpona "nano-" pochází z řečtiny a znamená "trpaslík", avšak ve vědě a technice znamená 10-9, tj. jednu miliardtinu (= 0,000000001). Jeden nanometr (nm), tj. miliardtina metru, je desettisíckrát menší než tloušťka lidského vlasu, viz např. (KOM(2004) 338 v konečném znění).
Za nanomateriály se obecně považují takové útvary, u nichž jeden nebo více rozměrů leží zhruba v rozsahu jednoho až sto nanometrů. Ve shodě s tím je v americkém programu Národní nanotechnologická iniciativa (NNI) z března 2004 použita definice: "Nanotechnologie je výzkum a technologický vývoj na atomové, molekulární nebo makromolekulární úrovni, v rozměrové škále přibližně 1–100 nm. Je to též vytváření a používání struktur, zařízení a systémů, které mají v důsledku svých malých nebo intermediárních rozměrů nové vlastnosti a funkce. Je to rovněž dovednost manipulovat s objekty na atomové úrovni." Významné je, že v oblasti nanorozměrů již přestávají platit zákony klasické fyziky ve své podobě pro makrosvět a začínají se projevovat také kvantové vlastnosti atomárního mikrosvěta, takže nanomateriály mají jiné vlastnosti než stejné chemické sloučeniny v kompaktní podobě. Tak například bílý oxid titaničitý je v nanorozměrech průhledný, částice zlata nabývají různých barev podle své velikosti, uhlíkaté nanotrubice mají mechanickou pevnost až stonásobně převyšující ocel, některé fullereny jsou tvrdší než diamant, objevuje se supravodivost nebo další nové vlastnosti jako superparamagnetičnost atd.
Základní otázkou při řešení problematiky bezpečnosti nanotechnologií je definice jejich předmětu – nanomateriálů. V současné době však neexistuje univerzální a jednotná mezinárodně dohodnutá definice.
V doporučení Evropské komise ze dne 18. října 2011 o definici nanomateriálů (2011/696/EU) je "nanomateriál" vymezen jako přírodní materiál, materiál vzniklý jako vedlejší (nechtěný) produkt nebo materiál synteticky vyrobený, obsahující částice v neprovázaném stavu nebo jako agregát (vázaný slabými silami) či aglomerát, ve kterém je u 50 % nebo více částic ve velikostním rozdělení jeden nebo více vnějších rozměrů v rozmezí velikosti 1–100 nm.
Ve zvláštních případech, a opravňují-li k tomu obavy týkající se životního prostředí, zdraví, bezpečnosti nebo konkurenceschopnosti, může být hranice 50 % ve velikostním rozdělení nahrazena hranicí mezi 1 a 50 %. Fullereny, grafenové vločky a jednostěnné uhlíkové nanotrubice s jedním nebo více rozměry pod 1 nm jsou rovněž považovány za nanomateriály. Tuto definici mají používat členské státy, agentury EU a hospodářské subjekty v ní. Komise ji bude podle potřeby používat také v právních předpisech EU a v prováděcích nástrojích. Jsou-li v některých právních předpisech EU uvedeny jiné definice, budou příslušná ustanovení přizpůsobena, aby byl zajištěn jednotný přístup. Přesto však v některých odvětvích může přetrvat potřeba specifického řešení. Komise plánuje provádění přezkumu této definice (COM(2012) 572 final).
ISO však definuje nanomateriál jinak – jako materiál s kterýmkoliv vnějším rozměrem v nanostupnici nebo s vnitřní strukturou či strukturou povrchu v nanostupnici, viz ISO/TS 80004-1:2010 Nanotechnologies – Vocabulary – Part 1: Core terms. Norma ČSN P CEN ISO/TS 27687 (012011) rozlišuje termíny nanobjekt (materiál s jedním, dvěma nebo třemi vnějšími rozměry v nanostupnici), nanočástice (nanobjekt se všemi třemi vnějšími rozměry v nanostupnici, tj. rozpětí velikosti přibližně od 1 nm do 100 nm), nanodeska či nanodestička (nanoobjekt s jedním vnějším rozměrem v nanostupnici a s dvěma dalšími vnějšími rozměry výrazně většími) a nanovlákno (nanoobjekt se dvěma podobnými vnějšími rozměry v nanostupnici a třetím rozměrem významně větším).
Americká a australská vláda se v rámci definování nanomateriálů soustředila na úmyslně vyráběné materiály. Pracovní definice nanomateriálů australské NICNAS (National Industrial Chemicals Notification and Assessment Scheme) je následující: "Průmyslové materiály úmyslně navrhované nebo vyráběné pro své unikátní vlastnosti nebo specifické složení v nanostupnici (tj. rozpětí velikosti přibližně od 1 nm do 100 nm). Jedná se o nanobjekty (tj. materiály s jedním, dvěma nebo třemi vnějšími rozměry v nanostupnici) nebo nanostrukturované materiály, tj. materiály mající vnitřní nebo vnější strukturu v nanostupnici." Americká EPA v rámci programu pro monitorování nanomateriálů (Stewardship Program for Nanoscale Materials, 2007) definovala pojem "engineered nanoscale material" jako jakoukoliv částici, látku nebo materiál vyrobené tak, aby měli jeden nebo více rozměrů v nanostupnici.
Souhrnný přehled různých přístupů k definování nanomateriálů zpracovali Lövestam s kolektivem.
Většina současných definic nanomateriálů se zaměřuje výhradně na velikostní aspekt (1–100 nm). Je tak opomíjena skutečnost, že nanomateriály jsou různorodá skupina materiálů s velmi rozdílnými vlastnostmi. Aby bylo možné předvídat potenciální dopady nanomateriálů, bylo by vhodné přijmout klasifikaci založenou na klíčových parametrech, funkčnosti nebo na biologických interakcích, to však je…
