saludynanotecnologa-131129092837-phpapp01

Nanotecnologa y ambiente.Seguridad y salud en la exposicin a nanopartculas y cermicos

Francisco Prieto Garca28 de Noviembre 2012

UNIVERSIDAD AUTNOMA DEL ESTADO DE HIDALGOINSTITUTO DE CIENCIAS BSICAS E INGENIERAREA ACADMICA DE QUMICA

Programa

1. Introduccin2. Definiciones3. Presencia de la nanotecnologa en la vida comnCaractersticasClasificacinUsos y aplicaciones4. Exposicin a nanopartculas5. Produccin de nanopartculas de forma artificial. Procedimientos.6. Valoracin y medicin de nanopartculas. Valores lmites ambientales7. Riesgos para la seguridad y salud por la exposicin a nanopartculas (efectos para la salud) y toxicologa8. Medidas preventivas y de control Bibliografa

1. Introduccin Nanotecnologa puede definirse como el estudio, diseo, creacin, sntesis, manipulacin y aplicacin de materiales, aparatos y sistemas funcionales a travs del control de la materia a nanoescala, y la explotacin de fenmenos y propiedades de la materia a nanoescala.

1. IntroduccinPara el desarrollo de la nanotecnologa ha sido fundamental la implementacin de nuevas tcnicas: microscopa ha permitido la caracterizacin de materiales a escala nanomtrica e incluso su manipulacin.El microscopio de efecto tnel (scanning tunneling microscope, STM), desarrollado en 1981 (laboratorios de la IBM-Zurich por Gerd Binning y Heini Rohrer), proporciona una va de acceso a la nanodimensin, mbito en el que nuestras manos, o las pinzas habituales, resultan excesivamente grandes.

STM adquisicin de imgenes: similar al mtodo utilizado por los ciegos. La "mano", del STM , es la punta de un alambre metlico, afilada hasta dimensiones atmicas. Acercando la punta a la superficie a distancias del orden de ngstroms, y controlando la corriente electrnica que se establece por efecto tnel entre la punta y la muestra (es decir, estableciendo una diferencia de potencial, y manteniendo constante la distancia de separacin entre ambas), es posible visualizar la superficie "palpada" (como al tacto) cuando la punta barre las distintas zonas topogrficas. El movimiento de la punta dibuja la topografa superficial.

Las nanopartculas pueden propagarse y persistir en el medio ambiente, pudiendo tener un importante impacto medioambiental.

Es importante distinguir, los nanomateriales de las partculas ultrafinas. En ambos casos se trata de partculas con tamaos

2. DefinicionesNanotecnologa: diseo, caracterizacin, produccin y aplicacin de estructuras, dispositivos y sistemas mediante el control del tamao y la forma a una escala de 10-9 m (= 1 nanmetro).

Nanmetro: Unidad de longitud equivalente a una millonsima de milmetro (10-9 m). Smbolo: nm.

Nanociencia: estudio de las propiedades, fenmenos y manipulacin de materiales a escala atmica, molecular y macromolecular

Nanoescala y/o Nanopartcula: Tener una o ms dimensiones del orden de 100 nm o menos.

Nanomateriales: Materiales con una o ms dimensiones externas o una estructura interna a nanoescala.

Nanoestructura: Estructura con una o ms dimensiones en la nanoescala.

Nanocompuestos: compuestos en los que al menos una de las fases tiene una dimensin de la nanoescala.

Imagen de: http://mems.sandia.gov.

caro de tamao 300 m y micromecanismo 10 m

Mapa conceptual resumen

3. Presencia de la nanotecnologa en la vida comn

La nanotecnologa aborda directamente la posibilidad de disear materiales y mquinas a partir del reordenamiento de tomos y molculas.

Las propiedades de los materiales dependen de cmo estn ordenados los tomos que los constituyen. Segn se configuren los tomos de carbono podemos tener carbn o diamante

Fluorescencia de nanocristales de selenuro de cadmio (CdSe)Los colores notablemente intensos y vistosos de los compuestos de coordinacin estn determinados por la diferencia de energa entre los conjuntos de orbitales eg y t2g en sus iones complejos.

El ion hidratado Ti3+ (Z=22) Hexacuo titanio III,es un ion d1, con el electrn d en uno de los tres orbitales t2g de menor energa. La diferencia de energa entre los orbitales eg y t2g en este ion corresponde a la energa de los fotones que abarca el intervalo verde (495-570 nm) y amarillo (570590 nm). Cuando la luz blanca incide sobre la disolucin, estos colores se absorben, y el electrn salta a uno de los orbitales eg. Se emite luz roja, azul y violeta, as que la disolucin se ve de color prpura. El tamao del compuesto formado (complejo) igualmente conlleva a cambios en los patrones de absorcin y/o emisin.

Absorbe rojo y violeta3d63d53d73d93d32p6

Predecir el color al que adsorbe el [Ni(H2O)6]2+ Z=281s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s2, 3d8

[Ni(H2O)6]2+ + en (aq)= [Ni(H2O)4]2+ en (aq) + 2H2O[Ni(H2O)4]2+ en (aq) = [Ni(H2O)2]2+ en(aq) + 2H2O[Ni(H2O)2]2+ en(aq) = [Ni en (aq)]2+ + 2H2O

La fabricacin de superficies inteligentes es un asunto de investigacin importante para el futuro cercano. Diversas estructuras son capaces de adaptar sus propiedades a condiciones ambientales, como las ventanas con grado de transmisin controlable , o superficies autolimpiables basadas en nanopartculas fotocatalticas de TiO2.

Usando una membrana de unos pocos nanmetros de grosor se pueden filtrar lquidos y molculas muy parecidas en tamao. Esta membrana funciona 10 veces ms rpido que las que se usan actualmente para purificar la sangre o para separar un nico tipo de molculas del resto

Filtro membrana de Si poroso con 160 membranas. Cada una con un grosor de 15 nm. Estas membranas se han crecido depositando tres capas, una de silicio amorfo entre dos de dixido de Si, sobre una oblea de Si. Sometiendo a esta oblea a temperaturas superiores a 700 C, se consigue la cristalizacin del silicio amorfo, formndose los poros. Con un control exhaustivo de la temperatura son capaces de controlar el tamao medio de los poros

La Fsica de Superficies est estrechamente ligada con la nanociencia. En el momento en que reducimos el tamao del slido, la relacin superficie/volumen aumenta. Entre los ltimos avances en este campo se encuentra el twin-action nanosensor, un nanosensor ptico de polmero que cambia de color segn detecta diversos iones metlicos a distintas temperaturas

Los efectos cunticos cobran especial relevancia. Material de tamao nanomtrico pueden presentar propiedades completamente diferentes a las de mayor tamao. Por ejemplo, de una lmina de aluminio extraemos pequeos pedacitos, stos seguirn comportndose como el aluminio aunque sean muy pequeos. Las piezas de aluminio del orden de nanmetros presentan propiedades completamente diferentes: son muy inestables y explotan con facilidad.


Los tres grandes sectores en nanotecnologa que hasta el momento han despertado mayor inters son la nanoelectrnica, la nanobiotecnologa y los nanomateriales.


Lo ms novedoso en nanoelectrnica, es el grafeno. Novedoso material, derivado del grafito y con un solo tomo de grosor, con propiedades nicas, flexibilidad, conductibilidad y resistencia, que le dan todas las posibilidades para ser el sucesor del silicio, principal componente en la fabricacin de pantallas tctiles

Nanobiotecnologa

Investigadores de la Universidad Autnoma de Barcelona (UAB) han desarrollado un nuevo tipo de nanopldoras para tratar la colitis ulcerosa y la psoriasis desde el interior de las clulas. Estos nanocompuestos "tienen gran afinidad con las clulas de mamferos, son capaces de penetrar en su interior y, una vez all, liberar la protena teraputica",

Nanomateriales

Las nanopartculas a nuestro alrededor

En el mundo natural hay muchos ejemplos de estructuras que existen con las dimensiones del nanmetro, como son las molculas esenciales del cuerpo humano (ADN, protenas, fosfolpidos, lpidos, clulas, etc.)

El ambiente habitual puede contener 20.000 nanopartculas por centmetro cubico.En un bosque, esta cifra puede elevarse a 50.000, y en una calle de la ciudad a 100.000 nanopartculas.

Nanopartculas en el suelo, aunque estas no deberan ser excesivamente peligrosas (por su composicin) siendo utilizadas como descontaminantes .

Las nanopartculas en suspensin en el aire son tan pequeas que no pueden ser detectadas a simple vista, pero son capaces de afectar muy visiblemente a los patrones meteorolgicos y a la salud humana en todo el mundo, y no de manera favorable

Pintura azul de los mayas consista en un material hbrido nanoestructurado de forma natural

Las pompas de jabn cambian de color sin el empleo de colorantes: consisten en pelculas de unos cientos de nanmetrosFotografa: nanopartculas de plata sensibles a la luz.

El azul maya destaca entre los pigmentos histricos conocidos debido a sus excelentes propiedades, no solo posee un color intenso, sino que es resistente a la luz, a la biocorrosin y al calor moderado, no se decolora ante el cido ntrico concentrado, los lcalis ni los solventes orgnicos, y los murales ejecutados con l han tolerado bien la humedad durante cientos de aos. Se le considera el primer pigmento orgnico estable.En cuanto a su color, en las muestras arqueolgicas puede ser azul turquesa o azul verdoso y ms o menos claro u oscuro, diferencias que se atribuyen a variaciones intencionales o accidentales en su proceso de fabricacin o a la tcnica de pintura utilizada (mezcla con blanco, aplicacin sobre otro color ms oscuro).Especficamente, los mayas fusionaron con calor el ndigo y la paligorskita, mediante la quema de una mezcla de incienso copal (paligorskita y probablemente hojas de planta del ndigo).

C16H8N2Na2O8S2(Mg,Al)5(Si,Al)8O20(OH)28H2O ndigopaligorskitaLa paligorskita, es un filosilicato con diferencias estructurales al con el resto de su familia. Estructuralmente est formada por lminas discontnuas Tetra:Octa:Tetra, resultando combinaciones dioctahdricas trilaminares y presenta hbito fibroso Son capaces de absorber agua u otras molculas en el espacio interlaminar o en los canales estructurales. 50-100nm

3.1. Caractersticas de las nanopartculas

Rango: de 0,2 nm hasta los 100 nm.Gran rea superficialRelacin entre el nmero de tomos superficiales y el tamao de la partcula es de carcter exponencialPropiedades elctricas, mecnicas, magnticas, pticas o qumicas diferentes a las de los mismos materiales a escala no nanomtricaReactividad y por tanto, su toxicidad, se ven tambin aumentadas (ya que el nmero de tomos en contacto con la superficie es mayor).

Se ha demostrado que tener catalizadores nanoestructurados aumenta enormemente el poder cataltico de una sustancia, ya que aumenta la superficie disponible para que se produzca la reaccin

Los principales parmetros caractersticos de las nanopartculas son su forma, tamao, la superficie y la estructura interna.

Las nanopartculas se pueden encontrar en los aerosoles (slidos o lquidos en el aire), suspensiones (slidos en lquidos) o emulsiones (lquidos en lquidos).

Las nanopartculas de TiO2 en los protectores solares, tienen la misma composicin qumica que las partculas de mayor tamao TiO2 blanco que se han venido utilizando en los productos convencionales durante dcadas, pero el TiO2 a nanoescala es transparente.

El oxido de estao es otro ejemplo ya que las nanopartculas de este oxido se incorporan a una capa para proporcionar resistencia al rayado y ofrecen una proteccin transparente a la radiacin ultra-violeta, aspecto que no puede conseguirse con partculas de mayor tamao.

3.2. Clasificacina) Nanopartculas de origen natural: Algunas son de origen biolgico, como por ejemplo muchos virus y bacterias y otras son de origen mineral o medioambiental como las que contiene el polvo de arena o las nieblas y humos derivados de la actividad volcnica o de los fuegos forestales.

Las nanopartculas de xido de hierro se estn estudiando para su uso como transportadoras de frmacos antitumorales, como agentes que mejoran la imagen de tejidos daados o como detectores de molculas cuya presencia en sangre revela la existencia de ciertas enfermedades.

3.2. Clasificacinb) Nanopartculas generadas por la actividad humana:Nanopartculas producidas de forma involuntaria son las que se producen en ciertos procesos industriales conocidos, como la pirolisis a la llama del negro de carbono, produccin de materiales a gran escala por procedimientos a altas temperaturas (humo de slice, partculas ultrafinas de oxido de titanio y metales ultrafinos), procesos de combustin (diesel, carbn), obtencin de pigmentos, procesos mecnicos (lijado, mecanizado, pulido, etc.) o en procesos domsticos (barbacoas, humos de aceite, etc.).

Nanohilos de silicio: son cilindros de silicio con un dimetro tpico de unas decenas de nanmetros. Estn entre los ms prometedores sistemas unidimensionales para futuras aplicaciones en el campo de la nanoelectrnica y ya se ha demostrado la posibilidad de utilizarlos para realizar transistores de dimensiones nanoscpicas. Posee una buena estabilidad mecnica y, bajo ciertas condiciones, una movilidad de los electrones mucho ms elevada que en dispositivos tradicionales de silicio.

c) Nanopartculas artificiales o manufacturadas

Las nanopartculas generadas deliberadamente se producen mediante nanotecnologas.

Los mtodos para la obtencin de nanopartculas son, de dos tipos: los llamados top-down (reduccin de tamaos), en los que se llega a nanomateriales sometiendo los materiales convencionales a diversos procesos y los bottom-up en los que se construyen nanopartculas a partir de tomos o molculas

Por su tipologa: Tres dimensiones a escala manomtrica: nanocristales, fullerenos y puntos cunticos.

Dos dimensiones a escala nanomtrica: nanotubos y los nanohilos.

Una dimensin a escala nanomtrica: estructuras que se utilizan en los recubrimientos de superficies o pelculas finas en los que solo su grosor es de orden manomtrico.

FullerenosPuntos cunticosNanotubos de carbono

Los nanotubos muestran otras propiedades electrnicas muy interesantesCapacidad para conducir corrienteConvertir seales electrnicas en pticasEmisin de luz muy focalizada

Nanohilos de TiO2Grafeno

Nanoespumas de carbono

Se pueden citar otros nanomateriales como: dendrmeros, nanomateriales bioinspirados, materiales nanoestructurados de xidos metlicos, nanopartculas de metales, etc.

3.3. Usos y aplicaciones

Nanopartculas de plata, propiedades antibacterianas, para lavavajillas, secadoras, neveras, textil, etc. Tejidos repelentes al agua: efecto antimicrobiano, hidrofobicidad, resistencia trmica. Palos de golf: se aplican nanometales a los palos para que sean ms fuertes y mas ligeros. Pelotas de tenis: se ha utilizado la nanotecnologa para fabricar pelotas de tenis que tardan mucho mas en desinflarse, fabricadas con una capa interior compuesta de nanoarcillas. Nanocristales aadidos a los dentfricos para reforzar la dentina.3.3. Usos y aplicaciones

Nanomateriales se utilizan en biologa y medicina en una gran variedad de formas, incluyendo la aplicacin directa de productos en pacientes: administracin de frmacos y terapia gnica, separacin y purificacin de molculas biolgicas y clulas, como etiquetas fluorescentes biolgicas, agentes de contraste de imagen, sondas a nanoescala o biochips, y en la tecnologa de microciruga.

3.3. Usos y aplicaciones

Nanocables orgnicos semiconductores

Chips de silicio dentro de clulas vivas. Imagen de una clula eucariota con una animacin de chips y grfica superpuesta que relaciona los transistores que se podran introducir en una clula.

FuturoPara futuro prximo se anuncia que Nokia Morph es un modelo futurista producto de la nanotecnologa que est siendo desarrollada por Nokia Research Center en colaboracin con el centro de nanociencia de Cambriedge. Es un mvil de material flexible nunca antes visto, estirable, transparente, fuerte material y de superficie autolimpiante, sus tejidos y estructuras elsticas permiten nuevas transformaciones en su diseo, tiene sensores integrados que proporcionan informacin del medio ambiente y funciona al alimentarse de energa solar.

4. Exposicin a nanopartculas

Hay dos tipos de exposiciones ocupacionales:

a) Procesos cuyo objetivo no es la produccin de nano-objetos ni la aplicacin de estos, pero durante dichos procesos se pueden generar partculas ultrafinas (PUF): Las PUF son emitidas involuntariamente en algunos procesos industriales, especialmente durante los procesos mecnicos y trmicos o durante la combustin.

b) La exposicin durante la fabricacin y uso intencional de nano-objetos y nanomateriales: Nanopartculas generadas deliberadamente mediante las nanotecnologas. En este caso la exposicin se puede dar en todas las etapas de produccin. Desde la recepcin y almacenamiento de materias primas hasta el envasado y transporte de productos terminados.

Existe una normatividad de la Unin Europea (UNE-EN 481, desde 1995), que ha establecido con enfoque clsico, considerar concentraciones personales en masa por unidad de volumen (mg/m3) para cada una de las fracciones (inhalable, torcica y respirable).

Para realizar este tipo de evaluacin es necesario que:

1. Exista un ndice para definir adecuadamente la exposicin.2. La medida que se obtenga de este ndice sea representativa de lo que est respirando el trabajador.3. Se disponga de mtodos analticos capaces de medir ese ndice de exposicin.4. Se conozcan niveles a los que dichas partculas tienen efectos para la salud.

Equipos de medida existentes hasta ahora en el mercado para medicin de nanopartculas son muy voluminosos No se ha decidido an, si lo adecuado sera un ndice en forma de concentracin msica, numrica o de rea superficial. No existen lmites de exposicin publicados, entre otros motivos porque son difciles de establecer ya que en general no se conocen los niveles para los cuales las nanopartculas tienen efectos sobre la salud, especialmente materiales sintticos dado que no hay suficientes estudios epidemiolgicos ni toxicolgicos, y que aparecen nuevos nanomateriales continuamente en el mercado.

Matriz de decisiones en funcin de la severidad y laProbabilidad de estar expuestos a nanopartculas

Clculo de la puntuacin de severidad

Equivalente a la peligrosidad intrnseca de la sustancia de otros mtodos simplificados. En la metodologa del COSHH Essentials del HSE (Health and Safety, 2003) la puntuacin se asigna en funcin de las frases R, lo que no es factible en la mayora de los casos. La puntuacin de severidad se obtiene sumando las aportaciones de 15 factores basados en las propiedades que los autores han considerado ms relevantes al evaluar la toxicidad de las nanopartculas.

En caso de carcinogenicidad, un nanomaterial se considerar carcinognico si es cancergeno tanto en humanos como en animales. Por el momento se han identificado pocos nanomateriales como carcinognicos, un ejemplo es el TiO2 clasificado como carcingeno potencial (2B) por la IARC (INTERNATIONAL AGENCY FOR RESEARCH ON CANCER) o algunos otros clasificados por el sistema IRIS (INTEGRATED RISK INFORMATION SYSTEM).

CARCINGENOS

Categora 1: Sustancias que, se sabe, son carcinognicas para el hombre. Se dispone de elementos suficientes para establecer la existencias de CAUSA/EFECTO entre la exposicin del hombre a tales sustancias y la aparicin del cncer.Categora 2: Sustancias que pueden ser consideradas como carcingenas para el hombre. Se supone que pueden aparecer lesiones de cncer luego de exposiciones prolongadas y que han sido probadas a largos plazos en animales.Categora 3: Sustancias que son preocupantes para el hombre pero que no se dispone de informacin suficiente por pruebas con animales.Categoria 1: Amianto, Arseniatos, Benceno, Cloruro de vinilo, Erionita, Ytrio, Monxido de nquel y Sulfuro de nquel, xido de titanio, xido de zinc, ..Categoria 2: Acrilamida, Cloruro de cadmio, fibras cermicas (Asbesto), Brea..

AnticancergenosPolmeros bodegradables, ej.: poli-3-hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato (PHBV), contra el cncer de mama.Encapsulacin en nanopartculas de polisteres de radioistopos como el Rhenio (186Re, 188Re)Boratos como frmacos encapsulados

mbitos industriales en los que se pueden generar nanopartculas de forma intencionada:El sector de las nanotecnologas, el desarrollo de la investigacin primaria (universidades y otros grupos de investigacin).Empresas dedicadas al desarrollo, produccin y uso de los nanomateriales o sus productos (alimentacin, automocin, electrnica, industrias de semiconductores, etc).

Empresas qumicas y farmacuticas; fabricacin de cosmticos y bloqueadores solares, productos para el cuidado de la piel (xidos metlicos, tales como el dixido de titanio, oxido de hierro, u oxido de zinc), etc.

Parmetros que influyen en el grado de exposicin:Naturaleza de los nano-objetos.La concentracin.Duracin y frecuencia de la exposicin.Mtodos de sntesis.Capacidad de que pasen al ambiente de trabajo en forma de polvo o como gotas o aerosoles.Uso y formas de manipulacin de los nanomateriales en los distintos procesos.Grado de confinamiento.

5. Produccin de nanopartculas de forma artificial. Procedimientos

El mtodo top-down (de arriba hacia abajo): las nanoestructuras se fabrican desde estructuras mas grandes, a travs de progresivas reducciones del tamao, implica la desaparicin de las grandes piezas de material para generar las necesarias nanoestructuras a partir de estos.

Este mtodo es especialmente adecuado para la generacin de interconexiones y estructuras integradas, por ejemplo para circuitos electrnicos. Las tcnicas que se pueden utilizar para la obtencin de nanopartculas mediante este mtodo, son tcnicas mecnicas (trituracin, molienda y aleacin), tcnicas de alta deformacin, y tcnicas de consolidacin y densificacin.


El mtodo botton up (de abajo hacia arriba): las nanoestructuras son fabricadas a travs de sus componentes individuales, tomos o molculas. Para que este proceso tenga lugar es necesario que las molculas tiendan espontneamente a formar complejos mas grandes.

Muchos procesos biolgicos, que se desarrollan en la naturaleza desde hace millones de aos, se basan en este comportamiento. Es un mtodo muy potente de crear estructuras idnticas a las estructuras atmicas, como las entidades supramoleculares funcionales de los organismos vivos.


Los mtodos actuales para fabricacin de nanomateriales se clasifican en tres categorias:

Por procesos fsicos

Por procesos qumicos

Por procesos mecnicos

Por procesos fsicos

Evaporacin / condensacin. Ablacin por lser. Descargas elctricas. Combustin por llama. Pirlisis por lser. Microondas. Descomposicin cataltica. Deposicin fsica de vapor PVD (Physical Vapor Deposition), etc.

Almina nanoestructurada (NSA) recientemente descubierta como insecticida (Stadler et al., 2010), se caracteriza por partculas de 40-60m y una superficie especfica de 14m2.g-1 que forman agregados grandes. Desde el punto de vista qumico, es xido de aluminio (Al2O3). A diferencia de la almina natural, la NSA es el resultado de una sntesis qumica por combustin, cuyo producto es un polvo homogneo de alto grado de pureza con caractersticas uniformes y propiedades fsico-qumicas especficas, que resultan del proceso de fabricacin y son responsables de la actividad insecticida (Stadler et al., 2010).

Antenito distal de Sitophilus oryzae (Gorgojo del arroz), visto en micrografia MEB 700x. Insecto sin tratamiento (control); b) Insecto tratado con NSA; p = partculas de NSA (almina nanoestructurada). Acta por absorcin sobrel as ceras cuticulares de los insectos (Cook et al., 2008).

Por procesos qumicos

Reacciones en fase de vapor agrupados bajo el trmino de CVD (Chemical Vapor Deposition). Reacciones en medio lquido, coprecipitacin qumica (ferritas va hidroqumica), hidrlisis, etc. Reacciones en estado slido (mecanosntesis de ferritas) Fluidos supercrticos mediante reaccin qumica. Tcnicas de sol-gel

Ferritas nanomtricas magnticas

Funcionalizacin de nanopartculas y obtencin por mtodos qumicos

FUNCIONALIZACIN DE NANOPARTCULAS DE ORO CON CIDO TICTICO PARA LA INMOVILIZACIN ESPECFICA DE PROTENAS CON COLAS DE HISTIDINA

Superficies nanoestructuradas para optimizar la eficiencia de celdas fotovoltaicas, sensores pticos. Nanoestructuras en rea grande va litografa de interferencia. Lneas o agujeros con picos de 180 nm y resolucin inferior a 30 nm sobre superficies de 100 cm2. Tpicamente se fabrican sobre silicio o vidrio, que pueden recubrirse con metal o semiconductores.

Desarrollo de recubrimientos a medida para aplicaciones de autolimpieza, biocidas, repelentes al agua Envases biodegradables para mejorar sus propiedades y aadir otras nuevas (antibacterias, barrera de gases, filtro UV). Filtros para instalaciones de agua. Pinturas con propiedades especiales.

Unin de biomolculas sobre superficies o nanopartculas. Funcionalizacin de superficies para fabricacin de biosensores. Nanopartculas para vehiculizacin de sustancias qumicas

La funcionalizacin se puede dar en varias zonas: los extremos, la pared cilndrica o el interior de la nanopartcula. La reactividad de este tipo de partculas es mayor en los extremos y defectos. En el caso de los nanotubos de carbono una mayor curvatura favorece el cambio de los tomos de carbono de su hibridacin original SP2 a una hibridacin SP3.

Por la misma razn, los nanotubos de menor dimetro son ms reactivos, mientras que el interior de los mismos presenta una reactividad despreciable, posibilitando el almacenamiento de especies reactivas.

Por procesos mecnicos

Molienda de alta energa o de aleacin mecnica. Consolidacin y densificacin. Tcnicas de alta deformacin: torsin, friccin, laminados, etc.

Manganita de lantano obtenida por mecanosntesis. Imagen de alta resolucin de partculas de mezclas molidas durante 9 horas (relacin B:P|W de 6:1).Nanopartculas de CaCO3 por va seca mediante molienda mecnica

6. Valoracin y medicin de nanopartculas. Valores lmites ambientales

Los productos qumicos en su forma de nanopartculas tienen propiedades muy diferentes a la de los mismos en su tamao mayor.

Por lo tanto, pueden distribuirse e interactuar de forma diferente en los sistemas biolgicos.

De ah que sea necesario evaluar los riesgos derivados de las nanopartculas que puedan entrar en contacto con los seres humanos, otras especies, o el medio ambiente.

Variabales importante a tener en consideracinRango de tamao, forma y composicin de las nanopartculasActualmente la evidencia sobre el comportamiento de nanopartculas en sistemas biolgicos se limita principalmente a los metales de transicin, silicio, carbono (nanotubos, fullerenos) xidos de metal y unos pocos agentes que han sido seleccionados como potenciales vectores de los agentes farmacuticos

La peligrosidad de la exposicin a nanopartculas se puede deber a:

a) La materia en tamaos de nanopartculas.

b) La composicin qumica de la partcula.

c) Una combinacin de a) y b).

Rutas de exposicin

InhalacinIngestinDrmica

Inhalacin: va principal de entrada de nanopartculas en el cuerpo. En este caso el tamao de partcula puede influir sobre las propiedades biolgicas de una sustancia. Por exposicin hay pruebas de que las nanopartculas pueden ser capaces de penetrar las membranas celulares y por lo tanto entrar en varias clulas tipo.Partculas mas grandes pueden ser excluidas. Si las nanopartculas pueden penetrar las membranas celulares, se supone que tienen el potencial para llegar a otros rganos.

Tambin interacciones de las nanopartculas con biomolculas, como el ADN, ARN, inducen especies reactivas del oxigeno y el consecuente estrs oxidativo experimentado por las clulas.Hay muy poca informacin acerca de como las nanopartculas pueden ser distribuidas dentro de las clulas una vez absorbidas.Hay pruebas de que las nanopartculas en el aire, a diferencia de las partculas mas grandes, son capaces, a travs de la nariz, de pasar a lo largo del nervio olfativo y entrar en el cerebro.

Una aproximacin a cmo se pueden detectar y medir las nanopartculas. Limitaciones

Mediciones basadas en el uso combinado de fraccionamiento de flujo de campo de flujo asimtrico con espectrometra de masas de plasma acoplado inductivamente y dispersin de luz ultra violeta multi-ngulo.Estos permiten deteccin y caracterizacin de nanomateriales inorgnicos, de tamao entre 1-100 nm sumados a muestras complejas, incluidos los alimentos.En la actualidad los instrumentos disponibles pueden detectar partculas tan pequeas como de 3 nm, pudiendo llegar a alcanzar el lmite de 1 nm.

Recientemente se han desarrollado procedimientos que implican la utilizacin de un espectrmetro de masas lo que permite medir de forma muy precisa la composicin qumica de nanopartculas de tamaos especficos dentro de un gas.La microscopia electrnica es el mtodo habitual para estudiar el tamao, forma y estructura de las partculas en lquidos, pudiendo detectar partculas inferiores a 10 nm.

Evaluacin y caracterizacin de la exposicin

Se pueden tener en cuenta estos pasos para caracterizar la exposicin laboral a nanopartculas:

Determinar el tipo de proceso donde puedan existir nanopartculas (procesos a altas temperaturas, combustin, procesos mecnicos, manipulacin de nanopartculas, nanotecnologa: produccin de nanotubos, etc.).Identificar las fuentes de emisin principales.Definir la toxicidad.Determinar la exposicin/concentracin en el ambiente.

Caracterizar la exposicin en trminos de masa, rea superficial y numero (en masa existe el problema de que no se llegue al lmite de deteccin del equipo de medicin).

La medicin de la exposicin a nanoaerosoles nicamente en trminos de concentracin en masa, no es suficiente para evaluar el riesgo potencial para la salud.

Instrumentos y tcnicas para la medicin de la exposicin a nanoaerosoles

Algunos de los equipos ms usados para la medicin de nanopartculas son:

Condensadores de partculas (10-1000 nm): contaje por dispersin de la luz.

SMPS (Scanning Mobility Particle Sizer): permite conocer la distribucin de tamaos de las nanopartculas adems del nmero.

ELPI (impactador de cascada): separa por dimetro aerodinmico. Da la distribucin por tamao en nmero.

LimitacionesNo existe un ndice (masa, nmero de partculas o superficie) que defina adecuadamente la exposicin.

No se dispone de mtodos analticos capaces de medir ese ndice de exposicin.

No se conocen niveles especficos a los que dichas partculas tienen efectos adversos para la salud.

Tampoco existen lmites de exposicin profesional publicados.

Los equipos de medida actuales no parecen adecuados para muestreo personal, tampoco permiten discriminar entre las partculas ultrafinas de fondo y nanopartculas generadas en el proceso estudiado.

Algunos valores lmites propuestos

Partculas de dixido de titanio (TiO2): Partculas finas, con dimetro > 0,1 m: OEL (Occupational Exposure Limit): limite de exposicin ocupacional = 1,5 mg/m3.

Partculas ultrafinas (que se pueden asemejar a nanopartculas), con dimetro < 0,1 m: OEL = 0,1 mg/m3.

Para metales, xidos metlicos y otros nanomateriales biopersistentes con una densidad > 6.000 Kg/m3, se propone un lmite de 20.000 partculas/cm3 (en el rango de medicin entre 1 y 100 nm) como concentracin que no debe superarse.

Para nanomateriales biopersistentes con una densidad < 6.000 Kg/m3, se propone un lmite de 40.000 partculas/cm3 (en el rango de medida entre 1-100 nm) que no debe ser superado.

Para nanotubos de carbono, una concentracin de fibras de 10.000 f/m3 se propone para la evaluacin, basndose en su posible similitud con las fibras de amianto.

Nuevas normas, que evalan aspectos de biocompatibilidad y toxicidad de los nanomateriales:E2524, Prctica para el anlisis de las propiedades hemolticas de las nanopartculas. Es un protocolo para examinar la destruccin de los glbulos rojos (hemlisis) que puede causar anemia, ictericia y otros males. Todas las drogas de administracin intravenosa deben ser examinadas para determinar su potencial de causar hemlisis. E2525, Mtodo de prueba para la evaluacin del efecto de los materiales nanoparticulados sobre la formacin de colonias de granulocitos/macrfagos en ratones. Describe un mtodo para evaluar la estimulacin o inhibicin de las nanopartculas de ciertas clulas de la mdula sea, o macrfagos. Un efecto colateral comn de las drogas contra el cncer es la inhibicin de las clulas de la mdula sea y pueden ser particularmente sensibles al material a nanoescala. E2526, Prctica para la evaluacin de la citotoxicidad de material nanoparticulado en clulas renales de porcinos. Debido a que los estudios han indicado que muchas nanopartculas se eliminan del cuerpo a travs del rin o el hgado, estos rganos resultan una buena eleccin como objetivo de una evaluacin de la toxicidad en los rganos. Presenta un mtodo para evaluar la toxicidad del nanomaterial examinando los efectos sobre el rin y las clulas cancerosas del hgado.

7. Riesgos para la seguridad y salud por la exposicin a nanopartculas (efectos para la salud) y toxicologa

Los principales factores que pueden determinar los efectos toxicolgicos de los nanomateriales en el organismo son:

Factores que dependen de la exposicin (va de penetracin, duracin de la exposicin, concentracin).

Factores que dependen del organismo expuesto (susceptibilidad individual, realizacin de una actividad fsica en el lugar de trabajo, lugar de depsito, ruta que siguen las nanopartculas una vez que se han introducido en el organismo).

Factores relacionados con los nanomateriales (toxicidad intrnseca de la sustancia).

Los dos factores que ms influencian la distribucin son: el flujo sanguneo y la afinidad de los distintos rganos o tejidos por el agente.

8. Medidas preventivas y de controlDe forma general la extraccin localizada junto con la filtracin y la ventilacin general deberan ser efectivas para el control de estos materiales (RL1 y RL2)Sin embargo hay que prestar especial atencin a: La cantidad de materia (masa o nmero de partculas). Mayor cantidad significa mayor riesgo de exposicin. Si se trata de polvo seco o no. En el primer caso es ms fcil que pueda dispersarse en el ambiente. El nivel de contencin del proceso. Cuanto mas cerrado, el riesgo de exposicin es ms bajo. El tiempo de exposicin. La tendencia que presentan a aglomerarse.

Operaciones con nanomateriales que requieren medidas de tipo tcnico Trabajos con nanomateriales en fase lquida durante operaciones de trasvase, mezclas o aquellas en que tienen lugar una agitacin elevada. Generacin de partculas mediante corriente de gas. Manejo de polvos con nanoestructura. Mantenimiento de equipos y procesos de fabricacin de nanomateriales. Limpieza de los equipos de trabajo o de los sistemas de extraccin utilizados en la captura de nanopartculasPROCESAMIENTO COLOIDAL PARA LA OBTENCION DE MATERIALES COMPUESTOS NANOESTRUCTURADOS METALINTERMETALICO MEDIANTE TECNICAS PULVIMETALURGICAS

Medidas tcnicasSustitucin de sustancias, procesos y equipos (prioridad hmedo al seco)Aislamiento o encerramiento del proceso Extraccin localizada (RL1 y RL2). Uso de filtros de partculas de alta eficiencia (ver tipos HEPA, ULPA o SULPA) Recirculacin del aire y filtracin

Fibras de vidrioentre 0.5 y 2 m

Medidas organizativasNo guardar o consumir comida y bebidas Prohibir aplicacin de cosmticos Disponer de lavabos para lavarse y promover los hbitos de utilizarlos Quitarse la ropa de proteccin o batas para acceder a otras reas Facilitar duchas y cambio de ropa (prevenir contaminacin) Evitar tocarse la cara u otras partes del cuerpo expuestas con los dedos contaminados (exposicin por ingestin puede ser consecuencia del contacto entre mano y boca) Limpiar rea de trabajo como mnimo al final de la jornada laboral (sistemas de aspiracin dotados de filtros de alta eficiencia y sistemas de barrido hmedos).Reduccin del tiempo de exposicin.Limitar al menor nmero posible los trabajadores expuestos

Otros aspectos importantesProtecciones personalesControl de derramesVigilancia de la saludTrabajadores sensiblesFormacin e informacin a los trabajadoresRiesgo de incendio y explosin

Polvos en procesos a escala industrial de nanomateriales es un alto riesgo de explosin El primer caso de explosin de polvo de harina se produjo en 1785. La ltima se produjo en 2008 en una fbrica en la ciudad de Portventvort, GeorgiaEl encendido de nanomateriales metlicos, tales como aluminio nanopyli requiere menos energa que 1 mJEsto es debido a que se produce por friccin internanopartculas, una mayor cantidad de electricidad estticaEstas cargas estticas acumuladas pueden provocar explosiones e incendios

Stephen William Hawking (Oxford, 08-01-1942) fsico, cosmlogo y cientfico britnico. Padece una enfermedad motoneuronal relacionada con la Esclerosis Lateral Amiotrfica (ELA) que ha ido agravando su estado con el paso de los aos, hasta dejarlo casi completamente paralizado, y lo ha forzado a comunicarse a travs de un aparato generador de voz. Stephen Hawking: "El peligro radica en que nuestro poder para daar o destruir el medio ambiente, o al prjimo, aumenta a mucha mayor velocidad que nuestra sabidura en el uso de ese poder."

El hombre ha transformado de tal modo la materia que ha sido capaz de transformarse a s mismo., y de que modo.., sin medir

CONSECUENCIAS

Gracias a todos por su atencin

*************************************************************************************************************************

Documents

saludynanotecnologa-131129092837-phpapp01