Nanomaterial
Kontaktperson vid IMM:
Dr Hanna Karlsson
Förekomst och exponering
Nanomaterial definieras ofta som material med minst en dimension i storleksintervallet 1-100 nm. Partiklar i nanostorlek bildas exempelvis vid förbrÀnning, och i luften nÀra en trafikerad vÀg finns det ofta flera tusen nanopartiklar per kubikcentimeter. PÄ senare Är har dessutom avsiktlig framstÀllning av material i nanoskala ökat markant och mÄnga experter menar att nanoteknologin utgör en ny industriell revolution med tillÀmpningar inom en rad olika omrÄden. Material i nanostorlek har andra egenskaper Àn större partiklar av samma Àmne, och dessa egenskaper kan i mÄnga fall vara mycket anvÀndbara. NÄgra exempel Àr optiska egenskaper, vattenlöslighet, magnetism och smÀltpunkt. Nya egenskaper medför dock en risk för nya och oförutsedda effekter pÄ miljö och hÀlsa. Vid inandning kommer nanopartiklar djupt ned i lungan och de har i mÄnga fall en mer reaktiv yta och Àr dÀrför ofta skadligare jÀmfört med större partiklar (1).
Det Àr i nulÀget svÄrt att veta vilka nanomaterial som finns pÄ den svenska marknaden och Kemikalieinspektionen har föreslagit att den som anmÀler produkter till det sÄ kallade produktregistret Àven ska ge information om eventuella nanomaterial som avsiktligt tillsatts till produkten (2). Andra lÀnder inom EU (Frankrike, Belgien, Danmark) har redan infört liknande register. FrÄgan om ett EU-register över nanomaterial diskuteras ocksÄ av Europeiska kommissionen. Nanomaterial omfattas av den europeiska kemikalielagstiftningen REACH, men det pÄgÄr en diskussion om huruvida REACH Àr anpassat för nanomaterial. Inom REACH Àr kraven för registrering och testning av olika Àmnen beroende pÄ hur mycket som tillverkas eller importeras per Är (mindre Àn ett ton per Är behövs ingen registrering). Eftersom nanomaterial i mÄnga fall tillverkas eller importeras i relativt liten skala diskuteras exempelvis frÄgan om lÀgre viktgrÀnser för registrering skulle behövas.
Det finns i dag olika databaser över konsumentprodukter som innehĂ„ller nanomaterial. De tvĂ„ som innefattar flest produkter Ă€r en amerikansk databas som har funnits sedan 2006 (se ) och sedan 2012 finns Ă€ven en dansk databas âThe Nanodatabaseâ som fokuserar pĂ„ produkter som Ă€r tillgĂ€ngliga inom EU, och som uppdateras mer regelbundet (). I âThe Nanodatabaseâ finns över 3000 produkter registrerade, men det Ă€r svĂ„rt att berĂ€kna exponeringen dĂ„ det saknas information om koncentrationen av nanopartiklar i de olika produkterna (3). Tillverkningen av nanomaterial i Sverige sker frĂ€mst vid högskolor, pĂ„ branschinstitut samt inom ett fĂ„tal industrier (4). Globalt sett Ă€r nanopartiklar av silver, titandioxid, zinkoxid, samt kolnanorör nĂ„gra av de material som framstĂ€lls i störst omfattning. Nanosilver Ă€r det nanomaterial som har rapporterats ingĂ„ i flest konsumentprodukter (3) och det anvĂ€nds frĂ€mst som antimikrobiellt Ă€mne i t.ex. textilier. Titandioxid (TiO2) i nanostorlek slĂ€pper igenom synligt ljus och reflekterar samtidigt UV-ljus, vilket gör att dessa partiklar ofta anvĂ€nds i solkrĂ€mer. De anvĂ€nds ocksĂ„ för att erhĂ„lla sjĂ€lvrengörande ytor dĂ„ reaktiva Ă€mnen bildas vid UV-bestrĂ„lning. Zinkoxid (ZnO) anvĂ€nds exempelvis i kosmetika och solkrĂ€mer. Kolnanorör anvĂ€nds frĂ€mst som förstĂ€rkningsmaterial i olika typer av polymerer (kompositmaterial) och anvĂ€ndningen förutspĂ„s fortsĂ€tta att öka starkt framöver i en rad olika applikationer. Nedan beskrivs kortfattat (hĂ€lso)effekter, frĂ€mst baserat pĂ„ djurförsök, som har rapporterats för dessa nanomaterial. En viktig aktivitet för att sĂ€kerstĂ€lla testning av nanomaterial har varit ett speciellt testprogram som koordinerats av OECD och som pĂ„gĂ„tt sedan 2007. Genom detta program har 11 olika nanomaterial testats ingĂ„ende (5).
±áĂ€±ôČőŽÇ±đŽÚŽÚ±đ°ìłÙ±đ°ù
Den enda kĂ€nda effekten av silver (frĂ€mst i jonform) som visats pĂ„ mĂ€nniskor Ă€r en grĂ„blĂ„ missfĂ€rgning av framför allt hud och ögonvitor, som kallas argyria. Silverexponering oralt eller via lungorna har visats vara biotillgĂ€ngligt i djurstudier och mĂ„lorganen Ă€r frĂ€mst mjĂ€lte, lever och njurar. Upptag via huden har inte pĂ„visats om huden Ă€r intakt, men dĂ€remot om den Ă€r skadad (6). Generellt verkar silvernanopartiklar ha en relativt lĂ„g toxicitet för mĂ€nniskor och inga kliniska effekter noterades exempelvis i en studie dĂ€r försökspersoner drack nanosilver (1). Det finns dock studier som tyder pĂ„ att nanosilver kan pĂ„verka sammansĂ€ttningen av bakterier i mag-tarmkanalen och det finns en farhĂ„ga att anvĂ€ndning av silver kan göra bakterier resistenta (6), men hĂ€r saknas kunskap. Djurförsök har dock visat en rad effekter sĂ„som pĂ„verkan pĂ„ lungfunktion efter lungexponering samt effekter pĂ„ en viss typ av lymfocyter (NK-celler) dĂ„ rĂ„ttor injicerats med nanosilver (1). Ăven cellstudier har visat en rad skadliga effekter, som exempelvis genotoxicitet, och i mĂ„nga fall Ă€r effekterna storleksberoende och till stor del relaterat till frisĂ€ttning av silverjoner (1).
TiO2 var ett av de första Ă€mnen dĂ€r det tidigt noterades i djurförsök att partiklar i nanostorlek Ă€r mer skadliga Ă€n större partiklar av samma material. Förutom storleken sĂ„ spelar Ă€ven kristallstrukturen en roll för den toxiska effekten hos nanopartiklar av TiO2 (1). Generellt krĂ€vs emellertid höga doser i bĂ„de cell- och djurförsök innan skadliga effekter noteras för dessa material. IARC har klassificerat TiO2 som möjligen cancerframkallande (klass 2B). I en rapport frĂ„n en europeisk expertgrupp (7) som speciellt fokuserade pĂ„ anvĂ€ndning av nanopartiklar av TiO2 i solkrĂ€mer konstaterades att nanopartiklarna inte kan trĂ€nga ned djupt i huden och dĂ€rför inte komma i kontakt med levande celler. Det gĂ„r dock inte att utesluta att de kan de trĂ€nga in i hĂ„rsĂ€ckar och svettkörtlar. TiO2 nanopartiklar som bildar fria radikaler tillsammans med ljus (det vill sĂ€ga de Ă€r âfotokatalytiskaâ) skulle dĂ€rmed kunna skada levande celler. Ăven nĂ€r det gĂ€ller ZnO nanopartiklar drogs slutsatsen att det troligen inte sker nĂ„gon penetration genom huden (8). Det finns dock mĂ„nga cell- och djurstudier som visar toxiska effekter av ZnO nanopartiklar och de flesta visar att frigjorda Zn-joner, bĂ„de extra- och intracellulĂ€rt, spelar stor roll (1). Det finns dock i dag inga tydliga bevis för en ökad cancerrisk vid exponering för olika zinkĂ€mnen. Vid upphettning av zink bildas zinkoxid och inandning av Ă„ngor vid svetsning av galvaniserad plĂ„t kan ge sĂ„ kallad âzinkfrossaâ. Sjukdomen Ă€r influensalik med frossa, feber, hosta, muskelvĂ€rk, illamĂ„ende och krĂ€kningar.
NÀr det gÀller kolnanorör anses deras fiberform problematisk och pÄ senare tid har paralleller dragits med asbest (9). I en kunskapsöversikt skriver Arbetsmiljöverket att tillförlitliga exponeringsdata för kolnanorör saknas och att försiktighetsprincipen bör rÄda vid tillverkning, hantering och anvÀndning av kolnanorör samt bearbetning av material som innehÄller kolnanorör (10). Det Àr för nÀrvarande svÄrt att dra entydiga slutsatser vad gÀller kolnanorörens toxicitet. Flera studier talar dock för att kolnanorör kan utgöra en hÀlsorisk, eftersom man har sett att bÄde enkel- och flervÀggiga kolnanorör kan orsaka inflammation och fibros i luftvÀgar, lungor och lungsÀck, i relevanta djurmodeller (11). I studier dÀr jÀmförelser har gjorts med vÀlkÀnda skadliga fibermaterial (asbest) har man funnit liknande eller kraftigare effekter av kolnanorör (11). I flera studier har man visat att olika flervÀggiga kolnanorör kan orsaka cancerformen mesoteliom pÄ liknande sÀtt som asbest i försöksdjur efter att kolnanorören injicerats direkt i bukhÄlan (11). IARC har klassificerat en viss typ av flervÀggiga kolnanorör (MWCNT-7) som en klass 2B carcinogen (möjligen cancerframkallande för mÀnniska), medan enkelvÀggiga och andra flervÀggiga kolnanorör inte kunde klassificeras (12).
žéŸ±Čő°ìČú±đ»ćöłŸČÔŸ±ČÔČ”
Ur hĂ€lsorisksynpunkt Ă€r det viktigt att skilja pĂ„ nanopartiklar som Ă€r âfriaâ och har möjlighet att ta sig in i kroppen och nanomaterial som Ă€r inbĂ€ddade i en struktur eller en produkt och dĂ€rför inte medför nĂ„gon nĂ€mnvĂ€rd exponering. Det finns i dag flera faktorer som försvĂ„rar riskbedömning av nanopartiklar, bland annat saknas i stor utstrĂ€ckning kunskap om faktiska exponeringsnivĂ„er. Flera konsumentprodukter kan förvĂ€ntas komma i kontakt med huden (3), men enligt flera studier utgör oskadad hud en god barriĂ€r mot partiklar i nanostorlek. DĂ€remot kan exponering via inandning förekomma, vilket gör att sprayprodukter anses vara mindre sĂ€kra. Troligen kommer exponeringen för nanomaterial att öka i takt med att allt fler produkter med nanomaterial framstĂ€lls.
NĂ€r det gĂ€ller silver (inklusive nanosilver) sĂ„ har forskare berĂ€knat ett TDI för oralt intag till 2,5 ”g/kg kroppsvikt/dag (13). För grĂ€nsvĂ€rden i arbetsmiljön har exempelvis National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) ett grĂ€nsvĂ€rde pĂ„ 0,01 mg/m3 för silverdamm och lösligt silver (6). Nyligen föreslog forskare att ett grĂ€nsvĂ€rde pĂ„ 0.19âÎŒg/m3 silvernanopartiklar i luften skulle vara lĂ€mpligt i arbetsmiljön för att skydda frĂ„n skador pĂ„ lunga, lever och hud (14).
För TiO2 i solkrÀmer sÄ konstaterades det i en rapport (7) att sÄ lÀnge partiklarna inte Àr fotokatalytiskt aktiva sÄ bedöms de inte utgöra nÄgon risk för allvarliga hÀlsoeffekter. Det konstaterades dock att sprayer bör undvikas för att minimera risk för lungexponering. NÀr det gÀller TiO2 i arbetsmiljön sÄ rekommenderar NIOSH i USA olika grÀnsvÀrden för fina och ultrafina (nano)partiklar; 2,4 mg/m3 för fina partiklar och 0,3 mg/m3 för ultrafina partiklar (15). Liksom för TiO2 nanopartiklar sÄ bedöms inte ZnO kunna penetrera huden, och bedömningen gjordes dÀrför att förekomsten av ZnO nanopartiklar i olika hudprodukter inte medför nÄgon risk för skadliga effekter (8). DÀremot konstaterades att skadliga effekter observerats efter lungexponering i djurstudier och dÀrför anses sprayprodukter inte vara lika sÀkra som produkter som appliceras pÄ huden.
För kolnanorör har NIOSH rekommenderat ett grĂ€nsvĂ€rde (8 timmars medelvĂ€rde som respirabelt elementĂ€rt kol) om 1 ÎŒg/m3 (11). Det Ă€r viktigt att beakta att kolnanorör förekommer i mĂ„nga olika varianter och att dessa material kan innehĂ„lla andra föroreningar frĂ„n framstĂ€llningsprocessen sĂ„som metaller vilket kan försvĂ„ra tolkningen av toxikologiska tester.
Referenser
1. Karlsson HL, Toprak M, and Bengt Fadeel (2014). Toxicity of metal and metal oxide nanoparticles. Book chapter in "Handbook on Toxicity of Metals". Eds . M. Nordberg, G. Nordberg. Elsevier.
2. Kemikalieinspektionen (2015).
3. Hansen et al (2016). Nanoproducts â what is actually available to European consumers? Environmental Science: Nano, DOI: 10.1039/c5en00182j.
4. VINNOVA (2010).
5. OECD (2016).
6. European Commission, SCENIHR, (2014).
7. European Commission, SCCS, (2014).
8. European Commission (2011).
9.
Kuempel ED, Jaurand MC, MĂžller P, Morimoto Y, Kobayashi N, Pinkerton KE, Sargent LM, Vermeulen RC, Fubini B, Kane AB
Crit Rev Toxicol 2017 Jan;47(1):1-58
10. Arbetsmiljöverket. Kolnanorör â Exponering, toxikologi och skyddsĂ„tgĂ€rder i arbetsmiljön. Rapport 2011:1.
11. National Institute for Occupational Safety and Health. (2013).
12.
Grosse Y, Loomis D, Guyton KZ, Lauby-Secretan B, El Ghissassi F, Bouvard V, Benbrahim-Tallaa L, Guha N, Scoccianti C, Mattock H, Straif K,
Lancet Oncol 2014 Dec;15(13):1427-1428
13.
Hadrup N, Lam HR
Regul Toxicol Pharmacol 2014 Feb;68(1):1-7
14.
Weldon BA, M Faustman E, Oberdörster G, Workman T, Griffith WC, Kneuer C, Yu IJ
Nanotoxicology 2016 09;10(7):945-56
15. National Institute for Occupational Safety and Health (2011). Occupational Exposure to Titanium Dioxide. Current Intelligence Bulletin 63.