Нанотехнології - сукупність прийомів і методів, які застосовуються при вивченні, проектуванні, виробництві та використанні наноструктур, пристроїв і систем, що включають цілеспрямований контроль і модифікацію форми, розміру, взаємодії та інтеграції складових елементів нанорозміру (близько 1-100 нм), для отримання об'єктів з новими хімічними, фізичними та біологічними властивостями[4].
Основою сьогоднішньої наноіндустрії є керований механосинтез, тобто складання молекул з атомів за допомогою їхнього зближення доти, поки не вступлять у дію відповідні хімічні зв'язки. Для забезпечення механосинтезу необхідний маніпулятор, здатний захоплювати окремі атоми і молекули та маніпулювати ними в радіусі до 100 нм. Наноманіпулятор повинен управлятися або макрокомп'ютером, або нанокомп'ютером, вмонтованим у робота збирача (асемблера), керуючого маніпулятором. Створення подібних маніпуляторів справа майбутнього. Зондова мікроскопія, за допомогою якої сьогодні здійснюється переміщення окремих молекул і атомів, обмежена в діапазоні дії, у зв'язку з чим сама процедура зборки об'єктів з молекул на нанорівні, поки ще, не може бути автоматизована, через наявність інтерфейсу «Людина - комп'ютер - маніпулятор»[5].
Завдяки розвитку нанотехнологій, які почали активно розвиватися наприкінці 80х років ХХ століття, синтезована значна кількість наноматеріалів. За цей період вченими світу розроблені такі наноматеріали: фулерени, ліпосоми, дендримери, наносфери, наностержні, наноплівки, нанотрубки, нанокомпозити, нанокристали, нанодротинки, нанопорошки, нанороботи, нанокапсули, нанобіосенсори, нанопристрої, нанобіоматеріали, наноструктурні рідини (колоїди, міцели, гелі, полімери), фармакологічні нанопрепарати, засоби захисту від куль (спеціальні жилети) тощо.
У медицині наночастинки мають перспективу застосування в ультрачутливому визначенні біомолекул, діагностичній візуалізації, для фотодинамічної терапії, цільової доставки лікарських речовин до органів мішеней, фототермічного лікування тощо[6].
Важко переоцінити значення досягнень нанотехнологій у різних галузях промисловості: електроніки та інформаційних технологій, напівпровідниковій промисловості, енергетики, оптики, автомобілебудуванні, хімії, біології, фармацевтики і медицині. Багато споживчих товарів і виробів, до яких відносяться деякі продукти харчування (шоколад, морозиво, креми та ін.), мийні засоби, предмети парфумерії та особистої гігієни (зубні пасти, креми від засмаги, тональні креми, помади, лаки, фарби), напилювання на одязі, взутті, побутових предметах містять мікро- або наноструктури. У харчовій промисловості наноматеріали застосовуються у фільтрах для очищення води, використовуються в якості різних емульгаторів, а також при отриманні більш легких, міцних, термічно стійких і пакувальних матеріалів, при збагаченні харчових продуктів мікронутрієнтами. Наночіпи використовуються для ідентифікації умов і строків зберігання харчової продукції та виявлення патогенних мікроорганізмів. Для отримання різноманітних структур і матеріалів даного призначення розроблена складна технологія одержання сумішей з поверхнево-активних речовин і полімерних матеріалів. Ця область створення наноматеріалів та способів їхньої обробки отримала назву "м'якої нанотехнології"[7].
Відповідно до Розпорядження КМУ від 2 квітня 2009 р. N 331-р „Про схвалення Концепції Державної цільової науково-технічної програми "Нанотехнології та наноматеріали" на 2010-2014 роки” головною метою цієї Програми є створення сучасної національної наноіндустрії.
Основними завданнями цієї Програми визначено:
· формування інфраструктури для проведення ефективних фундаментальних досліджень у галузі нанотехнологій;
· координація робіт із створення і застосування нанотехнологій та наноматеріалів;
· розроблення нових підходів до підготовки кваліфікованих спеціалістів з питань розв'язання наукових, технологічних і виробничих проблем розвитку нанотехнологій і виготовлення нових наноматеріалів шляхом лібералізації податкової політики, оптимізації фінансової політики і системи захисту прав інтелектуальної власності.
Серед низки очікуваних результатів, від впровадження Програми, зокрема передбачається:
· в сфері охорони здоров'я - за рахунок створення високоефективних засобів доставки ліків, виготовлених з використанням нанопрепаратів, до місць виникнення захворювання. Широка перспектива відкривається у галузі медичної техніки (розроблення засобів діагностики, виконання нетравматичних операцій, створення штучних органів). Буде започаткований новий напрям – нанобезпека та захист від можливого негативного впливу нанооб'єктів (дослідження потенційних ризиків для людини під час взаємодії з наночастинками);
· в сфері охорони навколишнього природного середовища - за рахунок використання фільтрів і мембран, виготовлених на основі наноматеріалів, для очищення води і повітря, опріснення морської води та новітніх нанодатчиків для охорони навколишнього природного середовища під час зберігання та переробки відпрацьованого ядерного палива та моніторингу всіх технологічних процедур керування якістю монтажу та експлуатації ядерних систем. Для потреб радіаційної безпеки буде визначено новий напрям матеріалознавства - створення об'ємних сцинтиляційних матеріалів на нанорозмірних люмінофорах.
В Постанові КМУ від 28 жовтня 2009 р. N 1231 „Про затвердження Державної цільової науково-технічної програми "Нанотехнології та наноматеріали" на 2010-2014 роки” зазначається, що виконання Програми дасть змогу розробити нанотехнології для хімічної промисловості, енергетики, лікування найпоширеніших і найнебезпечніших хвороб, а також виготовлення біологічно активних речовин та багатофункціональних пристроїв наноелектроніки. Також передбачається:
· підготувати нормативно-правові акти, стандарти та сертифікати, що регламентують розроблення і впровадження нанотехнологій та виготовлення наноматеріалів;
· підготувати підручники та навчальні посібники для вищих навчальних закладів з питань щодо розроблення нанотехнологій та виготовлення наноматеріалів;
· утворити у вищих навчальних закладах науково-навчальні центри.
Серед низки основних завдань і заходів з виконання Державної цільової науково-технічної програми "Нанотехнології та наноматеріали" на 2010-2014 роки фігурують у тому числі наступні:
· утворення центру сертифікації наноматеріалів, наноструктур та приладів, у тому числі для забезпечення екологічної безпеки;
· вивчення питання щодо впливу наноматеріалів на біологічні системи різного рівня організації;
· розроблення нанобіотехнологій для захисту навколишнього природного середовища;
· розроблення порядку проведення оцінки впливу наноматеріалів та нанотехнологій на людину та навколишнє природне середовище.
2. Нанотоксикологія: поняття, мета і завдання. Токсичність наноматеріалів
Формування нанотоксикології як наукової дисципліни почалося давно, однак визнання вона отримала порівняно недавно. Зокрема, увагу співтовариства по дослідженню нанотоксикології привернула опублікована у 2004 робота Чіу-Вінг Лема (Центр космічних досліджень Джонсона Національного агентства по аеронавтиці та дослідженню космічного простору) і Девіда Вархайта (лабораторія Дюпон Хаскел по науках про здоров'я і навколишнє середовище США), в якій йдеться про можливості негативного впливу цих нових матеріалів. У роботі Лема і Вархайта розглядалися нові вироблені матеріали (вуглецеві нанотрубки) і описувалися виявлені несприятливі ефекти (гранулеми) при введенні їх у легені гризунів. Ці результати призвели до усвідомлення нанотехнологічним співтовариством того, що вироблені наноматеріали можуть виявитися шкідливими для здоров'я людей. Внаслідок цього виникла гостра необхідність досліджень потенційного негативного впливу вироблених наноматеріалів на здоров'я[8].
Активне впровадження наноматеріалів у клінічну медицину вимагає глибокого знання потенційних ризиків і побічних ефектів, пов'язаних з використанням цих матеріалів. Виробничі цикли, спрямовані на створення нових наноматеріалів, також можуть супроводжуватися нагромадженням відходів, що спричиняють токсичну, канцерогенну і мутагенну дію на організм людини. У зв'язку з цим, в спеціальній літературі останніх років значна увага приділяється висвітленню питань безпеки наноматеріалів і нанотехнологій у медицині та біології. Галузь досліджень, пов'язаних з вивченням безпеки наноматеріалів, отримала назву нанотоксикології[9].
Нанотоксикологія (англ. Nanotoxicology) - це вивчення токсичності наноматеріалів, тобто наука про створені нанопристрої і наноструктури, що має справу з їхнім впливом на живий організм[10].
Наноматеріали, створені навіть з інертних сполук, таких як золото, стають високоактивними у нанометровому діапазоні. Таким чином, нанотоксикологія вивчає, чи будуть (і в яких кількісних співвідношеннях) наноматеріали ставати небезпечними для навколишнього середовища і людини. Токсичні ефекти наночастинки, що має розміри < 100нм у діаметрі, можуть проявлятися навіть у тому випадку, коли більші частки даної сполуки не є токсичними. Токсичність можуть проявляти як штучно створені наночастинки, так і наночастинки природного походження з вулканічних викидів, атмосфери і т.д. Найбільш вивчені на сьогоднішній день наночастинки - це діоксид титану, окис алюмінію, оксид цинку, вуглецеві нанотрубки і т.д. Через квантові ефекти, викликані малими розмірами і великою площею (відносно розмірів) поверхні, наноматеріали мають унікальні властивості. У деяких наночастинок проявляються незвичайні патогенні властивості.