Nanogevaar

PIEPKLEINE DEELTJES, LEVENSGROOT GEVAAR?

Radioactief brandmerk verraadt nanodeeltjes

In veel alledaagse producten zit nanotechnologie. Dat heeft
uiteraard pluspunten. Maar niemand weet nog precies wat de
nadelige gevolgen voor mens, dier en milieu kunnen zijn. Daarom
is een opmerkelijke methode ontwikkeld om nanodeeltjes te
traceren.

Nanosokken, nanozonnebrandcrème, nano-autolak, nanopleisters, nanobanden, nanocosmetica. Op de labels van alle producten die nanodeeltjes bevatten, pronkten fabrikanten tot voor kort met hun gebruik van nanotechnologie. ‘Nano’ klinkt spannend en hightech, en was dus uitermate geschikt voor marketingdoeleinden. Maar toen het langzaam tot het publiek begon door te dringen dat er aan het gebruik van nanodeeltjes ook gevaren zitten, werden bedrijven terughoudend met deze opschepperij. Uit angst voor scepsis van de consument vermelden ze nu liever niet meer hoe nano hun product is. Maar ook al zou dat op het label staan, dan nog kan de wetenschap de consumenten niet vertellen of het schadelijk is. Onderzoek naar de verspreiding van nanodeeltjes in het milieu en hun effect erop is namelijk erg lastig. Nanodeeltjes zijn vaak nauwelijks te onderscheiden van ‘gewone’ stoffen in de natuur, en bovendien moeilijk te traceren door hun kleine omvang. Die piepkleine afmetingen zitten in de naam verpakt. Nanodeeltjes hebben een diameter van enkele nanometers – een nanometer is een miljardste meter – tot honderd nanometer. Op deze schaal heeft een stof andere eigenschappen dan gewoon materiaal op de macroscopische schaal. Koolstof is bijvoorbeeld niet schadelijk in zijn gewone vorm, maar koolstofnanobuisjes met een specifieke lengte zijn kankerverwekkend. En koper wordt ineens doorzichtig op zeer kleine schaal.

Quantumgedrag

Nanodeeltjes zijn een relatief kleine verzameling van slechts tientallen tot honderdduizenden moleculen. Ze krijgen daardoor te maken met quantummechanische effecten, zodat ze zich anders gedragen dan zogenoemde bulkmaterialen, die uit miljarden biljoenen moleculen bestaan. Bovendien hebben nanodeeltjes naar verhouding een enorm oppervlak, zodat ze veel reactiever zijn. Denk aan het voedsel dat je kauwt; doordat je het in steeds kleinere stukjes maalt, heeft het meer interactie met je maag en wordt het sneller verteerd. Dat een stof zich in de vorm van zeer kleine stukjes anders gedraagt, is dus een feit. Maar de precieze effecten op mens, dier en milieu zijn allerminst bekend. Nanodeeltjes hoeven niet per se schadelijk te zijn. Zo zitten er natuurlijke nanodeeltjes in wijn, en dat wordt toch echt al duizenden jaren gedronken. Maar sommige – vooral kunstmatige – nanodeeltjes vormen wél een mogelijk gevaar als ze in hoge concentraties op één plek zitten. Wetenschappers kunnen niet vaststellen waar zulke opeenhopingen in het milieu plaatsvinden. Het zilvergehalte in een meer is bijvoorbeeld wel te meten, maar niet hoe daarbij de verdeling is tussen gewone zilveroplossing en nanozilver.

Als we weinig over de verspreiding en de giftigheid weten, weten we ook niet of we onbekommerd nanoproducten mogen gebruiken. Daarom bedachten onderzoekers van de Noorse Universiteit voor Milieu- en Biowetenschappen een nieuwe methode om nanodeeltjes te traceren. Tenminste, in het laboratorium werkt die. Zo konden de wetenschappers een model maken van de verspreiding van de deeltjes en de schade peilen die ze in dieren aanrichten. Deborah Oughton en haar onderzoeksgroep markeerden verschillende soorten nanodeeltjes met radioactiviteit, wat ze gemakkelijk op te sporen maakte. In een nucleaire onderzoeksreactor stopte het team een poeder van nanodeeltjes, die elk uit enkele honderdduizenden atomen bestonden. “In de reactor absorberen een paar atoomkernen dan een neutron”, zegt Oughton. “Dat maakt ze instabiel, en dus radioactief.” De nanodeeltjes werden radioactief genoeg om hun verspreiding te volgen nadat de onderzoekers het nanopoeder in een bassin gooiden dat dienstdeed als kunstmatig meertje. Dankzij het radioactieve brandmerk kon de schade worden gemeten die cerium, zilver, uranium en kobalt in nanovorm aanrichten in vissen, aardwormen en in de bodem. En terwijl bij de oude experimentele technieken enorm hoge doseringen nodig zijn omdat er anders niets te zien valt, was het nu mogelijk om concentraties te gebruiken die in de natuur reëel zijn.

Maar zelfs die kleine doses zijn in sommige gevallen allesbehalve onschuldig. Oughton: “Zilver was van de vier het schadelijkste materiaal. We vonden het in de kieuwen van vissen, die daardoor beschadigd raakten. En in de bodem gaven de deeltjes langzaam giftige ionen af, die aardwormen dan binnenkrijgen. Onze resultaten roepen vragen op over de effecten voor mensen. Als vissen beschadigd raken, bestaat er ook een kans dat mensen kwetsbaar zijn.”

Asbest-effect

Vooral het experiment met zilver is van belang omdat die stof in veel producten zit. Fabrikanten stoppen nanozilver in kleding om zweetlucht tegen te gaan. Het heeft namelijk een antibacteriële werking. Zweet stinkt niet uit zichzelf; de stank wordt veroorzaakt door bacteriën. Gewoon zilver zou bij de eerste wasbeurt al wegspoelen en weinig bacteriën uit de weg ruimen, maar zilveren nanodeeltjes blijven plakken en geven geleidelijk ionen af die de bacteriën wél doden. Ook antibacteriële zilverpleisters werken zo. Uiteindelijk komen de zilverionen via het afvalwater in het milieu terecht. Het blijft nog de vraag of het resterende nanozilver in de kleding en de pleisters via de vuilnisbelt ook de natuur in lekt. Wetenschappers kunnen ze immers nog niet ‘in het wild’ traceren. Dezelfde vraag gaat op voor andere producten. Nanokoolstof zit in tennisrackets voor extra stijfheid en het verstevigt rubber in autobanden. Nanotitaniumoxide in zonnebrandcrème blokkeert uv-straling. Nanogoud wordt als onderzeebootje in de bloedbaan gebruikt om medicijnen precies op de goede plek in het lichaam af te leveren. En de hightechsector maakt onder meer zonnecellen en computerchips met nanocomponenten.

“Zolang nanodeeltjes op de een of andere manier – bijvoorbeeld dankzij een goede coating – in het product opgesloten blijven, geven ze geen problemen”, zegt Willie Peijnenburg, hoogleraar ecotoxicologie aan de Universiteit Leiden. “Maar in principe zijn er altijd mogelijkheden voor een nanodeeltje om in het milieu terecht te komen. Dat geldt zeker bij producten als cosmetica en zonnebrandcrème.” Het Noorse onderzoek schept een beetje duidelijkheid over de verspreiding en het gevaar van nanodeeltjes. Maar die experimenten hadden slechts te maken met een paar stoffen en organismen. Terwijl het effect van elk soort nanodeeltje anders is op verschillende dieren, waaronder de mens. En zelfs als twee deeltjes van dezelfde stof zijn, kunnen ze door hun omvang andere eigenschappen hebben. Een diameter van tien of honderd nanometer kan een wereld van verschil betekenen voor het gedrag van een deeltje.

Peijnenburg: “Nanodeeltjes van titaniumoxide in zonnebrandcrème kunnen niet tot de menselijke huid doordringen, maar misschien wel een vis beschadigen als ze in zee belanden. En het maakt veel uit of je de nanokoolstof uit autobanden inademt of koolstofnanobuisjes van een bepaalde lengte. Die laatste kunnen hetzelfde effect op je longen hebben als asbest.” Naast de effecten die op allerlei verschillende manieren kunnen optreden, is er ook nog onderscheid tussen de manier waarop nanodeeltjes zich verspreiden. Sommige klonteren snel samen, zodat ze één groot aggregaat met weer andere eigenschappen vormen. En weer andere hechten zich aan natuurlijke deeltjes op bijvoorbeeld de zeebodem, zodat ze onschadelijk worden. Al deze factoren maken het erg moeilijk om in kaart te brengen wat de gevolgen zijn van onze nanoproducten. Peijnenburg: “Alle vragen die we vroeger voor de gangbare stoffen stelden, stellen we nu voor nanomaterialen. Fabrikanten moeten die onderzoeken uitvoeren. Daarna kan er pas een beleid komen.” De Noorse radioactiviteitsmethode biedt een eerste instrument om deze enorme klus uit te voeren. Op grotere schaal bestond het radioactief labelen van vervuilende stoffen overigens al, maar in de nanotechnologie is het nieuw.

Risico’s afwegen

Met haar nieuwe aanpak heeft Oughton alvast de effecten vastgesteld voor een paar scenario’s. De schade die ze nanozilver in vissen zag aanrichten, vindt ze niet in verhouding staan tot het voorkomen van zweetlucht. “Je moet altijd de vraag stellen of de voordelen opwegen tegen de risico’s”, zegt ze. “Sommige producten met nanozilver erin, zoals kleding, vind ik twijfelachtig. Die mogen wat mij betreft wel verboden worden. Ik heb minder probleem met medische producten, zoals antibacteriële middelen. Voor andere materialen moeten we eerst onderzoek naar de risico’s doen, anders valt de vraag niet te beantwoorden.” Het zou zonde zijn om de talloze mogelijkheden van nanotechnologie zomaar onbenut te laten. Want die zijn er genoeg. Zo krijgen patiënten met een hersentumor nanodeeltjes ingespoten die precies op de tumor passen – als een sleutel in een slot – en daar dan blijven hangen. Met behulp van die deeltjes kunnen artsen dat plekje dan zeer gericht met een laser bestralen, zodat de gezonde cellen ongemoeid blijven. Zelfs als de nanodeeltjes daarbij een klein gezondheidsrisico met zich meebrengen, is het toch het overwegen waard om de behandeling uit te voeren. Aan de andere kant is een krasvrije lak voor de auto misschien een overbodige luxe. Maar als de betrokken nanodeeltjes onschadelijk blijken, is er niets op tegen. Daarom is onderzoek naar de risico’s zo belangrijk.

Nu weten we nog te weinig om te zeggen welk beleid verstandig zou zijn. “Hoe dan ook moet er informatie op de labels staan”, vindt Oughton. “Met sommige producten kunnen mensen vooral zichzelf beschadigen, en niet specifiek het milieu. In die gevallen moeten ze de keuze hebben of ze het risico willen nemen of dat ze het nanoproduct mijden.” Toch zal het beleid altijd achter de ontwikkelingen aanlopen, denkt Peijnenburg. “Nu wordt de risicobeoordeling uitgevoerd voor de producten uit de eerste fase van de nanotechnologie. Maar de industrie ontwikkelt alweer nanodeeltjes die veel geavanceerder zijn, als mengsel van verschillende stoffen. En daarvan is het risico ook veel moeilijker in te schatten. Eigenlijk hebben we nu nog vrij platte toepassingen. De echt complexe nanotechnologie moet nog komen. En daar zitten misschien weer andere gevaren aan vast.”