नैनो विषविज्ञान: Difference between revisions
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[[File:Nanotoxicology.jpg|thumb|225px|अतिसूक्ष्म कणों और संबंधित रोगों के संपर्क के रास्ते जैसा कि महामारी विज्ञान द्वारा सुझाया गया है, इन विवो और इन विट्रो अध्ययन।]]अतिसूक्ष्म पदार्थ के अत्यंत छोटे आकार का अर्थ यह भी है कि वे बड़े आकार के कणों की तुलना में [[मानव शरीर]] में अधिक सरलता से प्रवेश कर जाते हैं। तथा ये अतिसूक्ष्म कण शरीर के अंदर कैसे व्यवहार करते हैं यह अभी भी एक बड़ा सवाल है, जिसे हल करने की जरूरत है। अतिसूक्ष्म कणों का व्यवहार उनके आकार, आकृति और आसपास के ऊतकों के साथ सतह की प्रतिक्रियाशीलता का एक कार्य होता है। सिद्धांतिक रूप से बड़ी संख्या में कण शरीर के [[फ़ैगोसाइट|फागोसाइट्स]], कोशिकाओं को अधिभारित कर सकते हैं, जो बाहरी भौतिक द्रव्य को निगलना और नष्ट कर देते हैं, जिससे तनाव प्रतिक्रियाएं प्रारम्भ हो जाती हैं और सूजन हो जाती है तथा अन्य रोगजनकों के विरुद्ध शरीर की रक्षा कमजोर हो जाती है। इस बारे में प्रश्नों के अतिरिक्त क्या होता है कि यदि कोई गैर-अपघटनीय या धीरे-धीरे नष्ट होने वाले अतिसूक्ष्म कण शारीरिक अंगों में जमा हो जाते हैं, एक और चिंता शरीर के अंदर जैविक प्रक्रियाओं के साथ उनकी संभावित बातचीत या हस्तक्षेप करती है। तथा उनके बड़े सतह क्षेत्र के कारण, अतिसूक्ष्म कण, ऊतक और तरल पदार्थों के संपर्क में आने पर तुरंत उनकी सतह पर कुछ बड़े अणुओं का सामना करते हैं, जिनका वे सामना करते हैं। उदाहरण के लिए यह एंजाइमों और अन्य प्रोटीनों के विनियामक तंत्र को प्रभावित कर सकता है। | [[File:Nanotoxicology.jpg|thumb|225px|अतिसूक्ष्म कणों और संबंधित रोगों के संपर्क के रास्ते जैसा कि महामारी विज्ञान द्वारा सुझाया गया है, इन विवो और इन विट्रो अध्ययन।]]अतिसूक्ष्म पदार्थ के अत्यंत छोटे आकार का अर्थ यह भी है कि वे बड़े आकार के कणों की तुलना में [[मानव शरीर]] में अधिक सरलता से प्रवेश कर जाते हैं। तथा ये अतिसूक्ष्म कण शरीर के अंदर कैसे व्यवहार करते हैं यह अभी भी एक बड़ा सवाल है, जिसे हल करने की जरूरत है। अतिसूक्ष्म कणों का व्यवहार उनके आकार, आकृति और आसपास के ऊतकों के साथ सतह की प्रतिक्रियाशीलता का एक कार्य होता है। सिद्धांतिक रूप से बड़ी संख्या में कण शरीर के [[फ़ैगोसाइट|फागोसाइट्स]], कोशिकाओं को अधिभारित कर सकते हैं, जो बाहरी भौतिक द्रव्य को निगलना और नष्ट कर देते हैं, जिससे तनाव प्रतिक्रियाएं प्रारम्भ हो जाती हैं और सूजन हो जाती है तथा अन्य रोगजनकों के विरुद्ध शरीर की रक्षा कमजोर हो जाती है। इस बारे में प्रश्नों के अतिरिक्त क्या होता है कि यदि कोई गैर-अपघटनीय या धीरे-धीरे नष्ट होने वाले अतिसूक्ष्म कण शारीरिक अंगों में जमा हो जाते हैं, एक और चिंता शरीर के अंदर जैविक प्रक्रियाओं के साथ उनकी संभावित बातचीत या हस्तक्षेप करती है। तथा उनके बड़े सतह क्षेत्र के कारण, अतिसूक्ष्म कण, ऊतक और तरल पदार्थों के संपर्क में आने पर तुरंत उनकी सतह पर कुछ बड़े अणुओं का सामना करते हैं, जिनका वे सामना करते हैं। उदाहरण के लिए यह एंजाइमों और अन्य प्रोटीनों के विनियामक तंत्र को प्रभावित कर सकता है। | ||
अतिसूक्ष्म पदार्थ जैविक झिल्लियों को पार करने और कोशिकाओं, ऊतकों और अंगों तक पहुंचने में सक्षम होते हैं, जो बड़े आकार के कण सामान्य रूप से नहीं कर सकते।<ref>{{cite journal |last1=Holsapple |first1=Michael P. |last2=Farland |first2=William H. |last3=Landry |first3=Timothy D. |last4=Monteiro-Riviere |first4=Nancy A. |author-link4=Nancy A. Monteiro-Riviere |last5=Carter |first5=Janet M. |last6=Walker |first6=Nigel J. |last7=Thomas |first7=Karluss V. |date=November 2005 |title=नैनोमैटेरियल्स के सुरक्षा मूल्यांकन के लिए अनुसंधान रणनीतियां, भाग II: नैनोमैटिरियल्स का टॉक्सिकोलॉजिकल और सुरक्षा मूल्यांकन, वर्तमान चुनौतियां और डेटा आवश्यकताएं|journal=Toxicological Sciences |language=en |volume=88 |issue=1 |pages=12–7 |doi=10.1093/toxsci/kfi293 |pmid=16120754 |doi-access=free}}</ref> अतिसूक्ष्म पदार्थ अंतःश्वसन <ref name=":0" /> या अंतर्ग्रहण के माध्यम से रक्त प्रवाह तक पहुंच प्राप्त कर सकते हैं।<ref name=":1" /> फटी त्वचा एक अप्रभावी कण बाधा हो सकती है, जो यह सुझाव देती है कि मुँहासे, खुजली, शेविंग्स घाव या गंभीर धूप की कालिमा अतिसूक्ष्म पदार्थ के त्वचा के उत्थान को तेज कर सकते हैं। फिर, एक बार रक्त प्रवाह में अतिसूक्ष्म पदार्थ को शरीर के चारों ओर ले जाया जा सकता है और मस्तिष्क, हृदय, यकृत, गुर्दे, प्लीहा, अस्थि मज्जा और तंत्रिका तंत्र सहित अंगों और ऊतकों द्वारा ग्रहण किया जा सकता है<ref name=":2" /> तथा अतिसूक्ष्म पदार्थ उनकी संरचना और एकाग्रता के आधार पर मानव ऊतक और कोशिका मे जीवाणुओं की वृद्धि के लिए विषाक्त हो सकती है।<ref name=":0" /> (परिणामस्वरूप ऑक्सीकृत तनाव में वृद्धि, उत्तेजना [[साइटोकाइन]] उत्पादन और कोशिका मृत्यु आदि।) | |||
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कुछ प्रकार के कणों के लिए, वे जितने छोटे होते हैं, उनकी सतह का आयतन अनुपात उतना ही अधिक होता है और उनकी रासायनिक प्रतिक्रिया और जैविक गतिविधि उतनी ही अधिक होती है। अतिसूक्ष्म पदार्थ की अधिक रासायनिक प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप [[प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियों]] (आरओएस) का उत्पादन बढ़ सकता है, जिसमें मुक्त कण भी सम्मिलित हैं। आरओएस उत्पादन कार्बन [[फुलरीन]], कार्बन नैनोट्यूब और नैनोपार्टिकल मेटल ऑक्साइड सहित अतिसूक्ष्म पदार्थ की एक विविध श्रेणी में पाया गया है। आरओएस और मुक्त मूलक उत्पादन नैनोपार्टिकल विषाक्तता के प्राथमिक तंत्रों में से एक है; इसके परिणामस्वरूप ऑक्सीडेटिव तनाव, सूजन, और परिणामस्वरूप प्रोटीन, झिल्लियों और डीएनए को नुकसान हो सकता है।<ref name=":3" /> उदाहरण के लिए, [[चुंबकीय क्षेत्र|चुंबकीय क्षेत्रों]] के साथ नैनोपार्टिकल मेटल ऑक्साइड का अनुप्रयोग जो आरओएस को संशोधित करता है जिससे ट्यूमर के विकास में वृद्धि होती है।<ref name= magnetocarcinogenesis/> | '''कुछ प्रकार के''' कणों के लिए, वे जितने छोटे होते हैं, उनकी सतह का आयतन अनुपात उतना ही अधिक होता है और उनकी रासायनिक प्रतिक्रिया और जैविक गतिविधि उतनी ही अधिक होती है। अतिसूक्ष्म पदार्थ की अधिक रासायनिक प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप [[प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियों]] (आरओएस) का उत्पादन बढ़ सकता है, जिसमें मुक्त कण भी सम्मिलित हैं। आरओएस उत्पादन कार्बन [[फुलरीन]], कार्बन नैनोट्यूब और नैनोपार्टिकल मेटल ऑक्साइड सहित अतिसूक्ष्म पदार्थ की एक विविध श्रेणी में पाया गया है। आरओएस और मुक्त मूलक उत्पादन नैनोपार्टिकल विषाक्तता के प्राथमिक तंत्रों में से एक है; इसके परिणामस्वरूप ऑक्सीडेटिव तनाव, सूजन, और परिणामस्वरूप प्रोटीन, झिल्लियों और डीएनए को नुकसान हो सकता है।<ref name=":3" /> उदाहरण के लिए, [[चुंबकीय क्षेत्र|चुंबकीय क्षेत्रों]] के साथ नैनोपार्टिकल मेटल ऑक्साइड का अनुप्रयोग जो आरओएस को संशोधित करता है जिससे ट्यूमर के विकास में वृद्धि होती है।<ref name= magnetocarcinogenesis/> | ||
=== कोशिका आविषता === | === कोशिका आविषता === | ||
एनपी के हानिकारक प्रभावों के लिए एक प्राथमिक मार्कर सेल व्यवहार्यता है जैसा कि राज्य और सेल झिल्ली के उजागर सतह क्षेत्र द्वारा निर्धारित किया गया है। धातु एनपी के संपर्क में आने वाली कोशिकाओं में, कॉपर ऑक्साइड के मामले में, उनकी 60% तक कोशिकाएं अव्यवहार्य होती हैं। तनुकृत होने पर, सकारात्मक रूप से आवेशित धातु आयन अधिकांश आस-पास की कोशिकाओं की कोशिका झिल्ली के लिए इलेक्ट्रोस्टैटिक आकर्षण का अनुभव करते हैं, झिल्ली को ढंकते हैं और इसे आवश्यक ईंधन और कचरे में प्रवेश करने से रोकते हैं।<ref name="seabra-metalnp" /> परिवहन और संचार के लिए कम उजागर झिल्ली के साथ, कोशिकाओं को अधिकांश निष्क्रिय कर दिया जाता है। | एनपी के हानिकारक प्रभावों के लिए एक प्राथमिक मार्कर सेल व्यवहार्यता है जैसा कि राज्य और सेल झिल्ली के उजागर सतह क्षेत्र द्वारा निर्धारित किया गया है। धातु एनपी के संपर्क में आने वाली कोशिकाओं में, कॉपर ऑक्साइड के मामले में, उनकी 60% तक कोशिकाएं अव्यवहार्य होती हैं। तनुकृत होने पर, सकारात्मक रूप से आवेशित धातु आयन अधिकांश आस-पास की कोशिकाओं की कोशिका झिल्ली के लिए इलेक्ट्रोस्टैटिक आकर्षण का अनुभव करते हैं, झिल्ली को ढंकते हैं और इसे आवश्यक ईंधन और कचरे में प्रवेश करने से रोकते हैं।<ref name="seabra-metalnp" /> परिवहन और संचार के लिए कम उजागर झिल्ली के साथ, कोशिकाओं को अधिकांश निष्क्रिय कर दिया जाता है। | ||
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नैनोटॉक्सिकोलॉजी या नैनोविषविज्ञान, अतिसूक्ष्म पदार्थ की विषाक्तता का अध्ययन है।[1] जो क्वांटम आकार के प्रभावों और बड़े सतह क्षेत्र से आयतन अनुपात के कारण अतिसूक्ष्म पदार्थ में उनके बड़े समकक्षों की तुलना में अद्वितीय गुण होते हैं, तथा उनकी विषाक्तता को प्रभावित करते हैं। एवं संभावित खतरों में से, अंतःश्वसन अनावृत्ति सबसे अधिक चिंता का विषय प्रतीत होता है, जानवरों के अध्ययन में कुछ अतिसूक्ष्म पदार्थ के लिए सूजन, फाइब्रोसिस और कैंसरजन्यता जैसे फुफ्फुसीय प्रभाव दिखाई देते हैं।[2] तथा त्वचा का संपर्क और अंतर्ग्रहण जोखिम भी एक चिंता का विषय होता है।
वातावरण
अतिसूक्ष्म पदार्थ का कम से कम एक प्राथमिक आयाम 100 नैनोमीटर से कम होता है और अधिकांश उनके गुण उनके स्थूल घटकों से भिन्न होते हैं, जो तकनीकी रूप से उपयोगी होते हैं। क्योंकि अतिसूक्ष्म प्रौद्योगिकी विज्ञान एक ताजा विकास है, जो अतिसूक्ष्म पदार्थ के जोखिम के स्वास्थ्य और सुरक्षा प्रभाव किस स्तर के जोखिम संतोषजनक हो सकते हैं, अभी तक पूरी तरह से समझा नहीं जा सका है।[3] अतिसूक्ष्म कणों को दहन-व्युत्पन्न अतिसूक्ष्म कणों (जैसे डीजल कालिख), कार्बन नैनोट्यूब जैसे निर्मित अतिसूक्ष्म कणों और ज्वालामुखी विस्फोट, वायुमंडलीय रसायन आदि से स्वाभाविक रूप से उत्पन्न होने वाले अतिसूक्ष्म कणों में विभाजित किया जा सकता है। विशिष्ट अतिसूक्ष्म कणों का अध्ययन किया गया है। जिन विशिष्ट अतिसूक्ष्म कणों का अध्ययन किया गया है वे टाइटेनियम डाइऑक्साइड, एल्यूमिना, जिंक ऑक्साइड, कार्बन ब्लैक, कार्बन नैनोट्यूब और बकमिंस्टरफुलरीन हैं।
नैनोविषविज्ञान कण विषाक्तता की एक उप-विशेषता होती है। जो अतिसूक्ष्म पदार्थ में विषाक्तता प्रभाव के रूप मे दिखाई देते हैं तथा पूर्ण असामान्य होते हैं और बड़े कणों के साथ नहीं देखे जाते हैं, ये छोटे कण मानव शरीर के लिए अधिक खतरा उत्पन्न कर सकते हैं, क्योंकि शरीर को आक्रमण करने के लिए प्ररूपित किए जाने पर उच्च स्तर की स्वतंत्रता के साथ चलने की क्षमता होती है। नैनो पैमाने के अतिरिक्त बड़े कण।[4] उदाहरण के लिए, सोना जैसे अक्रिय तत्व भी नैनोमीटर आयामों पर अत्यधिक सक्रिय हो जाते हैं। नैनोटॉक्सिकोलॉजिकल अध्ययनों का उद्देश्य यह निर्धारित करना है, कि क्या और किस हद तक ये गुण पर्यावरण और मनुष्यों के लिए खतरा उत्पन्न कर सकते हैं।[5] अतिसूक्ष्म कणों में इकाई द्रव्यमान अनुपात के लिए बहुत बड़ा सतह क्षेत्र होता है, जो कुछ परिस्थितियों में उदाहरण के लिए, फेफड़े के ऊतकों में अधिक से अधिक उत्तेजक प्रभाव उत्पन्न कर सकता है। इसके अतिरिक्त, कुछ अतिसूक्ष्म कण अपने निक्षेपण स्थल से रक्त और मस्तिष्क जैसे दूर के स्थलों में स्थानांतरित होने में सक्षम प्रतीत होते हैं।
चिकित्सा प्रक्रियाओं के दौरान अतिसूक्ष्म कणों को साँस में लिया या निगला जा सकता है, तथा त्वचा के माध्यम से अवशोषित भी किया जा सकता है और जानबूझकर या गलती से अन्तःक्षेप किया जा सकता है। तथा वे गलती से या अनजाने में जीवित ऊतक में प्रत्यारोपित पदार्थ से मुक्त हो सकते हैं।[6][7][8] एक अध्ययन में कार्यस्थलों पर एयरबोर्न इंजीनियर अतिसूक्ष्म कणों को अवमुक्त, विभिन्न उत्पादन और संचालन गतिविधियों से संबंधित कार्यकर्ता जोखिम को बहुत संभावित माना जाता है।[9]
गुण जो विषाक्तता को प्रभावित करते हैं
किसी कण की संभावित विषाक्तता का निर्धारण करने में आकार एक महत्वपूर्ण कारक होता है।[10] हालांकि यह एकमात्र महत्वपूर्ण कारक नहीं है। बल्कि विषाक्तता को प्रभावित करने वाले अतिसूक्ष्म पदार्थो के अन्य गुणों में सम्मिलित होते हैं। रासायनिक संरचना, आकार, सतह संरचना, सतह आवेश, एकत्रीकरण, घुलनशीलता[11]और अन्य रसायनों के कार्यात्मक समूहों की उपस्थिति या अनुपस्थिति मे विषाक्तता को प्रभावित करने वाले चरों की बड़ी संख्या का अर्थ है कि अतिसूक्ष्म पदार्थ के संपर्क से जुड़े स्वास्थ्य जोखिमों के बारे में सामान्यीकरण करना जटिल होता है तथा प्रत्येक नए अतिसूक्ष्म पदार्थ का व्यक्तिगत रूप से सभी भौतिक गुणों को ध्यान में रखा कर मूल्यांकन किया जाना चाहिए।
संरचना
धातु आधारित
धातु आधारित अतिसूक्ष्म कणों (NPs) अर्धचालकों, इलेक्ट्रोल्यूमिनसेंट्स और ताप वैद्युतीय पदार्थ के रूप में अपने कार्यों के लिए संश्लेषित NPs का एक प्रमुख वर्ग होते है।[12] बायोमेडिकल रूप से इन जीवाणुरोधी NPs का उपयोग दवा वितरण प्रणाली में पारंपरिक चिकित्सा के लिए दुर्गम क्षेत्रों तक पहुंचने के लिए किया गया है। हाल ही में नैनोप्रौद्योगिकी विज्ञान में रुचि और विकास में वृद्धि के साथ यह आकलन करने के लिए कई अध्ययन किए गए हैं, कि क्या इन NPs की अद्वितीय विशेषताओं, अर्थात् उनके बड़े सतह क्षेत्र से आयतन अनुपात उस वातावरण पर नकारात्मक प्रभाव डाल सकते हैं, जिस पर उन्हें प्रस्तुत किया गया था।[13] शोधकर्ताओं ने पाया है कि कुछ धातु और धातु ऑक्साइड NPs, DNA टूटने और ऑक्सीकरण, उत्परिवर्तन, कम सेल व्यवहार्यता, विकृत रूप प्रक्रिया (जीव विज्ञान), प्रेरित एपोप्टोसिस और नेक्रोसिस को प्रेरित करने वाली कोशिकाओं को प्रभावित कर सकते हैं, तथा प्रसार को कम कर सकते हैं।[12] इसके अतिरिक्त, धातु के अतिसूक्ष्म कण प्रशासन के बाद भी जीवों में बने रह सकते हैं। यदि उन्हें सावधानी से नहीं बनाया गया हो।[14]
कार्बन आधारित
कार्बन नैनोट्यूब (CNT) के संपर्क में 2013 तक चूहों पर नवीनतम विषविज्ञान अध्ययन ने MWCNT की एक सीमित फुफ्फुसीय उत्तेजक क्षमता को अमेरिका मे स्थित CNT सुविधाओं में देखी गई औसत साँस लेने योग्य मौलिक कार्बन सांद्रता के अनुरूप दिखाया। तथा अध्ययन में अनुमान लगाया गया है कि महत्वपूर्ण पैथोलॉजी के होने के लिए काफी वर्षों तक संपर्क में रहना आवश्यक होता है।[15]
एक समीक्षा का निष्कर्ष है कि फुलरीन की खोज के बाद से एकत्र किए गए सबूत C60 के गैर-विषैले होने की ओर इंगित करते हैं। जैसा कि किसी संरचनात्मक अंश के किसी भी रासायनिक संशोधन के साथ विषाक्तता वर्णन के स्थिति में है, लेखकों का सुझाव है कि अलग-अलग अणुओं का व्यक्तिगत रूप से मूल्यांकन किया जाना चाहिए।[16]
अन्य
अतिसूक्ष्म पदार्थ के अन्य वर्गों में बहुलक जैसे नैनोसेल्युलोज और डेनड्रीमर सम्मलित हैं।
आकार
ऐसे कई तरीके हैं, जिनका आकार अतिसूक्ष्म कणों की विषाक्तता को प्रभावित कर सकता है। उदाहरण के लिए, विभिन्न आकार के कण फेफड़ों में अलग-अलग जगहों पर जमा हो सकते हैं, और फेफड़ों से अलग-अलग दरों पर साफ किए जाते हैं। आकार कणों की प्रतिक्रियाशीलता (रसायन विज्ञान) और विशिष्ट तंत्र को भी प्रभावित कर सकता है। जिसके द्वारा वे विषाक्त होते हैं।[17]
विक्षेपण अवस्था
पर्यावरण या जैविक तरल पदार्थ में रखे जाने पर कई अतिसूक्ष्म कण ढेर या एकत्रित हो जाते हैं। मानक संगठनों ISO और ASTM के अनुसार समूह और एकत्रीकरण की अलग-अलग परिभाषाएँ होती हैं, जहाँ ढेर अधिक ढीले-ढाले कणों को दर्शाता है और एकत्रीकरण बहुत कसकर बंधे या जुड़े हुए कणों को दर्शाता है (सामान्य रूप से यह संश्लेषण या सुखाने के दौरान होता है)। पर्यावरण और जैविक तरल पदार्थों की उच्च आयनिक बल के कारण अतिसूक्ष्म कण अधिकांश एकत्रित हो जाते हैं, जो अतिसूक्ष्म कणों पर आवेशों के कारण प्रतिकर्षण को सुरक्षा देता है। दुर्भाग्य से समुदाय को अधिकांश नैनोविषाक्तता अध्ययनों में अनदेखा किया गया है, भले ही ढेर से नैनोविषाक्तता को प्रभावित करने की उम्मीद की जाएगी, क्योंकि यह अतिसूक्ष्म कणों के आकार, सतह क्षेत्र और अवसादन गुणों को परिवर्तित करता है। इसके अतिरिक्त कई अतिसूक्ष्म कण अपने लक्ष्य तक पहुँचने से पहले पर्यावरण या शरीर में कुछ हद तक एकत्रित हो जाएंगे, इसलिए यह अध्ययन करना वांछनीय होता है कि कैसे विषाक्तता ढेर से प्रभावित होती है।
एयरबोर्न इंजीनियर अतिसूक्ष्म कणों के समूह के समुदाय/डीएग्लोमरेशन (यांत्रिक स्थिरता) क्षमता का भी उनके पर्यावरणीय परिवहन मार्गों के अंत-बिंदु पर उनके आकार वितरण रूपरेखा पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। अतिसूक्ष्म कणों के समुदाय की स्थिरता का परीक्षण करने के लिए विभिन्न एयरोसोलाइजेशन और डीएग्लोमरेशन प्रणाली स्थापित किए गए हैं।
भूतल रसायन और आवेश
NPs, उनके कार्यान्वयन मे विलेपन के साथ अन्तर्निहित किए जाते हैं और कभी-कभी इच्छित कार्य के आधार पर घनात्मक या निषेधात्मक आवेश दिए जाते हैं। तथा अध्ययनों में पाया गया है कि ये बाहरी कारक NPs की विषाक्तता की कोटि को प्रभावित करते हैं।
प्रशासन के मार्ग
श्वसन
अंतःश्वसन जोखिम कार्यस्थल में हवाई कणों के संपर्क का सबसे सामान्य मार्ग होता है। श्वसन पथ में अतिसूक्ष्म कणों का जमाव कणों या उनके समूह के आकृति और आकार से निर्धारित होता है, और वे फेफड़ों में बड़े श्वसन कणों की तुलना में अधिक मात्रा में जमा होते हैं। जानवरों के अध्ययन के आधार पर अतिसूक्ष्म कण फेफड़ों से रक्तप्रवाह में प्रवेश कर सकते हैं और मस्तिष्क सहित अन्य अंगों में स्थानांतरित हो सकते हैं।[18] अंतःश्वसन जोखिम पदार्थ की धूल से प्रभावित होता है, एक उत्तेजना के जवाब में कणों की हवा बनने की प्रवृत्ति धूल का उत्पादन कण के आकृति, आकार, थोक घनत्व और अंतर्निहित स्थिर वैद्युत् बलों से प्रभावित होता है, और चाहे अतिसूक्ष्म पदार्थ एक सूखा पाउडर हो या घोल, तरल निलंबन में सम्मलित हो।[19]
पशु अध्ययनों से संकेत मिलता है कि कार्बन नैनोट्यूब और कार्बन नैनोफाइबर सूजन, ग्रेन्युलोमा (कणिकागुल्म) और फुफ्फुसीय फाइब्रोसिस सहित फुफ्फुसीय प्रभाव उत्पन्न कर सकते हैं, जो सिलिका, एस्बेस्टस और अल्ट्राफाइन कार्बन ब्लैक जैसे अन्य ज्ञात फाइब्रोजेनिक पदार्थों की तुलना में समान या अधिक बल वाले थे। कोशिकाओं या जानवरों मे कुछ अध्ययनों ने जीनोटॉक्सिक या कार्सिनोजेनिक प्रभाव, या फुफ्फुसीय जोखिम से प्रणालीगत हृदय संबंधी प्रभाव दिखाए हैं। हालांकि किस हद तक पशु आँकड़ा श्रमिकों में चिकित्सकीय रूप से महत्वपूर्ण फेफड़ों के प्रभाव का पूर्वानुमान कर सकता है, तथा अल्पकालिक पशु अध्ययनों में देखी गई विषाक्तता इन अतिसूक्ष्म पदार्थ के संपर्क में आने वाले श्रमिकों के लिए सुरक्षात्मक कार्रवाई की आवश्यकता का संकेत देती है। 2013 तक श्रमिकों में दीर्घकालिक पशु अध्ययन और जानपदिक रोगविज्ञान के अध्ययन में और अधिक शोध की आवश्यकता थी। तथा 2013 तक इन अतिसूक्ष्म पदार्थ का उपयोग या उत्पादन करने वाले श्रमिकों में वास्तविक प्रतिकूल स्वास्थ्य प्रभावों की कोई रिपोर्ट ज्ञात नहीं थी।[20] टाइटेनियम डाइऑक्साइड TiO2 धूल को फेफड़ों के ट्यूमर का जोखिम माना जाता है, अल्ट्राफाइन (नैनोस्केल) कणों के साथ एक माध्यमिक जीनोटॉक्सिसिटी तंत्र के माध्यम से सूक्ष्म TiO2 के सापेक्ष द्रव्यमान आधारित शक्ति में वृद्धि होती है, जो TiO2 के लिए विशिष्ट नहीं होता है लेकिन मुख्य रूप से कण आकार और सतह क्षेत्र से संबंधित होते है। [21]
त्वचीय
कुछ अध्ययनों से पता चलता है कि व्यावसायिक जोखिम के दौरान अतिसूक्ष्म पदार्थ बरकरार त्वचा के माध्यम से संभावित रूप से शरीर में प्रवेश कर सकते हैं। अध्ययनों से पता चला है कि व्यास में 1 माइक्रोमीटर से छोटे कण यांत्रिक रूप से झुकी हुई त्वचा के प्रतिरूप में प्रवेश कर सकते हैं, और विभिन्न भौतिक-रासायनिक गुणों वाले अतिसूक्ष्म कण सूअरों की अक्षुण्ण त्वचा में प्रवेश करने में सक्षम थे। आकार, आकृति, पानी में घुलनशीलता और सतह कोटिंग जैसे कारक त्वचा में प्रवेश करने के लिए अतिसूक्ष्म कणों की क्षमता को सीधे प्रभावित करते हैं। इस समय यह पूरी तरह से ज्ञात नहीं है कि अतिसूक्ष्म कणों के त्वचा प्रवेश से पशु प्रारूप में प्रतिकूल प्रभाव पड़ेगा, हालांकि नग्न चूहों के लिए कच्चे SWCNT के सामयिक अनुप्रयोग को त्वचीय जलन उत्पन्न करने के लिए दिखाया गया है, और कृत्रिम परिवेशीय अध्ययनों में प्राथमिक या सुसंस्कृत मानव त्वचा का उपयोग किया जाता है। कोशिकाओं ने दिखाया है कि कार्बन नैनोट्यूब कोशिकाओं में प्रवेश कर सकते हैं और प्रो-प्रिनफ्लेमेटरी साइटोकिन, ऑक्सीडेटिव तनाव और घटी हुई व्यवहार्यता की मुक्ति का कारण बन सकते हैं। हालांकि, यह स्पष्ट नहीं है कि कैसे इन निष्कर्षों को एक संभावित व्यावसायिक जोखिम के लिए बहिर्वेशन किया जा सकता है।[18][20] इसके अतिरिक्त, अतिसूक्ष्म कण घावों के माध्यम से शरीर में प्रवेश कर सकते हैं, तथा कण रक्त और लिम्फ नोड्स में चले जाते हैं।[22]
जठरांत्रिय
अंतर्ग्रहण पदार्थ अनजाने में हाथ से मुँह में स्थानांतरण से हो सकता है। यह पारंपरिक पदार्थो के साथ होता पाया गया है, और यह मान लेना वैज्ञानिक रूप से उचित होता है कि यह अतिसूक्ष्म पदार्थ के संचालन के दौरान भी हो सकता है। अंतर्ग्रहण भी अंतःश्वसन जोखिम के साथ हो सकता है ,क्योंकि म्यूकोसिलरी एस्केलेटर के माध्यम से श्वसन तंत्र से निकलने वाले कणों को निगला जा सकता है।[18]
जैव वितरण
अतिसूक्ष्म पदार्थ के अत्यंत छोटे आकार का अर्थ यह भी है कि वे बड़े आकार के कणों की तुलना में मानव शरीर में अधिक सरलता से प्रवेश कर जाते हैं। तथा ये अतिसूक्ष्म कण शरीर के अंदर कैसे व्यवहार करते हैं यह अभी भी एक बड़ा सवाल है, जिसे हल करने की जरूरत है। अतिसूक्ष्म कणों का व्यवहार उनके आकार, आकृति और आसपास के ऊतकों के साथ सतह की प्रतिक्रियाशीलता का एक कार्य होता है। सिद्धांतिक रूप से बड़ी संख्या में कण शरीर के फागोसाइट्स, कोशिकाओं को अधिभारित कर सकते हैं, जो बाहरी भौतिक द्रव्य को निगलना और नष्ट कर देते हैं, जिससे तनाव प्रतिक्रियाएं प्रारम्भ हो जाती हैं और सूजन हो जाती है तथा अन्य रोगजनकों के विरुद्ध शरीर की रक्षा कमजोर हो जाती है। इस बारे में प्रश्नों के अतिरिक्त क्या होता है कि यदि कोई गैर-अपघटनीय या धीरे-धीरे नष्ट होने वाले अतिसूक्ष्म कण शारीरिक अंगों में जमा हो जाते हैं, एक और चिंता शरीर के अंदर जैविक प्रक्रियाओं के साथ उनकी संभावित बातचीत या हस्तक्षेप करती है। तथा उनके बड़े सतह क्षेत्र के कारण, अतिसूक्ष्म कण, ऊतक और तरल पदार्थों के संपर्क में आने पर तुरंत उनकी सतह पर कुछ बड़े अणुओं का सामना करते हैं, जिनका वे सामना करते हैं। उदाहरण के लिए यह एंजाइमों और अन्य प्रोटीनों के विनियामक तंत्र को प्रभावित कर सकता है।
अतिसूक्ष्म पदार्थ जैविक झिल्लियों को पार करने और कोशिकाओं, ऊतकों और अंगों तक पहुंचने में सक्षम होते हैं, जो बड़े आकार के कण सामान्य रूप से नहीं कर सकते।[23] अतिसूक्ष्म पदार्थ अंतःश्वसन [6] या अंतर्ग्रहण के माध्यम से रक्त प्रवाह तक पहुंच प्राप्त कर सकते हैं।[7] फटी त्वचा एक अप्रभावी कण बाधा हो सकती है, जो यह सुझाव देती है कि मुँहासे, खुजली, शेविंग्स घाव या गंभीर धूप की कालिमा अतिसूक्ष्म पदार्थ के त्वचा के उत्थान को तेज कर सकते हैं। फिर, एक बार रक्त प्रवाह में अतिसूक्ष्म पदार्थ को शरीर के चारों ओर ले जाया जा सकता है और मस्तिष्क, हृदय, यकृत, गुर्दे, प्लीहा, अस्थि मज्जा और तंत्रिका तंत्र सहित अंगों और ऊतकों द्वारा ग्रहण किया जा सकता है[8] तथा अतिसूक्ष्म पदार्थ उनकी संरचना और एकाग्रता के आधार पर मानव ऊतक और कोशिका मे जीवाणुओं की वृद्धि के लिए विषाक्त हो सकती है।[6] (परिणामस्वरूप ऑक्सीकृत तनाव में वृद्धि, उत्तेजना साइटोकाइन उत्पादन और कोशिका मृत्यु आदि।)
विषाक्तता के तंत्र
ऑक्सीडेटिव तनाव
कुछ प्रकार के कणों के लिए, वे जितने छोटे होते हैं, उनकी सतह का आयतन अनुपात उतना ही अधिक होता है और उनकी रासायनिक प्रतिक्रिया और जैविक गतिविधि उतनी ही अधिक होती है। अतिसूक्ष्म पदार्थ की अधिक रासायनिक प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियों (आरओएस) का उत्पादन बढ़ सकता है, जिसमें मुक्त कण भी सम्मिलित हैं। आरओएस उत्पादन कार्बन फुलरीन, कार्बन नैनोट्यूब और नैनोपार्टिकल मेटल ऑक्साइड सहित अतिसूक्ष्म पदार्थ की एक विविध श्रेणी में पाया गया है। आरओएस और मुक्त मूलक उत्पादन नैनोपार्टिकल विषाक्तता के प्राथमिक तंत्रों में से एक है; इसके परिणामस्वरूप ऑक्सीडेटिव तनाव, सूजन, और परिणामस्वरूप प्रोटीन, झिल्लियों और डीएनए को नुकसान हो सकता है।[11] उदाहरण के लिए, चुंबकीय क्षेत्रों के साथ नैनोपार्टिकल मेटल ऑक्साइड का अनुप्रयोग जो आरओएस को संशोधित करता है जिससे ट्यूमर के विकास में वृद्धि होती है।[2]
कोशिका आविषता
एनपी के हानिकारक प्रभावों के लिए एक प्राथमिक मार्कर सेल व्यवहार्यता है जैसा कि राज्य और सेल झिल्ली के उजागर सतह क्षेत्र द्वारा निर्धारित किया गया है। धातु एनपी के संपर्क में आने वाली कोशिकाओं में, कॉपर ऑक्साइड के मामले में, उनकी 60% तक कोशिकाएं अव्यवहार्य होती हैं। तनुकृत होने पर, सकारात्मक रूप से आवेशित धातु आयन अधिकांश आस-पास की कोशिकाओं की कोशिका झिल्ली के लिए इलेक्ट्रोस्टैटिक आकर्षण का अनुभव करते हैं, झिल्ली को ढंकते हैं और इसे आवश्यक ईंधन और कचरे में प्रवेश करने से रोकते हैं।[12] परिवहन और संचार के लिए कम उजागर झिल्ली के साथ, कोशिकाओं को अधिकांश निष्क्रिय कर दिया जाता है।
एनपी को मुख्य रूप से सूत्रकणिका क्षति और विदेशी एनपी स्थिर वैद्युत् प्रतिक्रियाओं द्वारा लाए गए ऑक्सीडेटिव तनाव के कारण कुछ कोशिकाओं में एपोप्टोसिस को प्रेरित करने के लिए पाया गया है।[12]
जीनोटॉक्सिसिटी
धातु और धातु ऑक्साइड एनपी जैसे सिल्वर, जिंक, कॉपर ऑक्साइड, यूरेनाइट और कोबाल्ट ऑक्साइड अतिसूक्ष्म कण भी डीएनए को नुकसान पहुंचाते पाए गए हैं।[12]डीएनए को होने वाले नुकसान का परिणाम अधिकांशतः उत्परिवर्तित कोशिकाओं और आबादी में होता है जैसा कि एचपीआरटी - हाइपोक्सैन्थिन-गुआनिन फॉस्फोरिबोसिलट्रांसफेरेज़ की कमी जीन परीक्षण में पाया गया है।
धातु और धातु ऑक्साइड एनपी जैसे सिल्वर, जिंक, कॉपर ऑक्साइड, यूरेनाइट और कोबाल्ट ऑक्साइड भी DNA को नुकसान पहुंचाते पाए गए हैं।[12] DNA को हुई क्षति का परिणाम अधिकांश उत्परिवर्तित कोशिकाओं और कॉलोनियों में होगा जैसा कि एचपीआरटी की कमी को जीन परीक्षण में पाया गया है।
तरीके और मानक
विष विज्ञान अध्ययनों की पुनरुत्पादन सुनिश्चित करने के लिए एक अतिसूक्ष्म पदार्थ के भौतिक और रासायनिक गुणों की विशेषता महत्वपूर्ण है, और यह अध्ययन करने के लिए भी महत्वपूर्ण है कि कैसे अतिसूक्ष्म पदार्थ के गुण उनके जैविक प्रभावों को निर्धारित करते हैं।[24] एक अतिसूक्ष्म पदार्थ के गुण जैसे आकार आकार वितरण और संकुलन (रसायन विज्ञान) स्थिति बदल सकती है क्योंकि एक पदार्थ तैयार की जाती है और विष विज्ञान अध्ययन में उपयोग की जाती है, जिससे प्रयोग में विभिन्न बिंदुओं पर उन्हें मापना महत्वपूर्ण हो जाता है।[17]
अधिक पारंपरिक विष विज्ञान अध्ययनों की तुलना में, नैनोटॉक्सिकोलॉजी में, संभावित संदूषकों का लक्षण वर्णन चुनौतीपूर्ण है। जैविक प्रणालियां अभी भी इस पैमाने पर पूरी तरह से ज्ञात नहीं हैं। इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी (SEM और TEM) और परमाण्विक बल सूक्ष्मदर्शी (AFM) विश्लेषण जैसे विज़ुअलाइज़ेशन तरीके नैनो दुनिया के विज़ुअलाइज़ेशन की अनुमति देते हैं। आगे के नैनोटॉक्सिकोलॉजी अध्ययनों के लिए किसी दिए गए नैनो-तत्व की विशिष्टताओं के सटीक लक्षण वर्णन की आवश्यकता होगी: आकार, रासायनिक संरचना, विस्तृत आकार, एकत्रीकरण का स्तर, अन्य वैक्टर के साथ संयोजन, आदि। इन सबसे ऊपर, इन गुणों को न केवल निर्धारित करना होगा नैनोकंपोनेंट जीवित वातावरण में इसकी शुरूआत से पहले लेकिन (ज्यादातर जलीय) जैविक वातावरण में भी।
वाणिज्यिक, पर्यावरण और जैविक नमूनों में अतिसूक्ष्म कणों की उपस्थिति और प्रतिक्रियाशीलता का त्वरित आकलन करने के लिए नई पद्धतियों की आवश्यकता है क्योंकि वर्तमान पहचान तकनीकों के लिए महंगे और जटिल विश्लेषणात्मक उपकरण की आवश्यकता होती है।
नीति और नियामक पहलू
व्यावसायिक अनावृत्ति सीमा निर्धारित करने में नेनो पदार्थ का विष विज्ञान अध्ययन एक महत्वपूर्ण निविष्टि है।
रॉयल सोसाइटी अतिसूक्ष्म कणों, त्वचा में प्रवेश करने की क्षमता की पहचान करती है, और अनुशंसा करती है कि सौंदर्य प्रसाधनों में अतिसूक्ष्म कणों का उपयोग प्रासंगिक यूरोपीय आयोग सुरक्षा सलाहकार समिति द्वारा अनुकूल मूल्यांकन पर सशर्त हो।
वुडरो विल्सन केंद्र का उभरती प्रौद्योगिकियों पर परियोजना का निष्कर्ष है कि मानव स्वास्थ्य और सुरक्षा अनुसंधान के लिए अपर्याप्त धन है, और इसके परिणामस्वरूप वर्तमान में नैनो टेक्नोलॉजी से जुड़े मानव स्वास्थ्य और सुरक्षा जोखिमों की सीमित समझ है। जबकि यूएस नेशनल नैनो प्रौद्योगिकी विज्ञान इनिशिएटिव रिपोर्ट करता है कि लगभग चार प्रतिशत (लगभग $40 मिलियन) जोखिम संबंधी अनुसंधान और विकास के लिए समर्पित है, वुडरो विल्सन सेंटर का अनुमान है कि लगभग $11 मिलियन वास्तव में जोखिम संबंधी अनुसंधान के लिए निर्देशित हैं। उन्होंने 2007 में तर्क दिया कि आने वाले दो वर्षों में वित्त पोषण को न्यूनतम $50 मिलियन तक बढ़ाना आवश्यक होगा ताकि इन क्षेत्रों में ज्ञान की कमी को पूरा किया जा सके।[25]
कार्यस्थल जोखिम की संभावना को 2004 की रॉयल सोसाइटी रिपोर्ट द्वारा उजागर किया गया था जिसमें अतिसूक्ष्म कणों और नैनोट्यूब के कार्यस्थल जोखिम का आकलन और नियंत्रण करने के लिए मौजूदा नियमों की समीक्षा की सिफारिश की गई थी। रिपोर्ट ने निर्माण प्रक्रिया में सम्मिलित श्रमिकों द्वारा बड़ी मात्रा में अतिसूक्ष्म कणों के अंदर जाने पर विशेष चिंता व्यक्त की।[26]
अतिसूक्ष्म कणों और नैनोट्यूब की रिहाई से जुड़े जोखिमों का आकलन और नियंत्रण करने के लिए एक नियामक ढांचे की कमी से संबंधित हितधारकों ने गोजातीय स्पंजीफॉर्म एन्सेफैलोपैथी ('पागल गाय की बीमारी'), थैलिडोमाइड, आनुवंशिक रूप से संशोधित भोजन, परमाणु ऊर्जा, प्रजनन प्रौद्योगिकियों, जैव प्रौद्योगिकी के साथ समानताएं खींची हैं। , और एस्बेस्टॉसिस। इस तरह की चिंताओं के आलोक में, कनाडा स्थित ईटीसी समूह (एजीईटीसी) ने कार्यस्थल सुरक्षा सुनिश्चित करने वाले व्यापक नियामक ढांचे के विकसित होने तक नैनो से संबंधित अनुसंधान पर रोक लगाने का आह्वान किया है।[27]
यह भी देखें
- तकनीकी मूल्यांकन के लिए अंतर्राष्ट्रीय केंद्र
- विष विज्ञान
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