Nano-kokoluokan partikkelit ovat hiukkasia, joiden halkaisija vaihtelee hieman alle 100 nanometristä noin yhteen nanometriin. Nanopartikkelien koon havainnollistamiseksi voidaan sanoa, että pingispallon koon suhde maapallon kokoon on suunnilleen sama kuin halkaisijaltaan yhden nanometrin nanohiukkasen suhde pingispallon kokoon.
Vaikka nanokokoluokan nokihiukkasia on käytetty esimerkiksi autonrenkaiden täytteenä 1970-luvulta lähtien, nanoteknologiaan nojaavien teollisuusalojen kasvu on todella kiihtynyt vasta tämän vuosituhannen puolella. Nanoteknologian sovelluksia on yhä enemmän kuluttajatuotteissa, esimerkiksi aurinkovoiteissa, kosmetiikassa, urheiluvälineissä, kuten tennismailoissa ja -palloissa, jääkiekkomailoissa sekä urheilu- ja muissa jalkineissa. Teknologiaa hyödynnetään tekstiileissä, muun muassa kosteutta kestävissä vaatteissa, ja nanokokoluokan hopeaioneja käytetään vaatteissa tuottamaan mikrobeja tuhoava pinta. Nanoteknologian sovellukset ovat erityisen tärkeitä matkapuhelimissa, puhelinverkoissa ja erilaisissa elektroniikkalaitteissa, ja niiden merkitys kasvaa nopeasti.
Myös autoteollisuus käyttää yhä enemmän hyväkseen nanopartikkeleita esimerkiksi automaaleissa, joissa nanokokoiset pigmenttihiukkaset takaavat pinnan paremman kestävyyden ja suojan naarmuttumista vastaan. Nanopartikkeleita käytetään hyväksi myös kehitettäessä kudos- tai solutason täsmälääkkeitä. Niiden avulla lääkeannoksia voitaneen tulevaisuudessa pienentää viemällä lääkkeet vain niihin kohteisiin, joissa niiden halutaan vaikuttavan. Koteihin nanoteknologian sovellukset ovat tulossa pesutiloihin ja käymälöihin, joissa niiden avulla voidaan luoda itsepuhdistuvia ja -desinfioivia pintoja.
Nanoteknologiaa hyödyntämällä on myös kehitetty rakennusten ulkopuolta varten ikkunalaseja, jotka sade pitää puhtaina. Erilaisten nanosovellusten merkitys kasvanee nopeasti myös energiantuotannossa ja ympäristön tilan seurannassa. Jo nyt kehitetään herkkiä ympäristön seurantaan soveltuvia nanoteknologiaa hyödyntäviä tunnistimia.
Teknologisten mahdollisuuksien lisäksi nanoteknologian houkuttelevuutta lisää sen tarjoama raaka-aineiden säästö. Elintarvikepakkauksissa nanoteknologia mahdollistaa erittäin ohuiden pakkausmuovien käytön ja siten huomattavat raaka-aineiden säästöt. Nanoteknologiaan siirtymistä on perusteltu myös nanoluokan hiukkasten edullisilla ominaisuuksilla. Ne eroavat usein merkittävästi muuten samanlaisista mutta suurikokoisemmista hiukkasista. Nanohiukkasten suuri pinta-ala suhteessa painoon erottaa ne normaalikokoisista muuten samanlaisista hiukkasista. Suuri pinta-ala lisää hiukkasten reaktiivisuutta, mitä voidaan hyödyntää monessa nanoteknologian sovelluksessa. Nanohiukkasten etuja perustellaan myös ympäristösyillä, koska materiaalisäästöjen arvellaan johtavan ympäristön kuormituksen vähenemiseen.
Nanohiukkasten terveysja ympäristövaikutusten tutkimus tarvitsee rahoitusta
Nanoteknologian avaamat näköalat ovat nopeasti kasvattaneet nanoteknologisen ja nanomateriaalien ja -partikkelien tutkimuksen volyymia. Vuonna 2005 maailmassa suunnattiin lähes 8 miljardia euroa alan tutkimukseen. Euroopan unionin seitsemännessä puiteohjelmassa nanoteknologiseen tutkimukseen suunnataan julkista rahoitusta yhteensä 3,5 miljardia euroa vuosina 2007–2013. Tätäkin suurempia julkisia tutkimuspanostuksia nanoteknologiaan tehdään Yhdysvalloissa ja Japanissa. Yksittäisten Euroopan unionin jäsenmaiden panokset nanoteknologian tutkimukseen ovat myös suuria. Suomessa käytetään vuosittain 15 miljoonaa euroa alan tutkimukseen ja Saksassa summa on 320 miljoonaa euroa. Teollisuuden investoinnit nanoteknologiseen tutkimukseen ovat saavuttaneet melko nopeasti julkisten tutkimusinvestointien tason ja ohittanevat ne tänä tai ensi vuonna. Vuonna 2005 molempien osuus oli maailmanlaajuisesti noin neljä miljardia euroa. Tutkimus on kohdistunut etupäässä teknologian kehittämiseen ja uusien nanopartikkeleiden tuottamiseen ja karakterisoimiseen teollisia sovelluksia varten. Terveys- tai turvallisuusvaikutuksia ei ole juurikaan tutkittu.
Euroopan unionin seitsemännessä tutkimuksen puiteohjelmassa nanohiukkasten terveys- ja ympäristövaikutuksien tutkimukseen suunnattu osuus lienee jatkossa noin 5 % nanoteknologiaan ja nanotieteisiin suunnatusta tutkimusrahoituksesta eli noin 180 miljoonaa euroa 7 vuoden aikana. Omassa maassamme Työsuojelurahasto ja Suomen Akatemia ovat myöntäneet ensimmäisen kerran tutkimusrahoitusta nanoteknologian terveysvaikutustutkimukseen. Suomen Akatemian FinNano-ohjelman rahoituksesta vajaat 10 % suunnattiin terveysvaikutustutkimukseen vuonna 2006. Vuositasolla tämä merkitsee noin 200 000 euroa. Terveys- ja turvallisuustutkimukseen suunnattu rahoitus on tarpeeseen verrattuna mitätöntä.
Nanoteknologian ja nanohiukkasten terveyshaitat Nanopartikkeleihin ja nanotieteisiin kohdistuva tutkimus on ollut teknologiavetoista. Laadullisesti uudenlaisten nanomateriaalien turvallisuuteen tai mahdollisiin terveys- tai ympäristövaikutuksiin ei ole kiinnitetty huomiota. Teknologia- ja materiaalitutkimushankkeissa on kuitenkin havaittu, että hiukkasten koon pienentyessä niiden pinta-alan suhde painoon kasvaa ja tähän liittyy yleensä nopeasti kasvava hiukkasten reaktiivisuus. Reaktiivisuus on usein haitallista hiukkasten joutuessa tekemisiin elävien organismien kanssa.
Erilaisiin nanopartikkelityyppeihin liittyy hyvin erilaisia ominaisuuksia. Monet nanopartikkelit, jotka sisältävät esimerkiksi piin tai titaanin oksideja, ovat reaktiivisia koosta riippumatta. Nanokokoluokassa ne ovat usein erityisen reaktiivisia. Myös jotkut inertit metallit, kuten kulta, muuttuvat nanokokoluokassa hyvin reaktiivisiksi syistä, joita ei vielä hyvin tunneta.
Nanopartikkelien joukossa hiilinanoputket ovat keskeisiä ja niillä on tärkeitä sovelluksia. Hiilinanoputket näyttävät olevan melko inerttejä, silloin kun ne sisältävät puhdasta hiiltä. Usein niissä on kuitenkin epäpuhtauksina erilaisia metalleja tai mineraaleja tai hiilirunkoon on kiinnitetty tarkoituksella molekyylejä, esimerkiksi lääkeainemolekyylejä, jotka tekevät hiilinanohiukkasistakin hyvin reaktiivisia. Hyvin kuvattujen kemiallisten ja fysikaalisten ominaisuuksiensa takia nanopartikkelit ovat herättäneet kasvavaa huolta viime vuosien aikana.
Ainakin pienemmät nanohiukkaset pääsevät vaivatta elimistöön hengityselinten kautta, jonka jälkeen ne leviävät esteettä eri elimiin ja eri solutyyppeihin esimerkiksi ionikanavia pitkin. Esimerkiksi titaani- ja piidioksidi-nanohiukkaset, erilaiset hiilinanoputket ja metallinanohiukkaset, kuten hopea-, kulta- ja mangaanihiukkaset, voivat imeytyä elimistöön keuhkojen kautta. Mangaanihiukkaset ovat aiheuttaneet erityistä huolta, koska niiden on osoitettu pääsevän myös aivojen hajukuorelle nenän hajuepiteelin hermopäätteitä myöten.
Vaikka useimpien nanohiukkasten kykyä päästä elimistöön ei ole tutkittu, näyttää siltä, että sopivissa olosuhteissa ne pääsevät elimistöön ainakin keuhkojen kautta. Jotkut taas pääsevät nenän kautta aivoihin ja eräät näyttävät läpäisevän kohtalaisen hyvin jopa ihoa. Nanohiukkasten käyttäytymistä ilmassa aerosoleina ja nesteissä suspensioina tunnetaan kuitenkin vielä huonosti. Monilla nanohiukkasilla näyttää olevan taipumus takertua toisiinsa, agglomeroitua, ja muodostaa hyvinkin suuria hiukkasia. Tällöin ne eivät enää käyttäydy nanohiukkasten tavoin.
Vaikka nanohiukkasten terveysvaikutuksista ei ole tarjolla systemaattista tietoa eikä minkään nanohiukkasten vaikutuksia ole tutkittu ihmisissä, monista hiukkastyypeistä on olemassa varsin runsaasti koe-eläinten tai soluviljelmien avulla tuotettua tietoa. Titaani- ja piidioksidinanohiukkasten tiedetään aiheuttavan keuhkotulehdusta ja arpikudoksen muodostumista keuhkoissa. Myös eräät hiilinanoputket aiheuttavat koe-eläimille keuhkotulehduksen oireita. Eräiden nanohiukkasten on osoitettu pääsevän aivoihin keuhkojen kautta ja aiheuttavan muutoksia aivojen keskeisten välittäjäaineiden pitoisuuksissa. Tämän terveydellistä merkitystä ei kuitenkaan vielä tunneta.
Olennaista nanopartikkeleiden mahdollisista terveyshaitoista puhuttaessa on nanopartikkeleiden teollisten sovellusten ja nanoteknologioiden tavattoman nopea laajeneminen ja sitä seuraava todennäköinen työntekijöiden, kuluttajien ja ympäristön altistumisen lisääntyminen. Samalla järjestelmällinen tutkimustieto nanopartikkeleiden mahdollisista haittavaikutuksista ihmisen terveyteen tai ympäristöön puuttuu jokseenkin kokonaan. Myös tiedot työntekijöiden, kuluttajien ja ympäristön altistumisesta ovat niukkoja.
Vaikka tällä hetkellä ihmisten, työntekijöiden, kuluttajien ja ympäristön altistuminen nanohiukkasille lienee varsin vähäistä, se kasvanee tulevaisuudessa nopeasti. On arvioitu, että nanopartikkeleiden kanssa työskentelevien työntekijöiden määrä on noin neljä miljoonaa vuoden 2015 vaiheilla ja alan teollisuuden liikevaihto lähestyy samoihin aikoihin tuhatta miljardia euroa. On siis ymmärrettävää, että julkinen huoli nanopartikkeleiden mahdollisista terveyshaitoista kasvaa. Ainoa tapa hälventää syntyneitä huolia on lisätä luotettavaa tietoa nanoteknologiasta ja nanopartikkeleista sekä varmistaa niiden vastuullinen käyttö.
Nanoteknologian tuotteiden turvallisuus on kaikkien etu EU-komissio ja -parlamentti käsittelevät pian nanopartikkeleiden turvallisuutta säätelevää EU:n uutta kemikaalilainsäädäntöä. Lakipaketti (ns. REACH-asetus) tulee voimaan kevään 2007 aikana. Komissiota tukee arviointityössä muun muassa Kasvavien ja uusien terveysriskien tiedekomitea (Scientific Committee on Emerging and Newly Identified Health Risks; SCENIHR). Se on käsitellyt joukkoa ehdotuksia, jotka tähtäävät nanoteknologiaa ja nanopartikkeleja koskevan tiedon ja luottamuksen lisääntymiseen. Komitea on käsitellyt muun muassa helppokäyttöisten laitteiden kehittämistä työperäisen ja muun altistumisen arvioimisen helpottamiseksi ja huokeiden laitteiden kehittämistä erilaisten työ- ja muiden ympäristöjen nanopartikkelien kuvaamiseksi.
Komitea on käsitellyt myös erilaisten nanopartikkeleiden järjestelmällisen tutkimuksen tärkeyttä EU:n uuden kemikaalilainsäädännön määräysten puitteissa. Keskeinen tavoite olisi selvittää, pääsevätkö erilaiset nanopartikkelit elimistöön. Portaittaisen järjestelmän mukaisesti tutkimusvaatimukset kasvaisivat sitä mukaa, kun vaaditut aikaisemman vaiheen tutkimukset tuottaisivat huolestuttavia tuloksia. Tämä merkitsisi, että suuri osa nanopartikkeleista tutkittaisiin hyvinkin perusteellisesti ihmisen terveyden ja ympäristövaikutusten kannalta. Teollisuuden kanssa käydyissä keskusteluissa on korostettu, että nanoteknologian tuotteiden osoitettu turvallisuus on paitsi työntekijöiden, kuluttajien ja ympäristön, myös teollisuuden etu
Nanopartikkeleiden turvallisuuden varmistamiseksi tehtävä säädösten valmistelutyö on vielä pahasti kesken ja vie todennäköisesti vuosia, ennen kuin lainsäädäntö ja ohjeet ovat riittäviä takaamaan nanopartikkeleiden turvallisuuden. Sitä ennen tärkeä tapa toimia on teollisuuden vakuuttaminen turvallisuuden hyödyistä kaupalliselta ja kilpailun kannalta. Tärkeintä on kuitenkin luotettavan tiedon tuottaminen nanopartikkeleille altistumisesta ja niiden vaikutuksista terveyteen ja ympäristöön. Siinä Työterveyslaitoksen ja sen kumppaneiden merkitys Suomessa ja Euroopan unionissa on keskeinen.
Lisätietoja
European_Commission (2004). Communication from the Commission.
Towards a European strategy for nanotechnology.
Brussels, European Commission, p. 25.
European_Commission (2005). Communication from the Commission to the Council,
The European Parliament and the Economic and Social Committee.
Brussels, European Commission, p. 12.
European_Commission and DG SANCO (2004).
Nanotechnologies: A preliminary Risk Analysis on the basis of a Workshop organized in Brussels on 1-2-March 2004 by the Health and Consumer Protection Directorate General of the European Commission,
European Commission,
Community Health and Consumer Protection, p. 143.
European_Commission_CORDIS (2005). European Technology Platform on NanoMedicine.
Nanotechnology for Health.
Vision Paper and Basis for a Strategic Research Agenda for NanoMedicine,
European Commission,
CORDIS, p. 37.
European_Commission_DG_RESEARCH (2004).
Nanotechnology. Innovation for tomorrow’s world.,
European Commission,
Directorate-General for Research, p. 60.
European_Commission_SCENIHR (2005).
Opinion of the approaches of existing methodologies to assess the potential risks associated with engineered and adventious products of nanotehcnologies.
Brussels, European Commission,
Health & Consumer Protection Directorate
General, Scientific Committee on Emerging and Newly Identified Risks, p. 78.
Ostiquy C G, Lapointe et al.
Health effects of nanoparticles.
Studies and Research Projects.
Montreal, Quebeck,
IRSST 2006;1–53.