Nanotekniken - både möjligheter och risker

Transkript

1 Nina Larsson 1/9 Nanotekniken - både möjligheter och risker Nanotekniken har kallats för en revolution och ett paradigmskifte inom vetenskapen. Genom att använda sig av oerhört små komponenter kan man tillverka material med helt nya och unika egenskaper. Tänk dig fönster som inte behöver putsas, kraftfulla solceller som lagrar dubbelt så mycket energi eller målsökande mediciner som förstör cancertumörer utan biverkningar. Det finns stora möjligheter men samtidigt har forskare visat på risker både för människa och miljö. Det lilla ordet nano- har väckt stor uppståndelse i världen de senaste tio åren. Möjligheterna med nanotekniken tycks vara oändliga. USA har varit föregångare och satsade förra året svindlande 7 miljarder kronor på att utveckla nanotekniken. Universitet över hela världen följer efter och bygger forskningscenter som är anpassade för nanoteknik. På KTH i Stockholm finns det i dagsläget 50 olika kurser inom nanoteknik (ktn.se). Man har förutspått att nanotekniken år 2015 omsätter cirka 1 trillion dollar på marknaden. Det gör den till den snabbast växande industrin i historien (Ratner, 2003). Bengt Kasemo är professor i kemisk fysik vid Chalmers, han tycker inte att man ska kalla nanotekniken för en revolution snarare en evolution inom forskningen. Men nanotekniken kommer att ha en stor betydelse och påverka utvecklingen av allt ifrån färger, kläder och läkemedel till hur vi bygger hus, skapar en ny energiteknologi och förhindrar miljöutsläpp. Men en fara är att företag kallar produkter för nano- fastän det inte rör sig om det, menar han. Det beror på att det idag råder en nano-hype och ordet nano- drar till sig intresse och framförallt forskningsanslag. ( I och med nanotekniken så har fysiker, biologer och elektroniker mycket i utbyte av varandra eftersom man nu arbetar i samma storleksskala och med likadana verktyg och tillämpningar menar Carl-Michael Zetterling, professor i nanoelektronik, KTH.

2 Nina Larsson 2/9 Bakgrunden Nanotekniken är inte en helt ny uppfinning. Redan år 1959 så lade fysikern och nobelpristagaren Robert Feyman grunden då han utmanade vetenskapssamhället att tänka litet på föreläsningen, det finns gott om plats på botten upptäckte Rusell Young det första mikroskopet som kunde se nanostrukturer och 1996 gick nobelpriset i fysik och kemi till uppfinningar inom nanotekniken så satsade USA stora pengar i det första forskningsprogrammet för nanoteknologi ( Vad är nanoteknik? I naturen är nanotekniken vanlig. Geckoödlan kan genom de miljontals nanostora stråna under fötterna utan problem gå uppför trädstammar (IVA nanoteknikens möjligheter och risker, 19 juni 2006, Ann Fernholm). Men för oss människor är tekniken relativt okänd. De flesta konsumenter vet inte vad nanoteknik är trots att det redan finns i närmare 300 varor på marknaden; i slitstarka däck, målarfärg, cement, UV-filter i solkräm och i färgat glas ( Vad är då nanoteknik? Jo, det är inte en utan många tekniker där man använder sig av oerhört små komponenter. Med byggstenar som är en miljarddels meter stora tillverkar man material med helt nya och unika egenskaper. Det kallas ofta för atomslöjd. Delar man en millimeter en miljon gånger blir det en nanometer och på en nanometer får det plats ungefär fem atomer. En nanometer är så litet att det inte kan ses i vanligt mikroskop. Nanoteknik är ett samlingsnamn för studier i storleken nanometer inom elektronik, fysik, biologi och materialfysik. När man arbetar med material i nanoskala så uppstår intressanta fenomen. Ämnets egenskaper ändras jämfört med när det är i normal skala. Partiklarnas ytor blir mycket stora i förhållande till volymen, ämnets reaktivitet ändras, materialet blir starkare och de elektriska, optiska och magnetiska egenskaperna ändras (

3 Nina Larsson 3/9 Allt förändras såsom färgen på guld, dess smältpunkt och kemiska egenskaper. Materialet kan användas på nya oväntade sätt såsom att kol får elektriska egenskaper, metaller som i vanliga fall är omagnetiska blir magnetiska och så vidare, menar Carl-Michael Zetterling, professor i nanoelektronik vid KTH. Tillverkningen Det är en komplicerad process att tillverka nanopartiklar. Antingen kan man bryta ner materialet i mindre bitar det kallas top-down tillverkning. Eller så bygger man upp nanostrukturen från grunden den kallas bottom-up tillverkning (Ratner, 2003). Det finns olika typer av nanostrukturer såsom fibrer, nanorör, nanopartiklar, komplexa nanopartiklar och nano-prickar ( Nanostrukturer kallas ibland för nanoprickar eftersom de ser ur som prickar i nanoskala. Denna process är inte helt ny, det användes exempelvis i färgen i glasrutor på medeltidskyrkor. De första nanoteknologerna var glasarbetarna under medeltiden. Det var inte förrän år 2000 som bottom-up filosofin började användas. Varför det dröjde med att utveckla nanotekniken var att man inte hade de rätta verktygen tidigare. Först nu kan man se, mäta och manipulera saker på nanoskalan. Man kan använda olika verktyg. Ett sätt är scanning instrument som gnids mot underlaget så scannar man in nanoskalan. Att scanna innebär inte bara att man ser nanostrukturerna utan också att man kan manipulera dem. Andra tekniker är mikro-litografi en slags stämpel som kan stämplas på en yta såsom metaller, poymer, oxider osv. Nanopenna innebär att man doppar i molekyl bladning för att skapa nya komplexa strukturer i små volymer. Det finns många fler tekniker (Ratner, 2003). Smarta material och andra möjligheter Exempel på användbara smarta material är fönster som inte behöver putsas, kläder som håller fläckarna borta, raffinerade läkemedel och tennisbollar som håller studsen längre (SvD, ). Nanoteknikens smarta material finns som biomedicinska applikationer, sensorer och optik/elektronik. Biomedicinska applikationer innebär implantat för att se blodets sammansättning och frisätta mediciner vid behov.

4 Nina Larsson 4/9 Sensorer är strukturer som indikerar när en särskild molekyl eller biologisk struktur förekommer. Ett exempel är förpackningar i livsmedelsaffären som visar om produktens bäst före datum gått ut. Det kan även vara att man kan ställa diagnos för olika sjukdomar snabbt och effektivt. Genom såkallade biosensorer så kan man mäta medicinskt relevanta processer. Fäster man en partikel av ett visst material på immunförsvarets antikroppar så ändrar de färg när ett sjukdomsprotein kopplas till den. Med en kamera kan man sedan se färgsignalen och var partiklarna befinner sig. Dessa små partiklar kan reagera på exempelvis cancer celler. Då kan man upptäcka cancer i ett skede då bara några tusen celler drabbats. I dagens läge kan du bara upptäcka cancer tumörer då de är cirka 2,5 centimeter stora och redan har en billion cancerceller. Nanoteknik attackerar cancercellen istället för hela patienten med cellgifter. En långsam utsöndring av medicinen kan ske i kroppen under en längre tid ( Det största området inom nanoteknik och det som är mest high-tech är optik/elektronik. Man kan utveckla datorer i kläder och väldigt små mikrochip, effektiva solceller med mera. Mikroelektroniken har blivit allt mindre. Man får in en miljon gånger fler transistorer på samma mikroprocessor. Datorer i dag har nanoelektronik i sig (Carl-Michael Zetterling, KTH). Dagens solceller fångar bara upp den synliga solstrålningen, men nanotekniken kan även fånga upp den infraröda strålningen och därmed lagras en dubbel energimängd i solcellerna ( Exempelvis U-länderna skulle kunna få stor hjälp av nanoprodukter. Det kan röra sig om effektivare energisystem, bördigare skördar, renare vatten och friskare människor. Energi kan lättare produceras, lagras och omvandlas genom effektivare solceller, billigare bränsleceller och hanterbara vätgaslager. Jordarna blir bördigare genom nanomaterial som används vid gödsling och vid medicinering av kreatur. Vatten kan renas genom nanomembran som avsaltar vattnet eller nanoleror som filtrerar bort sjukdomsalstrande bioorganismer. Billig och lätt diagnostik av sjukdomar; "lab-on-a-chip" är ett effektivt sätt att upptäcka en lång rad sjukdomstillstånd. Nanotekniken gör det möjligt att dosera ut medicinen under en längre period. Säkrare förpackningar och nanosensorer upptäckter smittoämnen i födan. Luften kan renas genom nanokatalysatorer. Möjligheterna är många! (Ny Teknik, ).

5 Nina Larsson 5/9 Kommersiellt värde i forskningen Nanotekniken ändrar forskarnas vardag på universiteten och högskolorna. Det behövs inte bara specialiserade forskningscentra utan de kommer också dräneras på bra forskare såsom under IT-bubblan. Är du en professionell nanoforskare så har du ett högt kommersiellt värde för företagen. Forskare ställs inför valet mellan att föra fram sin forskning till allmänheten eller låta sig köpas av företag som har nytta av forskningen. Det här kan leda till att det blir svårt för universiteten att behålla sina forskare (Ratner, 2003). Risker Nya teknologier erbjuder nya möjligheter att förbättra den mänskliga tillvaron, men de har också potentialen att skapa oförutsedda miljökonsekvenser, sa Mark Wiesner, direktör för Rice s Energy and Environmental Systems Institute i USA, 2001 (Wiesner cit i IVA-aktuellt, nr 8, 2006). Det har sedan dess hänt en del på många håll i världen. Men det gäller länder som har en nationell strategi för nanoforskning, vilket Sverige saknar!. Bengt Kasemo som är professor i kemisk fysik vid Chalmers menar att det som är skrämmande med nanotekniken är att partiklarna inte ens kan ses med vanligt mikroskop och ändå kan nå och påverka oss. Gränsen för vad vi kan se med blotta ögat är en tiondelsmillimeter cirka nanometer ( Han uttalade han sig i IVA aktuellt nr och menade att vi vet otroligt lite om hälsoeffekterna av nanopartiklar och i en nära framtid kommer det att finnas i en lång rad material och produkter. Därför behövs det forskning om riskerna med nanoteknik. Han uttryckte även en förvåning över att Sveriges myndigheter, med ansvar för nanosäkerhet inte gjort så mycket för att reglera nanotekniken. Sverige har mycket lägre aktivitet än exempelvis Nederländerna, Schweiz, Tyskland, England och Norge, menar han.

6 Nina Larsson 6/9 Varför är det så tyst om riskerna med nanoteknik? undrar Tomas Öberg, docent i miljökemi vid högskolan i Kalmar. Han menar att nanotekniken har ett brett användningsområde i hela samhället. Men tekniken kan innebära en risk för människa och miljö. Nanopartiklar är väldigt små och materialet får helt andra egenskaper på denna nivå. Ämnet får en större reaktivitet då den exponerande partikelytan ökar och på ytan sker de kemiska reaktionerna. Det kan vara bra för att eliminera miljöskadliga ämnen men kan vara farligt för kroppen och naturen. De små nanopartiklarna kan tränga igenom biologisk vävnad i en helt annan utsträckning än större partiklar. Nanopartiklar som vi andas in deponeras i hela andningssystemet från näsan till lungorna, de undgår de naturliga skyddsmekanismerna och når direkt ut i lymfa och blodomlopp, det kan tas upp av matsmältningssystem och även tränga igenom huden. Genom att partiklarna kan modifieras med olika typer av beläggningar kan det helt förändra deras egenskaper. Det gör det ännu svårare att göra riskbedömningar. (Ny Teknik, ). På ett seminarium om nanoteknikens möjligheter och risker på IVA den 19 Juni 2006 så höll Tomas Öberg en föreläsning. Han menar att vi måste göra en faroidentifiering för att ta reda på hur farliga nanomaterialen är och hur de skiljer sig från andra material. Det behövs även en exponeringsanalys för att reda ut hur nanopariklar frigörs och hur stor exponering det är i arbetsmiljöer och i samhället i stort. Slutligen behövs en riskkommunikation till allmänheten för transparens och delaktighet, menar han. Om partiklar är väldigt små så har de ofta en giftig effekt kom nederländska forskare fram till förra året. De menade också att dagens metoder för att bedöma ett ämnes toxicitet är otillräckliga när det gäller nanopartiklar. Forskarna rekommenderade mer forskning inom området och regleringar på EU-nivå. I dagens läge satsar USA mest på risk forskning men där är också marknaden störst. I Europa har en del länder börjat forska på riskerna med nanoteknik. Målet med forskningen är att kasta ljus över partiklar som påverkar arbetsmiljön samt att bedöma exponering av partiklar och deras hälsoeffekter (IVA aktuellt, nummer 8, 2006).

7 Nina Larsson 7/9 Jan Hammar vid kemikalieinspektionen uttalade sig i SvD den 1 Oktober Han menar att ingen lagstiftning idag hindrar att företag gör en nanopartikel av en ofarlig kemikalie och säljer den i en produkt. Detta trots en nanopartikel av exempelvis kol får helt andra egenskaper än kol normalt har och blir giftigare. Sten Flodström vid Kemikalieinspektionen menade i samma artikel att det är oroande att den nuvarande lagstiftningen inte tar hänsyn till detta. Särskilt som det är ny teknik under kraftig expansion. En del forskarrapporter som pekar på riskerna har publicerats. En studie rörde sig om kolnanorör som är rörformade nanopartiklar av kol. Det till exempel i tennisracketar för att få en styvare ram och i datorchips för att öka prestandan. När forskare utsatte möss för kolnanorören så inflammerades deras lungor. Mössen bildade sedan tumörer och sjuk vävnad. Denna process liknar det som asbets orsakar hos människor. Om kolnanorören ger cancer vet forskarna inte än. Från lungan kan också nanopartiklar nå andra delar av kroppen. När kolnanorören sitter fast i materialet i ett tennisracket så orsakar de ingen skada. Det är främst i tillverkningen och när man slänger tennisracket som nanopartiklarna läcker ut. Forskare har visat att fiskar som simmar i vatten med kolnanorör ansamlar dem i sina gälar. Nanopartiklar kan också nå hjärnan; de kan ta sig in via luktnerven som går från näsan upp till hjärnan. Forskare har visat att både manganoxid och guldpartiklar av nanostorlek kan ta sig in den vägen (IVA seminarium19/6, 2006). Lagstiftningen Den lagstiftning i Sverige som berör nanoteknik är Miljöbalken (MB). Där finns ett miljömål om en giftfri miljö Miljön ska vara fri från ämnen och metallet som skapats i eller utvunnits av samhället och som kan hota människors hälsa eller den biologiska mångfalden. Senast år 2010 ska det finnas uppgifter om egenskaperna hos alla avsiktligt framställda eller utvunna kemiska ämnen som hanteras på marknaden. Det finns också en såkallad produktvalsprincip i MB där man ska bedöma produktens inneboende egenskaper och jämföras med andra alternativ när man ska göra ett val. Det minst farliga alternativet ska väljas (Ebbeson, 2000).

8 Nina Larsson 8/9 Ett problem när det gäller EU:s lagstiftning idag är att man skiljer mellan existerande ämnen dvs. de som fanns på marknaden september 1981 och nya ämnen de som släpps ut på marknaden efter detta datum. De nya ämnena måste testas enligt EG-direktiv medan de existerande ämnena som utgör 99% av marknaden i dag inte omfattas av samma test krav. (Ebbeson, 2000). Enligt en arbetsgrupp i EU-kommissionen som arbetar med lagstiftningen kring nanomaterial så ska nanomaterial som utvecklas av existerande ämnen räknas som en särskild användning av dessa och att övriga nanomaterial ska räknas som nya ämnen. Klassificeringssystemet ska också vara tillämpbart på nanomaterial (IVA seminarium19/6, 2006). Inom EU förbereder man nu en ny kemikalielagstiftning; REACH. Den har inte helt trätt i kraft den slutliga omröstningen sker i EU-parlamentet i mitten av december. Förslaget från början var att nya och existerande ämnen omfattas av samma regler och att försiktighetsprincipen och substitutionsprincipen ska tillämpas. Försiktighetsprincipen innebär att man ska ta det säkra före det osäkra om risk finns. Substitutionsprincipen innebär att man ska ersätta farliga ämnen med mindre farliga om alternativ finns. Nu i dagarna har den slutliga förhandlingen om REACH hållits. Enligt Miljöpartiet (MP) så kom man fram till att substitutionsprincipen ska tas bort. MP menar att denna kompromiss innebär att ministerrådet får sin vilja igenom om lägre krav på industrin att testa och informera om kemikalier och att byta ut dem när det är möjligt. Dessutom finns det en mängdgräns på ett ton; om ett företag tillverkar under ett ton av en kemikalie gäller lagen inte dem. Alltså gäller lagen inte ultralätta nanopartiklar ( ( Under IVA semineriet nanoteknikens möjligheter och risker den 19 juni 2006 så berättade Agneta Falk Filipsson från kemikalieinspektionen om lagstiftning kring nanoteknik. Slutsatsen blev att den nuvarande lagstiftningen för kemikalier i MB kan tillämpas på nanomaterial. Men att man på längre sikt bör utveckla befintliga test- och utvärderingsmetoder och kompletteras för att användas på nanomaterial, det bör ske på internationell nivå. Hon menade också att det behövs mer resurser till forskning om miljöoch hälsorisker, större samarbete mellan myndigheter, forskare och industrin, samt nyanserad information till allmänheten.

9 Nina Larsson 9/9 Något som verkar vara problem när det gäller nanopartiklar är hur man ska bedöma risken eller giftigheten hos dem. Detta påverkar även lagstiftningen. Tidigare utgick man från dosen i milligram vid riskbedömningar men nu måste man titta på skalan och vilken form nanopartikeln är i. Det är man inte van vid sedan tidigare, menar Louise Ungerth, konsumentföreningen i Stockholm. Problemet med EU:s kemikalie lagstiftning REACH är att nanotekniken inte passar in i det nuvarande regelverket. Eftersom det bara krävs en mindre mängd av ämnet så gäller inte de nivågränser som finns idag. Dagens testmetoder av giftighet måste även förändras, menar Agneta Falk Filipsson vid Kemikalieinspektionen. Vad ska man tro? Det är lätt att bli förblindad av alla de möjligheter som nanotekniken har. Tekniken erbjuder både möjlighet att lättare bota sjukdomar och att minska miljöförstöringen. Dessutom kan man tillverka smarta prylar som förenklar vår vardag.. Men samtidigt verkar riskerna vara större än vi vet idag. De ultralätta nanopartiklarna kan tränga igenom huden in i kroppen och påverkas oss på många olika sätt. Att forska mer om riskerna är väldigt nödvändigt. Det är förvånande att Sverige är de som satsar minst på forskning kring nanoteknikens risker. Regeringen och andra berörda myndigheter bör ta sitt ansvar. Under tiden bör man kanske tillämpa försiktighetsprincipen och ta det säkra före det osäkra.

10 Nina Larsson 10/9 Källförteckning Böcker Ebbeson Jonas, Internationell Miljörätt, Iustus Förlag AB, Ratner Daniel, Ratner Mark, Nanotechnology, a gentle introduction to the next big idea, 2003, Pearson education inc., New Jersey, USA. Hemsidor Chalmers nyheter, nr 3, 2005: IVA-aktuellt är kungliga vetenskaps akademins tidning IVA dokumentation från seminarium nanoteknikens möjligheter och risker den 19 juni IVA-aktuellt, nr 8, 2006: KTH Tidningsartiklar från mediearkivet (SvD, Ny Teknik) (SvD, ). (Ny Teknik, ).( Ny Teknik, ) Miljöpartiet Nationalgeographic Nanoprojekt i EU Regeringen Wikipedia

11 Nina Larsson 11/9 Telefonsamtal Falk Filipsson, Agneta, Kemikalieinspektionen Hammar Jan, Kemikalieinspektionen Ungerth Louise, Konsumentföreningen i Stockholm Öberg Tomas, Tomas Öberg Konsult AB Mailkontakt: Carl-Michael Zetterling, professor i nanoelektronik, KTH.