نانولوله کربنی (Carbon Nanotubes)

نانولوله کربنی (Carbon Nanotubes)

خلاصه

مواد تولیدی هستند که به طور معمول برای تقویت ساختاری استفاده می شوند زیرا باعث ایجاد استحکام بالا و وزن کم در محصول می شوند؛ این ماده در نانوتکنولوژی، الکترونیک و اپتیک کاربرد دارد
سرطان مرتبط: انواع خاصی از CNT ها با سرطان ریه در حیوانات ارتباط دارند
مهمترین مسیرهای مواجهه: استنشاق، تماس پوستی
مواجهات شغلی: ممکن است کارگران در حین تولید و استفاده از این ماده، مخصوصا در هنگام کار کردن با آن به شکل پودر خشک، در معرض مواجهه قرار گیرند.
مواجهات زیست محیطی: ممکن است مردم عادی با استنشاق هوای محل استفاده محصولات مصرفی حاوی CNT در طول زمان در معرض مواجهه با این ماده قرار گیرند.
حقیقت سریع: CNTها “پنبه نسوز” نامیده شده اند اما د رحالیکه ویژگی های مشابهی با فیبرهای پنبه نسوز دارند، کاربرد آنها به اندازه پنبه نسوز متداول نیست و ریسک های سلامت این ماده کمتر شناخته شده است.

اطلاعات کلی

نانولوله های کربنی (CNT ها)، گروه های متنوعی از مواد ساخته شده از صفحات گرافن هستند که تارهای توخالی از کربنی با ضخامت یک اتم هستند. آنها می توانند بر اساس هدف نهایی و نحوه تولیدشان، طولهای و اندازه های مختلفی داشته باشند. نانولوله های کربنی تک دیواره (SWCNT) با یک صفحه استوانه ای گرافن ساخته می شوند در حالیکه نانولوله های کربنی چند دیواره (MWCNT) شامل چندین لوله یا لوله گرافنی متحدالمرکز هستند [1Murray AR, Kisin ER, Tkach AV, Yanamala N, Mercer R, Young SH, Fadeel B, Kagan VE, Shvedova AA. “Factoring-in agglomeration of carbon nanotubes and nanofibers for better prediction of their toxicity versus asbestos”. Part Fibre Toxicol2012;9:10]. بطور کل، قطر خارجی MWCNT، 10-200 نانومتر است [2Hou PX, Xu ST, Ying Z, Yang QH, Liu C, Cheng HM. “Hydrogen adsorption/desorption behavior of multi-walled carbon nanotubes with different diameters”. Carbon 2003;41:2471-2476]، اما این قطر می تواند بر اساس تعداد لایه ها و ساختار اتمی متفاوت باشد.

در حال حاضر شواهد کمی از سرطانزایی SWCNT و MWCNT وجود دارد که بطور معمول توسط IARC بعنوان گروه 3 طبقه بندی می شوند (که بعنوان موادی که برای انسانها سرطانزا هستند، قابل طبقه بندی نبودند) . یک نوع خاص از MWCNT به نام MWCNT-7 بعنوان گروه 2B طبقه بندی می شود (موادی که ممکن است برای انسانها سرطانزا باشند) [3Grosse Y, Loomis D, Guyton KZ, Lauby-Secretan B, El Ghissassi F, Bouvard V, Benbrahim-Tallaa L, Guha N, Scoccianti C, Mattock H, Straif K. “Carcinogenicity of fluoro-edenite, silicon carbide fibres and whiskers, and carbon nanotubes”. Lancet Oncol2014;15:1427-1428،4International Agency for Research on Cancer (IARC). IARC Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans Volume 111: Some Nanomaterials and Some Fibres (2017)]. نوع MWCNT-7 نانولوله ها، طویل و باریک بوده و از نظر شکل، مشابهت هایی با فیبرهای پنبه نسوز دارد [5Takagi A, Hirose A, Nishimura T, Fukumori N, Ogata A, Ohashi N, Kitajima S, Kanno J. “Induction of mesothelioma in p53+/− mouse by intraperitoneal application of multi‐wall carbon nanotube”. J Toxicol Sci 2008;33:105-116]. تحقیقات روی جوندگان نشان داد که مواجهه با MWCNT ها می تواند باعث مزوتلیا (سرطان لایه داخلی عضو مخصوصا ریه) و سرطان ریه شود [6Sakamoto Y, Nakee D, Fukumori N, Tayama K, Maekawa A, Imai K, Hirose A, Nishimura T, Ohashi N, Ogata A. “Induction of mesothelioma by a single intrascrotal administration of multi-wall carbon nanotube in intact male Fischer 344 rats”. J Toxicol Sci2009;34:65-76،7Takagi A, Hirose A, Futakuchi M, Tsuda H, Kanno J. “Dose‐dependent mesothelioma induction by intraperitoneal administration of multi‐wall carbon nanotubes in p53 heterozygous mice”. Cancer Sci 2012;103:1440-1444،8Sargent LM, Porter DW, Staska LM, Hubbs AF, Lowry DT, Battelli L, Siegrist KJ, Kashon ML, Mercer RR, Bauer AK, Chen BT, Salisbury JL, Frazer D, McKinney W, Andrew M, Tsuruoka S, Endo M, Fluharty KL, Castranova V, Reynolds SH. “Promotion of lung adenocarcinoma following inhalation exposure to multi-walled carbon nanotubes”. Part Fibre Toxicol 2014;11:3]. به نظر می رسد که نسبت طول نانولوله با عرض و انحنای CNT ها، عامل مهمی در تعیین سرطانزایی آن باشد [9Rittinghausen S, Hackbart A, Creutzenberg O, Ernst H, Heinrich U, Leonhardt A, Schaudien D. “The carcinogenic effect of various multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) after intraperitoneal injection in rats”. Part Fibre Toxicol 2014;11:59].

از آنجا که نانوتکنولوژی، رشته نسبتا جدیدی است و انواع بسیار متفاوتی از نانولوله های کربنی وجود دارد، طبقه بندی ریسک های بالقوه سلامت آن چالش برانگیز است. CNT ها با نانوفیبرهای کربن(CNF) متفاوت هستند. زیراCNFها طویل تر بوده و همیشه یک ساختار مشخص ندارند [10Department of Health and Human Services. Occupational Exposure to Carbon Nanotubes and Nanofibers (2013) (PDF)]. تا کنون شواهد محدودی در مورد عوارض مخرب CNT ها بر سلامت انسان وجود دارد، اما مطالعات روی حیوانات، عوارض ریوی مختلفی را نشان داده اند از جمله تورم، گرانولوما و فیبروز ریوی [10Department of Health and Human Services. Occupational Exposure to Carbon Nanotubes and Nanofibers (2013) (PDF)].

کاربردهای اصلی

CNT ها قوی، انعطاف پذیر، کم وزن و مقاوم در برابر گرما هستند و رسانایی الکتریکی بالایی دارند [11Walters A, Ericson LM, Casavant MJ, Liu J, Col¬bert DT, Smith KA, Smalley RE. “Elastic strain of freely suspended single-walled carbon nanotube ropes”. Appl Phys Lett 1999;74:3803.،12Yu M-F, Louire O, Dyer MJ, Moloni K, Kelly TF, Ruoff RS. “The strength and breaking mechanism of multiwalled carbon nanotubes under tensile load”. Science 2000;287:637-640] که باعث می شود که این مواد برای استفاده در الکترونیک (از جمله تبلتها و تلفنها)، باطری ها، باطری های خورشیدی، قطعات اتومبیل، کالاهای ورزشی (راکت تنیس، چوب بیسبال، فریم دوچرخه)، جلیقه ضدگلوله، کامپوزیت پلیمر، چسب، الکترونیک، تصویربرداری و جوهر ایده آل باشند [10Department of Health and Human Services. Occupational Exposure to Carbon Nanotubes and Nanofibers (2013) (PDF)]. CNT ها در وسایل داروسازی و زیست-پزشکی برای پیوند استخوان، ترمیم بافت، تشخیص پزشکی و دارورسانی استفاده می شوند [13Milne WI, Mann M, Dijon J, Bachmann P, McLaugh¬lin J, Robertson J, Teo KBK, Lewalter A, de Souza M, Boggild P, Briggs A, Mogensen KB, Gabriel J-CP, Roche S, Baptist R. “Carbon nanotubes”. E-Nano Newsletter 2008;13:5-32]. استفاده دیگری که می توان از CNT ها کرد، در فیلترهای آب برای تمیز کردن آلاینده ها از آبهای آلوده است [14Mauter MS, Elimelech M. “Environmental applications of carbon-based nanomaterials”. Environ Sci Technol 2008;42:5843–5859] اما تحقیقات بیشتری برای تعیین این نکته مورد نیاز است که آیا پیامدهای سلامت و یا محیطی در رابطه با این کاربرد وجود دارد یا خیر. ویژگی های فیزیکی CNT ها، باعث می شود که آنها ماده ایده آلی برای مصارف بسیار باشند و این کاربردها احتمالا در سالهای آتی بسط داده شوند.

مروری کلی بر مواجهات زیست محیطی

احتمالا مهمترین راه مواجهه با CNT در میان مردم عادی، استنشاق است [15Monteiro-Riviere NA, Nemanich RJ, Inman AO, Wang YY, Riviere JE. “Multi-walled carbon nanotube interactions with human epidermal keratinocytes”. Toxicol Lett 2005;155:377-384،16Donaldson K, Aitken R, Tran L, Stone V, Duffin R, Forrest G, Alexander A. “Carbon nanotubes: a review of their properties in relation to pulmonary toxicology and workplace safety”. Toxicol Sci 2006;92:5-22]. ممکن است این امر از طریق پوشیدن و پاره شدن محصولات CNT بواسطه تماس با CNT ها در حین استفاده یا دور ریختن آن اتفاق بیفتد [17Kingston, C, Zepp R, Andrady A, Bovergof D, Fehir R, Hawkins D, Roberts J, Sayre P, Shelton B, Sultan Y, Vejins C, Wohlleben W. “Release characteristics of selected carbon nanotube polymer composites”. Carbon 2014;68:33-57]. انتشار CNT ها نیز در حین سوخت گاز طبیعی، پروپان و گازهای متان از طریق اجاز گاز در فضای بسته جهت پخت و پز و همچنین در اماکن سوخت صنعتی درمحیط آزاد گزارش شده اند [18Murr LE, Bang JJ, Esquivel EV, Guerrero PA, Lopez DA. “Carbon nanotubes, nanocrystal forms, and complex nanoparticle aggregates in common fuel- gas combustion sources and the ambient air”. J Nanopart Res 2004;6:241–251،19Murr LE, Bang JJ, Lopez DA, Guerrero PA, Esquivel EV. “Carbon nanotubes and nanocrystals in methane combustion and the environmental implications”. J Mater Sci 2004;39:2199–2204].

مروری کلی بر مواجهات شغلی

مسیر اصلی مواجهه شغلی، استنشاق است اما مواجهه پوستی نیز ممکن است اتفاق بیفتد. تحقیق و توسعه به همراه تولید و کاربردها، محلهایی هستند که در آنها ممکن است مواجهه هوابرد بیشتر اتفاق بیفتد [10Department of Health and Human Services. Occupational Exposure to Carbon Nanotubes and Nanofibers (2013) (PDF)]. CNT ها می توانند در حین فعالیت هایی مانند سوراخ کردن و بریدن و انتقال، ترکیب و مخلوط کردن پودرها وارد هوا شوند [10Department of Health and Human Services. Occupational Exposure to Carbon Nanotubes and Nanofibers (2013) (PDF)]. داشتن تهویه مناسب، استفاده از ماسک فیلتر دار، پوشیدن لباس محافظ (دستکش، عینک)، دوش گرفتن و عوض کردن لباس ها در پایان روز کاری، روش هایی هستند که برای کاهش مواجهه در محیط های کاری توصیه می شوند. همچنین عدم مصرف غذا و آشامیدنی در محیط هایی که در آنها CNT ها ساخته یا مورد استفاده قرار می گیرند، نیز حائز اهمیت است زیرا این روش دیگری است که ممکن است این ماده از طریق آن وارد بدن شما شود [10Department of Health and Human Services. Occupational Exposure to Carbon Nanotubes and Nanofibers (2013) (PDF)].

بنیاد ملی نیکوکاری کنترل سرطان به اهتمام جمعی از اساتید،محققین و اعضای هیئت علمی دانشگاه های علوم پزشکی و نیز جمعی از خیرین در سال 1395 شروع به فعالیت نمود. این بنیاد از جمله سازمان های مردم نهادی است که می خواهد در کشور با نگاهی متوازن و همه‌جانبه درخصوص آموزش همگانی، پیشگیری، خودمراقبتی، غربالگری، تحقیق و پژوهش، ثبت ملی سرطان و آمایش ملی این بیماری گامهای مؤثری بردارد.