Nanomateriais

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O que são nanomateriais?

Os cientistas não se estabeleceram unanimemente em uma definição precisa de nanomateriais, mas concordam que eles são parcialmente caracterizados por seu tamanho minúsculo, medido em nanômetros. Um nanômetro é um milionésimo de milímetro – aproximadamente 100.000 vezes menor que o diâmetro de um cabelo humano.

Partículas de tamanho nanométrico existem na natureza e podem ser criadas a partir de uma variedade de produtos, como carbono ou minerais como a prata, mas os nanomateriais, por definição, devem ter pelo menos uma dimensão que seja inferior a aproximadamente 100 nanômetros. A maioria dos materiais nanométricos são muito pequenos para serem vistos a olho nu e mesmo com microscópios de laboratório convencionais.

Materiais desenvolvidos em tão pequena escala são frequentemente referidos como nanomateriais desenvolvidos (ENMs), que podem assumir propriedades ópticas, magnéticas, eléctricas e outras propriedades únicas. Essas propriedades emergentes têm o potencial de grandes impactos na eletrônica, medicina e outros campos. Por exemplo,

1. Nanotecnologia pode ser usada para projetar produtos farmacêuticos que podem visar órgãos ou células específicas do corpo, como células cancerígenas, e aumentar a eficácia da terapia.
2. Nanomateriais também podem ser adicionados ao cimento, pano e outros materiais para torná-los mais fortes e ainda mais leves.
3. O seu tamanho os torna extremamente úteis em eletrônica, e também podem ser usados em remediação ambiental ou limpeza para se ligar e neutralizar toxinas.

No entanto, embora os nanomateriais concebidos proporcionem grandes benefícios, sabemos muito pouco sobre os potenciais efeitos na saúde humana e no ambiente. Mesmo materiais bem conhecidos, como a prata, por exemplo, podem representar um perigo quando projetados para nano tamanho.

Partículas de tamanho nanométrico podem entrar no corpo humano através da inalação e ingestão e através da pele. Os nanomateriais fibrosos feitos de carbono têm demonstrado induzir inflamação nos pulmões de forma semelhante ao Amianto .

Onde são encontrados nanomateriais?

Alguns nanomateriais podem ocorrer naturalmente, como as proteínas do sangue essenciais à vida e os lipídios encontrados no sangue e na gordura corporal. Os cientistas, porém, estão particularmente interessados em nanomateriais artificiais (ENMs), que são projetados para uso em muitos materiais, dispositivos e estruturas comerciais. Já milhares de produtos comuns – incluindo protetores solares, cosméticos, artigos esportivos, roupas resistentes a manchas, pneus e eletrônicos – são fabricados usando ENMs. Eles também são usados no diagnóstico médico, na produção de imagens e medicamentos e na remediação ambiental.

Quais são alguns dos principais pontos de tomada doméstica que o NIEHS e o NTP querem que as pessoas saibam sobre não-materiais?

Existem três pontos de tomada doméstica principais:

• Não há um único tipo de nanomaterial. Os materiais nanométricos podem, em teoria, ser concebidos a partir de minerais e quase qualquer substância química, e podem diferir no que diz respeito à composição, tamanho da partícula primária, forma, revestimentos de superfície e resistência das ligações das partículas. Alguns dos muitos exemplos incluem os nanocristais, que são compostos por um ponto quântico rodeado por materiais semicondutores, prata nano-escala, dendrimers, que são moléculas ramificadas repetidamente, e fullerenes, que são moléculas de carbono na forma de uma esfera oca, elipsóide ou tubo.
• O tamanho pequeno torna o material ao mesmo tempo promissor e desafiador. Para os pesquisadores, os nanomateriais são frequentemente vistos como uma “espada de dois gumes”. As propriedades que tornam os nanomateriais potencialmente benéficos no desenvolvimento de produtos e no fornecimento de medicamentos, tais como seu tamanho, forma, alta reatividade e outras características únicas, são as mesmas propriedades que causam preocupação sobre a natureza de sua interação com sistemas biológicos e efeitos potenciais no meio ambiente. Por exemplo, a nanotecnologia pode permitir que os sensores detectem quantidades muito pequenas de vapores químicos, mas muitas vezes não há meios para detectar níveis de nanopartículas no ar – uma preocupação particular nos locais de trabalho onde os nanomateriais estão sendo usados.
• Está sendo desenvolvida uma pesquisa focada nos potenciais efeitos à saúde de materiais fabricados à escala nanométrica, mas muito ainda não se sabe. O NIEHS está empenhado em desenvolver novas aplicações dentro das ciências da saúde ambiental, ao mesmo tempo que investiga os riscos potenciais desses materiais para a saúde humana.

Por que o NIEHS está envolvido na nanotecnologia?

O NIEHS tem dois interesses principais no campo da nanotecnologia: aproveitar o poder dos nanomateriais artificiais para melhorar a saúde pública, ao mesmo tempo em que compreende os riscos potenciais associados à exposição aos materiais.

O que o NIEHS está fazendo?

Agora, sabe-se muito pouco sobre os materiais nanométricos e como eles afetam a saúde humana e o meio ambiente. O NIEHS está empenhado em apoiar o desenvolvimento de nanotecnologias que possam ser utilizadas para melhorar produtos e resolver problemas globais em áreas como energia, água, medicina e remediação ambiental, ao mesmo tempo que investiga os riscos potenciais que estes materiais representam para a saúde humana e para o ambiente. Os investigadores do NIEHS estão empenhados na prevenção através do design, uma frase que encarna o esforço para evitar quaisquer riscos potenciais na produção, utilização ou eliminação de produtos e dispositivos em nanoescala, antecipando-os antecipadamente.

O NIEHS desenvolveu um programa integrado e estratégico de pesquisa que inclui o apoio de bolsistas, utilizando nossa experiência em pesquisa interna, investindo no desenvolvimento de aplicações baseadas em nano que beneficiam o ambiente e a saúde pública, e explorando as capacidades de classe mundial de testes de toxicidade do Programa Nacional de Toxicologia (NTP), para compreender os impactos dos nanomateriais artificiais na saúde humana, e para apoiar os objetivos da Iniciativa Nacional de Nanotecnologia .

Uma das principais formas de o NIEHS apoiar a pesquisa sobre os impactos dos nanomateriais artificiais na saúde é através do consórcio NIEHS Centers for Nanotechnology Health Implications Research (NCNHIR). O NCNHIR é um programa interdisciplinar que consiste em oito Centros Cooperativos e outros bolseiros ativos. Criado em 2010, pesquisadores do consórcio estão trabalhando para entender como os nanomateriais artificiais interagem com sistemas biológicos e como esses efeitos podem impactar a saúde humana.

NIEHS também estabeleceu acordos contratuais para caracterização de nanomateriais e uma base de dados informacional para apoiar esse consórcio. Os objetivos gerais desses esforços são obter entendimentos fundamentais sobre as interações dos ENMs com sistemas biológicos para melhor compreender os potenciais riscos à saúde associados à exposição aos ENMs. Estes resultados também orientarão o desenvolvimento e uso seguro da nanotecnologia.

O consórcio cresceu a partir de um trabalho que começou com os bolseiros apoiados através do programa de subsídios Engineered Nanomaterials Grand Opportunity (Nano GO), financiado através do American Recovery and Reinvestment Act. O consórcio NCNHIR continua a construir sobre os protocolos de pesquisa e lições aprendidas através do Nano GO.

Adicionalmente, o NIEHS formou parcerias com outras agências federais para apoiar os beneficiados em todo o país como parte do seu programa de Saúde e Segurança Ambiental. Por exemplo, o NIEHS juntou-se à Agência de Proteção Ambiental (EPA), Fundação Nacional de Ciência (NSF), Instituto Nacional de Segurança e Saúde Ocupacional (NIOSH) e outros institutos e centros do NIH (ICs) ao longo dos anos para apoiar estratégias de pesquisa que abordam os aspectos de saúde e segurança ambiental de materiais de engenharia.

Visitar o site do NIEHS Nano Environmental Health and Safety (Nano EHS) para obter informações adicionais sobre o envolvimento do NIEHS no campo da nanotecnologia.

Visitar o site “Quem Financiamos” para obter uma lista completa dos subsídios apoiados pelo NIEHS. O site “Quem Financiamos”: A lista “Aplicação da Tecnologia à Doença – Nanotecnologia” identifica os bolseiros do NIEHS que trabalham com nanotecnologia.

Folio Research Portfolio Online Reporting Tools (REPORT) fornece acesso a relatórios, dados e análises das atividades de pesquisa do NIH.

Oportunidades e Avisos de Financiamento do NIEHS estão online.

Nanotechnology Notable Papers and Advances – Uma lista pesquisável de 401 artigos sobre nanotecnologia apoiados pelo NIEHS e pela American Recovery and Reinvestment Act of 2009 (ARRA) grants from 2010 – 12 July 12, 2017

NanoHealth and Safety – O NIEHS incentiva e apoia a pesquisa sobre as propriedades subjacentes dos nanomateriais artificiais (ENM) para determinar sua potencial biocompatibilidade ou toxicidade para a saúde humana. Os consórcios estabelecidos pelo NIEHS estão promovendo a colaboração com o objetivo de construir uma base de entendimento sobre como as propriedades químicas e físicas únicas que surgem na nanoescala podem afetar as interações entre as exposições ambientais e o corpo.

Pode você fornecer exemplos do tipo de trabalho financiado pelo NIEHS?

Os pesquisadores do NIEHS produziram centenas de trabalhos avançando nosso conhecimento sobre nanomateriais e seu potencial impacto sobre o meio ambiente. Uma pequena amostragem demonstra a profundidade e amplitude do trabalho:

• Os pesquisadores estavam preocupados se os nanotubos de carbono inalados poderiam levar a certas doenças pulmonares, incluindo fibrose pleural, que resulta no endurecimento e espessamento do tecido que cobre os pulmões, prejudicando a respiração. Testando esta hipótese, eles expuseram ratos de laboratório a doses variadas de poluentes e nanopartículas. Ratos expostos a determinadas doses de nanotubos de carbono desenvolveram fibrose subplural apenas duas a seis semanas após a inalação de nanotubos de carbono. O trabalho sugere que a minimização da inalação de nanotubos é prudente até que sejam realizadas mais avaliações a longo prazo.

• As baixas concentrações de nanopartículas de carbono tiveram efeitos profundos no revestimento celular dos túbulos renais – uma estrutura crítica nos rins. Tanto a função celular de barreira como a expressão de proteínas foram impactadas. Os resultados indicam que as nanopartículas de carbono impactam as células renais em concentrações inferiores às previamente conhecidas e sugerem cautela no que diz respeito ao aumento dos níveis de nanopartículas de carbono que entram na cadeia alimentar.

• Materiais nanométricos estão sendo usados em muitos cosméticos, protetores solares e outros produtos de consumo. A possível absorção dos materiais através da pele, e as potenciais consequências, não foram determinadas. Cientistas financiados pelo NIEHS aplicaram partículas nanosizadas de selenieto de cádmio, um conhecido Carcinogênio, em ratos de laboratório sem pêlos. Descobriram que quando a pele dos ratos tinha sido raspada para remover as camadas superiores da pele antes da aplicação da solução, foi detectada elevação de cádmio nos gânglios linfáticos dos ratos e no fígado. Quando os pontos quânticos de selenieto de cádmio foram aplicados na pele não perturbada dos ratos, não foi detectada uma elevação consistente de cádmio nos órgãos. O estudo concluiu que a absorção cutânea de nanomateriais dependia da qualidade da barreira cutânea e que futuras avaliações de risco deveriam considerar aspectos chave da barreira cutânea e sua integridade geral.

• Os materiais nanomateriais mostram grande promessa no fornecimento de medicamentos, com o potencial de visar células cancerosas com um medicamento, mas evitando um ataque às células saudáveis. Um estudo financiado pelo NIEHS demonstrou que a capacidade de duas linhas de células cancerosas para absorver partículas nanosizadas, em forma de bastão, diferem dependendo da relação de aspecto das nanopartículas, o que significa as proporções entre a altura e a largura das partículas. A descoberta poderia ajudar a conseguir uma entrega mais eficiente do medicamento.
  Ryman-Rasmussen JP, MF Cesta, AR Brody, JK Shipley-Phillips, JI Everitt, EW Tewskbury, OR Moss, BA Wong, DE Dodd, ME Anderson JC Bonner. Os nanotubos de carbono inalados atingem o tecido subplural em ratos. Nanotecnologia da Natureza (2009) v. 4 (11): 747-51. Resumo

  Blazer-Yost BL, A Banga, A A Amos, E Chernoff , X Lai, C Li, S Mitra, FA Witzmann. Efeito das nanopartículas de carbono na estrutura celular epitelial renal, função da barreira e expressão proteica. Nanotoxicologia (2011) v.5 (3):354-71. Resumo

  Gopee, N, D Roberts, P Webb, C Cozart, P Siitonen, J Latendresse, A Warbitton A, W Yu, V Colvin, N Walker, P Howard. Determinação Quantitativa da Penetração da Pele do CdSe Quantum Dot em Pele de Rato Dermadrada mas não Intacta SKH-1 sem Pele de Rato. Ciências Toxicológicas (2009) v. 111(1):37-48. Resumo

  Meng H, S Yang, Z Li, T Xia, J Chen, Z Ji, H Zhang, X Wang, S Lin, C Huang, Z Z Zhou, J Zink, A Nel. A razão de aspecto determina a quantidade de absorção de nanopartículas de sílica mesoporosa por um pequeno mecanismo de Macropinocitose dependente de GTPase. ACS nano (2011) v. 5 (6): 4434-47. Resumo

O que o NIEHS está fazendo para avançar o desenvolvimento e aplicação de nanomateriais a serem usados em pesquisa em saúde ambiental?

Muitos esforços do NIEHS estão focados na potencial toxicidade dos materiais de engenharia. No entanto, o NIEHS desenvolveu um programa de aplicação de nanotecnologia principalmente através de esforços de Cádmio, incluindo oportunidades de pesquisa de bioengenharia em múltiplos institutos, o NIH Genes, Environment and Health Initiative, e o Small Business Program (SBIR). Os bolsistas financiados pelo NIEHS estão trabalhando para desenvolver sensores baseados em nanotecnologia para detectar a exposição a poluentes tóxicos que ajudarão a aumentar nossa compreensão das conseqüências biológicas da exposição e a desenvolver estratégias para reduzir a toxicidade dos fatores ambientais. Vários subsídios iniciados por investigadores estão sendo apoiados.

Especificamente, como o Programa de Pesquisa Superfund está envolvido em questões relacionadas à nanotecnologia?

O Programa de Pesquisa Superfund está apoiando bolsistas que estão desenvolvendo tecnologias e métodos novos ou melhorados, incluindo o promissor campo da nanotecnologia, para ajudar a monitorar e remediar, ou limpar, os locais do Superfund. Os nanomateriais oferecem algumas vantagens distintas às tecnologias de remediação, como a grande relação superfície/volume e a alta reatividade química. Os pesquisadores do Superfund também estão analisando como os nanomateriais se comportam no meio ambiente à medida que são usados para remediação.
Para mais informações especificamente relacionadas à nanotecnologia, visite a página de busca do SRP e digite o termo de busca “nano*”,O SRP é uma rede de bolsas universitárias que são projetadas para buscar soluções para as complexas questões de saúde e ambientais associadas com os locais de resíduos perigosos do país. A pesquisa realizada pelo SRP é um esforço coordenado com a Agência de Proteção Ambiental, que é a entidade federal encarregada de limpar os piores locais de resíduos perigosos do país.

O SRP também colabora com outras agências para conduzir seminários interativos “Risk e Learning” baseados na web que fornecem informações sobre tecnologias inovadoras de tratamento e caracterização de websites para a comunidade de remediação de resíduos perigosos. Visite a página web Nanotechnology – Applications and Implications for Superfund para obter uma lista de alguns dos seminários relacionados à nanotecnologia.

O que o Programa Nacional de Toxicologia (NTP) está fazendo para avaliar os riscos à saúde associados à nanotecnologia?

O Programa Nacional de Toxicologia está engajado em um amplo programa de pesquisa para abordar os potenciais riscos à saúde humana associados à fabricação e uso de nanomateriais.

Cientistas das três principais agências que compõem o NTP – NIEHS, Centro Nacional de Pesquisa Toxicológica da U.S. Food and Drug Administration, e National Institute for Occupational Safety and Health of the Centers for Disease Control and Prevention – estão trabalhando para avaliar as propriedades toxicológicas de uma seção transversal representativa de várias classes diferentes de materiais em nanoescala, incluindo (1) óxidos metálicos, (2) semicondutores cristalinos fluorescentes (pontos quânticos), (3) fulerenos de carbono (Buckyballs ), e (4) nanotubos de carbono, através da Iniciativa de Nanotecnologia e Segurança do NTP. Os principais parâmetros de maior preocupação em relação à sua potencial toxicidade são tamanho, forma, química de superfície e composição. Os pesquisadores estão usando estudos em animais de laboratório e células, bem como modelos matemáticos para avaliar e prever para onde esses materiais vão no corpo, e que efeitos potenciais à saúde eles podem causar.

O que o NIEHS está fazendo para ajudar a proteger os trabalhadores expostos a nanomateriais?

NIEHS Programa de Educação e Treinamento de Trabalhadores (WETP) apóia os trabalhadores envolvidos em atividades relacionadas a materiais perigosos, e geração de resíduos, remoção, contenção, transporte e resposta de emergência. Como parte desse esforço, o National Clearinghouse é a principal fonte nacional de currículos, relatórios técnicos e notícias semanais para trabalhadores com resíduos perigosos. O Clearinghouse fornece uma série de recursos relacionados com a segurança no campo em expansão da nanotecnologia. O NIEHS WETP também apoiou o desenvolvimento da publicação Training Workers on Risks of Nanotechnology (Treinamento de Trabalhadores em Riscos da Nanotecnologia), que aborda como os trabalhadores que estão criando e manuseando nanomateriais devem ser treinados sobre os perigos que enfrentam – em laboratórios, instalações de fabricação, em locais de limpeza de resíduos perigosos e durante respostas de emergência.

Iniciativas de Nanotecnologia de Agências Cruzadas

Em que iniciativas de agências cruzadas o NIEHS está envolvido?

O NIEHS está envolvido nas seguintes iniciativas interagências:

• A Iniciativa Nacional de Nanotecnologia (NNI), um programa federal, multi-agências dedicado a acelerar a pesquisa e desenvolvimento nanotecnológico de classe mundial, para promover a transferência de novas tecnologias para benefícios comerciais e públicos, para desenvolver e sustentar uma força de trabalho qualificada e para apoiar o desenvolvimento responsável da nanotecnologia.
  • O subcomitê de Ciência, Engenharia e Tecnologia em Nanoescala (NSET) da NNI tem quatro grupos de trabalho que coordenam o planejamento, orçamento, implementação do programa e revisão da iniciativa nanotecnológica.
  • O subcomitê de Nanotecnologia Ambiental e Implicações para a Saúde (NEHI) é um grupo de trabalho que apóia as atividades federais focadas nas implicações de saúde e segurança das nanotecnologias.
• NIEHS em parceria com dois outros institutos do NIH, o National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering (NIBIB) e o National Cancer Institute (NCI) para desenvolver o NanoRegistry . O registro fornece um repositório central para descobertas publicadas relacionadas à nanotecnologia.
• Desenvolveu um acordo inter-agências com o Laboratório de Caracterização de Nanotecnologia do NCI para fornecer nanomateriais de engenharia comum (ENMs) para os grantees do NIEHS e para caracterizar as propriedades físicas e químicas dos nanomateriais. Isso permite que os beneficiados tenham uma caracterização padronizada dos materiais que estão usando para que possam mais facilmente comparar resultados entre estudos.
• A Iniciativa Nanomedicina do NIH é um esforço interinstitucional para entender e desenvolver tecnologias de nanoescala que poderiam ser aplicadas no tratamento de doenças e na reparação de tecidos danificados.
• A Task Force Nano do NIH , coordenada pelo NIEHS representa os interesses dos institutos e centros dentro do NIH que estão trabalhando com nanomateriais para entender os usos médicos e para avaliar a segurança e Toxicologia associada a esses materiais.

Os nanomateriais são regulados?

O NIEHS não é uma agência reguladora e, portanto, não faz cumprir os estatutos associados aos nanomateriais ou outras substâncias perigosas. Para questões regulatórias, ou informações sobre o que outras agências federais estão fazendo em relação à nanotecnologia, por favor visite a agência apropriada. Uma lista abreviada é fornecida abaixo.

• A U.S. Food and Drug Administration (FDA) regula uma ampla gama de produtos, incluindo alimentos, cosméticos, drogas, dispositivos e produtos veterinários, alguns dos quais podem utilizar nanotecnologia ou conter nanomateriais.
• A U.S. Agência de Proteção Ambiental (EPA) , muitos nanomateriais são considerados “substâncias químicas” sob a Lei de Controle de Substâncias Tóxicas (TSCA).
• A U.S. Consumer Product Safety Commission (CPSC) é uma agência reguladora federal independente que foi criada em 1972 pelo Congresso na Lei de Segurança de Produtos de Consumo. Nessa lei, o Congresso direcionou a CPSC para “proteger o público contra riscos irracionais de ferimentos e mortes associados a produtos de consumo”.
• ONE Nano: Iniciativa Estratégica do NIEHS sobre os Efeitos de Saúde e Segurança dos Nanomateriais Engenheirados – Como parte de seu papel de apoio à Iniciativa Nacional de Nanotecnologia, o Instituto Nacional de Ciências da Saúde Ambiental (NIEHS) desenvolveu um programa integrado e estratégico de pesquisa – “ONE Nano” – para aumentar nossa compreensão fundamental de como os ENMs interagem com os sistemas vivos, para desenvolver modelos preditivos para quantificar a exposição ao ENM e avaliar os impactos do ENM na saúde, e para orientar o desenho de ENMs de segunda geração para minimizar os efeitos adversos à saúde.

Outra Leitura

Estórias do Factor Ambiental (NIEHS Newsletter)

• Bloqueio de Mosquitos com Escudo Grafeno (Setembro de 2019)
• As nanopartículas oferecem baixo custo, Maneira reutilizável de limpar a água potável (Dezembro 2018)
• O bolsista indiano oferece uma perspectiva global da nanotoxicologia das fibras (Agosto 2013)
• Os desafios persistem na tarefa crítica de determinar a segurança dos nanomateriais (Outubro 2012)
• Miller promove a prevenção pelo design na reunião de Nano (Setembro 2012)
• NIH-Registro de Nanomateriais Financiados Agora Disponível Online (Agosto 2012)
• Holian Discute Inflamação Pulmonar Causada por Nanopartículas (Janeiro 2012)
• Nano Grand Opportunities Researchers Share Findings (Janeiro 2012)

Recursos Adicionais

• Nanotecnologia – Informação da Administração de Segurança e Saúde Ocupacional, parte do Departamento do Trabalho dos EUA.
• Nanotecnologia (NIOSH) – Informações do National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH), parte do CDC.
• Programas de Nanotecnologia no FDA – A nanotecnologia permite aos cientistas criar, explorar e manipular materiais medidos em nanômetros (bilionésimos de um metro). Tais materiais podem ter propriedades químicas, físicas e biológicas diferentes das de seus equivalentes maiores.
• Iniciativa Nacional de Nanotecnologia – Site oficial da Iniciativa Nacional de Nanotecnologia dos Estados Unidos.
• Pesquisa sobre Nanomateriais – Os cientistas da EPA pesquisam os nanomateriais mais prevalentes que podem ter implicações na saúde humana e ambiental.
• Registro de Nanomateriais – O Registro de Nanomateriais compila dados de múltiplos bancos de dados em um único recurso.

Tópicos de Saúde Relacionados

• Toxicologia