Sự độc hại của ống nano carbon đến môi trường sinh thái và con người

(H2N2)-Nhóm nghiên cứu Cirimat (1) do Emmanuel Flahaut đứng đầu đã liên liên kết với nhiều phòng thí nghiệm Toulouse (2) và một đơn vị Inserm ở Bordeaux để nghiên cứu ảnh hưởng của các ống nano carbon đến sức khoẻ con người và môi trường. Ba năm nghiên cứu với nhiều bài báo đã được đăng và hai ấn phẩm mới nhất trên tạp chí Nanomedicine vào tháng 8 làm dấy lên sự hoài nghi: “ Chúng ta biết gì về độc tính của các hạt nano đối với môi trường và sức khoẻ của con người?”

Ống nano carbon

Trong những năm gần đây vật liệu nano thu hút nhiều nhà khoa hoc nghiên cứu vì nó có nhiều ứng dụng hấp dẫn. Và trong các nghiên cứu đó, ống nano nano carbon là vật liệu được quan tâm nhiều nhất với các ứng dụng từ việc làm màn hình phẳng, các hạt phân tán thuốc, đến các vật liệu compsit, …

Các sản phẩm thương mại chứa NTC đã được bán trên thị trường. Tuy nhiên, độc tính của sản phẩm này thì chưa ai được biết rõ. Hàng trăm tấn NTC được sản suất trên thế giới mỗi năm và đang tăng mạnh trong những năm gần đây. Vấn đề xử lý rác thải và những rủi ro trong quá trình sản xuất vật liệu này là một câu hỏi mang tính thời sự và các nghiên cứu quy mô về vấn đề này đã được tiến hành.

Trong cơ thể người, các đại thực bào và các bạch cầu có nhiệm vụ tìm kiếm và tấn công ống nano carbon xâm nhập vào cơ thể bằng cách hình thành các trung gian viêm và sau đó được cơ thể đào thải ra ngoài. Đây là phản ứng bình thường của tế bào để đào thải các dị vật hiện diện trong tế bào, các NTC là các dị vật do không có tính đặc thù và sẽ bị hệ thống miễn dịch của cơ thể đào thải ra .

Các thử nghiệm về độc tính của NTC được tiến hành bằng phương pháp nuôi cấy tế bào sử dụng các tế bào của hệ hô hấp (tế bào mũi và phổi). Các tế bào được chọn để nghiên cứu thường là các tế bào ung thư, do có khả năng sinh trưởng mạnh, hoặt là các tế bào gốc là những tế bào chưa biệt hoá và có thể phát triển thành bất cứ tế bào nào trong cơ thể. Tất cả các tế bào này đều chịu tương tác với các NTC (với cường độ tuỳ thuộc vào liều dùng), nhưng các tế bào ung thư thể hiện khả năng đề kháng cao hơn. Các NTC có thể đã xâm nhập vào tế bào, ít ra là trong tế bào chất. Các hạt nano hấp thu thụ động vào tế bào và gây độc tính thông qua triệu chứng viêm và hình thành các gốc tự do (stress oxydant). Các gốc tự do là một sản phẩm phụ tự nhiên của sự trao đổi chất bình thường của oxy và có vai trò quan trọng trong tín hiệu tế bào. Tuy nhiên, trong thời gian bị kích thích của môi trường (ví dụ như tia cực tím hoặc tiếp xúc với nhiệt), sự hình thành các gốc tự do tăng lên đáng kể. Điều này có thể gây tổn thương đáng kể cho các cấu trúc tế bào.

Các nghiên cứu cho thấy, khi các NTC xâm nhập vào tế bào thì nó cũng có khả năng kích thích hình thành các gốc tự do như vậy, do đó nếu NTC được phân tán tốt hơn và xâm nhập với nồng độ cao trong tế bào thì nó hoàn toàn có thể ức chế sự phát triển của tế bào đó. Ngoài ra các NTC còn là rối loạn sự trao đổi chất và bài tiết tế bào. Khi xâm nhập vào tế bào nó hình thành các chất trung gian và ảnh hưởng đến sự nhận biết đặc hiệu của tế bào và các hệ thống liên tục của tế bào bị rối loạn.

Các phương pháp hoá học tinh chế NTC thường được sử dụng trong công nghiệp xử lý, tổng hợp nguyên liệu để cải thiện sự phân tán của nó trong nước (3). Do đó, các ống nano sẽ dễ xâm nhập vào tế bào và ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của tế bào. Vì vậy, độc tính của NTC sẽ tăng do sự phân tán tốt hơn của các ống nano.

Để nghiên cứu tác động của các ống nano về môi trường, nhóm nghiên cứu đã sử dụng mô hình động vật lưỡng cư đặc biệt, được quan sát trực tiếp trong môi trường nước. Các hiệu ứng đáng kể đầu tiên đã được quan sát thấy khi nồng độ của NTC cao hơn 10mg/l. Nồng độ này là rất cao và có thể tương ứng với một nơi ô nhiễm bất thường. Không có bằng chứng gây đột biến gen thể hiện trong điều kiện thử nghiệm. Có vẻ như là độc tính quan sát có thể là do tác động cơ học (rối loạn trao đổi khí ở mang, rối loạn của ruột và tiêu hóa), mà không nhất thiết phải liên quan đến tác dụng thực chất của các ống nano.

Ếch và nòng nọc sử dụng trong nghiên cứu

Các kết quả nghiên cứu cho thấy NTC không có độc đến sức khoẻ và môi trường sinh thái. Nhưng nó đề suất các khuyến nghị phòng ngừa một khi tổng hợp một lượng lớn các sản phẩm tiêu dùng có thể gây ô nhiễm môi trường trong quá trình sử dụng (như lốp xe chẳng hạn) hoặc là rác thải sau khi sử dụng. Các sản phẩm từ NTC phải an toàn đối với con người trong điều kiện sử dụng bình thường của sản phẩm. Rác thải NTC có thể được xử lý bằng cách đốt để thu nhệt, tận dụng triệt để năng lượng nhiệt và bảo vệ môi trường. Kết quả nghiên cứu này cho thấy tầm quan trọng của mô hình nuôi cấy tế bào trong việc thử nghiệm độc tính được nghiên cứu trong phòng thí nghiệm .

(1) Trung tâm Nghiên cứu Interuniversity và Kỹ thuật Vật liệu (CNRS / Université Paul Sabatier Toulouse 3 / INP Toulouse)

(2) Ecolab (CNRS / Université Paul Sabatier Toulouse 3 / INP Toulouse)

Viện Louis Bugnard, đơn vị trung gian của Viêm đại thực bào và tế bào tương tác (Inserm / Đại học Paul Sabatier Toulouse 3 / bệnh viện của Toulouse) Phòng thí nghiệm Vật liệu sinh học và sửa chữa mô “tại Bordeaux (Inserm U577)

(3) Các phương pháp điều chế dẫn đến một thay đổi của bề mặt ống nano làm tăng mối quan hệ của nó đối với nước và do đó giải thích khả năng phát tán lớn hơn.

Thạch Út Đồng (Theo France-Science)

Nguồn Cyberchemvn.com

Tham khảo

Kevin WH Kwok, Kenneth MY Leung, Emmanuel Flahaut, Jinping Cheng, Shuk Han Cheng

Chronic toxicity of double-walled carbon nanotubes to three marine organisms: influence of different dispersion methods

Nanomedicine, aout 2010

Florence Mouchet, Perine Landois, Pascal Puech, Eric Pinelli, Emmanuel Flahaut, Laury Gauthier

Carbon nanotube ecotoxicity in amphibians: assessment of multiwalled carbon nanotubes and comparison with double-walled carbon nanotubes

Nanomedicine, aout 2010

Emmanuel Flahaut

Introduction to the special focus issue: environmental toxicity of nanoparticles

Nanomedicine, aout 2010