この記事は、もともとナノテクノロジーの健康と安全のリスクについて書いて記者やジャーナリストのためのガイドとして国家ナノテクノロジーイニシアチブ（NNI）によって書かれました。それは、ナノテクノロジーの約束と危険性を理解することに関しての良い背景知識を提供しています。 小さ な粒子は大きな物語である理由 エレクトロニクス、医療、および消費者製品で、オープンの新しいフロンティア-何十年もの間、科学者たちは個々の分子を操作することができれば、彼らはバルクでは観察されない、電子光学、および他の特性を持つ材料を設計できることを理論から予想している。細胞が性質や機能の広い範囲を有するタンパク質を組み立てるために数個のアミノ酸を使用するのではなくとして、ナノテクノロジーは分子レベルで設計し、エンジニアの材料にできる固有のプロパティを持っていることがあります。 "下部にある部屋はたくさんありますが"1959年の後半にカリフォルニア工科大学の物理学者リチャードA.ファインマンのしばしば引用符で囲まれた預言気の利いた言葉です。 半世紀後、ナノテクノロジーの約束は現実になりつつある-だけでなく、実験室ではなく、すでに日焼け止めからセルフクリーニングの窓に至るまでいくつかの商用の消費者製品しかありません。よりエキサイティングな腫瘍が体の残りの部分は病気せずに根絶されることがあります癌の標的治療の可能性があります。環境研究者は、エネルギー効率を向上させるために、または有害廃棄物をクリーンアップするために、水を浄化や淡水化するために設計されたナノスケール物質の使用（略してナノ材料を）検討している。確かに、人々は最初の産業革命は19世紀と情報技術にあったように新しい産業革命-として20世紀に重要なものとして設計された材料の完全に新しいクラスとして、ナノ材料、ナノテクノロジーについて話を始めている革命は、20になった。 しかし、このような画期的な新技術と職業、消費者、環境安全衛生に関する質問が来る。工業ナノ材料は、そのバルクのカウンターパートとは異なる物性を持っている場合、彼らはまた彼らの製造、使用、および廃棄にはヒトの健康への新たなリスクをもたらすのでしょうか？ 今のところ、誰もが知っている。現在のデータは基本的に"。それが依存"を示唆しかし、政府と民間産業の両方の研究者が知ることに熱心です。 最初に、毒性自体は便利です。実際、それは非常にそのような癌治療などの特定のアプリケーションのために求められている。 （また、多くの場合毒性は投与量、投与に依存していることに留意してください：さえ食卓塩は多量に摂取すると中毒症状です。） 第二に、毒性が知られている場合、ハンドリングやパッケージングの手順は、日常的に有害物質を使用して、業界で行われているように、製造工程で不要な被ばくのリスクを軽減するために考案することができる。工業ナノ材料の安全な処理の手順は、ナノ製造労働者のための粒子状物質、特に重要な大規模なマイクロメートルサイズのために今使用されるものとは異なる場合が必要になることがあります。質問はまた、消費者製品中のナノ材料の安全性についてや植込み型医用機器に、または廃棄後の環境では植物や動物に提起されている。 遺伝子組み換え生物（GMO）を使用して作物や製品の導入時に生じた消費者の抵抗：第三に、ナノテクノロジーの開発者は、無関係なハイテク分野から、知覚リスクのレッスンを聞き入れている。バイオテクノロジー企業は利益がために増加利益に限定されていた間、公衆はそれが健康と環境にリスクを受け入れるhad feltという結果と、一般大衆の正当な質問や懸念の多くの率直な議論を持たずにGMO製品を導入したため一部では、その抵抗が起こりました大規模なアグリビジネス。その結果、広範な不信と疑惑だ。具体的にリスクを評価する際に、作業の初期の、率直な報道を奨励含むそれは同じような運命を避けるために欠けている（特に、規制への関心とコールが既にいくつかの方面で表現されていることを考えれば）、ナノテクの開発者は彼らが呼ぶものを追求している"責任ある開発。"だけでなく、工業ナノ材料の利点だけでなく、透明なプロセスを通じて考案した簡単な規制。 この記事では、3つの目的があります：、工業ナノ材料の物理学と生物学（そして、そのことについては、また自然と付随ナノ粒子）の本質的な基礎をスケッチするために重要な問題と資源を強調するために、そして-最も重要なこと-矛盾した調査結果について警告すると論理の落とし穴とソースの洞察力に疑問を示唆する。 不確かな用語 分類に関する意見の不一致 自然、偶発的、および設計：全米アカデミーによると、区別がナノスケール粒子（多くの場合、"NSPの"として文献に略す）の3つのタイプの間で行われます。自然ナノ粒子は環境（火山塵、月塵、走磁性細菌、ミネラルの複合材料、等）で発生します。偶発的なナノ粒子は、時々また、人工の工業プロセス（ディーゼル排ガス、石炭の燃焼、溶接ヒュームなど）の結果として発生する、廃棄物や人為的な粒子と呼ばれる。両方の自然と偶発的なナノ粒子は、不規則または規則的な形状を持つことができます。エンジニアードナノ粒子は、最も頻繁にそのような管、球、リング、などの規則的な形状を、持っている 工業ナノ材料は、どちらか得られるナノサイズの粒子（多くの場合、"トップダウン"と呼ばれる手法）への加工や大型サンプルのリソグラフィエッチングによって、または所望の大きさのナノ粒子を成長させる結晶成長や化学合成によってより小さなサブユニットを組み立てることで製造することができると設定（多くの場合、"ボトムアップ"と呼ばれるアプローチ）。特定の生産技術は、人間の健康上のリスクに影響を与える可能性があるので、指定するソースを頼む。 毒性に関する最近の質問は、工業ナノ材料に向けられている。それにもかかわらず、より多くの（一部では、理由スモッグ、溶接ヒュームに関する研究、石炭の粉塵、および超微細エアロゾルの）それらについて知られているので、自然と付随するナノ粒子についての文献は、有用であり、そして彼らの行動に関する情報を理解するために役立つことがありますので、人工ナノ粒子の挙動。 また、全米アカデミーによると、ナノスケール材料-かどうかを設計または自然-これまでに四つの基本的なカテゴリに分類されるように見える。グループは現在、商業用ナノ材料の最大の数でそのようなセラミックス、化学研磨剤、傷のつきにくいコーティング、化粧品、日焼け止めに使用される亜鉛や酸化チタンなどの金属酸化物、です。第二の重要なグループは、天然に存在する強化や硬化材料をまたはそれらの難燃性作る粘土粒子板状。、ナノクレイです。第三のグループは（例えば、燃料ラインの、ハードディスクの処理トレイの、または静電塗装される自動車のボディに）静電気を放散するか、最小限に抑えるコーティングで使用されるナノチューブ、です。最後のグループは、探索的医療やナノ構造の自己組織化で使用される量子ドット、です。しかし注意してください：しないすべての公式なソースは、同じ分類が有用見つける。例えば、米国環境保護庁（EPA）は、炭素系材料（カーボンナノチューブ、フラーレン）、金属系材料（金属酸化物や量子ドットの両方を含む）、デンドリマー（未指定の化学の分枝状のユニットから構築されたナノサイズのポリマー）に人工ナノ粒子を分割、および複合材料（ナノ粘土を含む）。 定義の不一致 ほとんどの アメリカ と英国のナノテク専門家が100ナノメートル（nm） -であり、0.1マイクロメートルまたはミクロン（μm）の-のいずれかの次元よりも小さい粒子としてNSPはを定義する。従って、100 nmより薄い繊維は、それが数μmの長であったとしても、NSPとみなされる。この定義は、しかし、普遍的ではありません。の 日本の 、50〜100nmの間の粒子"ultrafines"と1つの次元だけで50 nm以下のものとして分類されていますが本物のNSPは考慮されています。 （ただし、通常は自然的または付随的なナノ粒子はほとんど人工ナノ粒子に言及しないのコンテキスト内で）さらにいくつかの米国の政府機関は、100 nmの下で粒子を記述するための用語"ultrafinesを"使用する、といわれている。 このような混乱を解決するには、ISO、IEC、ANSI、ASTM、および他の国内および国際標準化団体は、現在の用語、計測、特性評価、および安全衛生へのアプローチの標準化を検討している。ファイナライズされているすべてのまで、彼らの特定の作業の基礎となる定義や前提条件を明確にするためにソースを求める。違いは報告されている物理学と生物学に重要かもしれない。 100nmのは、いったいどれくらい小さいですか。それは人間の髪の毛の約百万分の直径（50〜100μmとなっている）です。もっと役に立つ、1μm以下（1,000 nm）は、ほとんど光顕微鏡を通して見えるものの限界については、細菌の大きさについてです。対照的に、100nmの、10番目の細菌の大きさ、ウイルスの大きさについてです。彼らが（紫の400 nmの赤色で約700nmの範囲である）光の波長よりも小さいためにNSPは、ウイルスと同様、、さらに最高の光を顕微鏡を通して目に見えないである、彼らはいくつかの高解像度でのみ画像化することができますこのような走査型電子顕微鏡などの機器。 1ナノメートルは、単一の糖分子の大きさについてです。 四予想される世代 すでに、科学者はナノ材料の世代の観点で話している。すでにいくつかの消費者製品に組み込まれた工業ナノ材料の種類-第一世代は、そのような個々の粒子、コーティング、などの受動的なナノ構造、である。第二世代は、トランジスタやセンサなどのアクティブな機能を実行するナノ構造、である、または適応の方法で反応することを、多くの開発が進められています。第三世代のナノ材料は、自己組み立てができるまたは2010について開発される予想、身体の特定部分への薬物送達をターゲットとするために使用される三次元システムかもしれません。第四世代は設計によって分子構造と予想されます。 簡単な思考実験は、ナノ粒子は単位体積あたりのような驚異的な表面積を持っている理由を示しています。砂糖の副作用についてのサイズで物質1cmの固体キューブキューブ持っているガムの半分棒の片側にほぼ等しい表面積の6平方センチメートルを、。 1立方センチメートルの、そのボリュームが側に1ミリメートルキューブで満たされている場合しかし、それは1,000ミリメートルサイズのキューブ（10 × 10 × 10）、6平方ミリメートルの表面積を持つ一人一人になる。一つさえの内部ですべてミリメートル立方体の表面積を数える必要があるため、ノートカード-千キューブの総表面積は60平方センチメートル-約3 × 5の3分の2の一方の側と同じにつながります元のボリューム。しかし、ボリュームのその単一立方センチメートルが、それらの側面-はい、1021上でキューブを1ナノメートルで満たされるとき、6平方ナノメートル、総面積の面積とそれぞれの6000万平方センチメートルまたは6000平方メートルに来る。言い換えれば、立方ナノ粒子の単立方センチメートルはサッカーのフィールドよりも、サードが再び大きな総表面積を持っています！  図1。 表面積図
[ソース：トルーディーE.ベル、ニコルRagerフラーのグラフィック礼儀] 工業ナノ材料の驚くべき物理学 サイズは重要 ナノスケールでは、基本的な、機械、電子、光学、化学、生物学的、およびその他のプロパティは、マイクロメートルサイズの粒子やバルク材料の特性と大きく異なる可能性があります。 一つの理由は、表面積です。固形物を含むほとんどの化学反応は化学結合が不完全な表面、で起こるので、表面積がカウントされます。固体材料の立方センチメートルの表面積は6平方センチメートル-約ガムの半分棒の片側と同じです。しかし、超微粉の1 nmの粒子の立方センチメートルの面積は6000平方メートル、文字通りサ ッカーのフィールドよりも大きい3番目です。 （上記、図1を参照してください。） それらの化学結合の三分の一以上は、その表面にあるので、このように、それらの膨大な表面積を有するNSPのコレクションは、（コーティングが適用されていない限り）非常に反応することができます。例えば、銀のナノ粒子は、ナノスケール銀繊維を使用して再利用可能な浄水フィルタを設計するために効果的な殺菌剤、感動的ないくつかの企業であることが判明している。 どのようなサイズで材料の特性は変化始めるのですか？それは大小から一つが進むにつれて徐々に変換することです、またはプロパティが突然変化する閾値以下ではあるのでしょうか？どちらも、実際に、本 当かもしれない。彼らは多くの材料のために約100 nmである熱の影響を、支配するたびに、量子サイズ効果が大幅に材料特性（例えば、透明性、蛍光、電気伝導度の色、透磁率、および他の特性など）を変更し始める。電子的性質のため、量子サイズ効果が減少する粒径に反比例して増加する。まだ、いくつかの材料について、他の個別のプロパティは、特定のサイズで顕著になる-例えば、金ナノ粒子は大きく3 nmの触媒特性を増加している。さまざまなサイズで物質の影響を特徴づけることは基礎研究のホットな分野です。  図2 ダイヤモンド、グラファイトとバックミンスターフラーレンの構造 炭素と他のいくつかの要素は（硫黄、スズ、および酸素を含む）が大幅に異なる特性を持つ同素体と呼ばれる複数の構造形態、、に記載されています。例えば、結晶の形で、純粋な炭素はグラファイト（非常にソフト）、ダイヤモンド（非常に難しい）、そしてバックミンスターフラーレン（炭素原子の数に応じて）の様々なサイズとして見られる。 形状事項 同一の化学組成を持つナノ材料は、形状（球、チューブ、繊維、リング、及び航空機を含む）の様々なを持つことができます。分子結合のパターンは、それらが同一の原子で構成されていても異なるため、また、これらの図形の一つ一つは、異なる物理的性質を持つことができます。 グラファイト（その六方晶の結晶格子の二次元平面上にある）またはダイヤモンド（その立方結晶格子のすべての三次元的に拡張する）：例えば、1985年まで、それは純粋な炭素が2つのみの結晶の形で来たと考えられていた。それは、ノーベル化学賞で認識されたので、重要な炭素の新しい結晶形-その年は、soccerball状に60個の炭素原子の中空ケージは、最初の実験室（とも独立して遠くの星で、燃焼の副産物で発見された）で行われた1996インチ非常に安定した新しいフォームは、建築家リチャードバックミンスターフラー、同じ形状のジオデシックドームの発明者の後のバッキーボールやフラーレンと命名されました。それ以来、70、74、および82個の炭素原子の安定したフラーレンも合成されている。 （上記、図2を参照） 同様に、二酸化チタン（TiO 2）が 異なる毒性を持つことがそれぞれの少なくとも2つの異なる図形と結晶構造のNSPは、で合成されています。二酸化チタンは、通常は不透明な白ですが-確かに、白い塗料を作るために使用されます-人工ナノ粒子、その光学的性質の変化として、それが透明になることを可能にすること。まだそれはまだ効果的にブロック紫外線、化粧品や日焼け止めのメーカーに魅力的な特性の組み合わせ。 他のプロパティの問題。ちょうどサイズよりも重要かもしれない他の材料特性は、電荷、結晶構造、表面コーティング、合成の方法に応じて残留汚染、そしてより大きな塊に集約への個々のナノ粒子の傾向が含まれています。 ハザード、リスクとアートその他の条件 NSPの物理的特性がバルク材料とかなり異なる場合、何が毒性とヒトへの暴露の危険性への影響が考えられますか。最初に、いくつかの重要な定義： · 危険 · リスク · 露出 · 投与 いくつかの日常の言葉は、リスク分析、毒性、または労働安全衛生の分野で特定の意味を持っている。 危険 "ハザード"は害を引き起こす可能性であり、材料固有のプロパティです。硫酸は、例えば、その化学のおかげで危険な物質です。何も、何か他のものになるため、その化学的性質を変化させるの短いことを変更することはできません。 リスク "リスクは"危害発生の可能性であり、曝露の可能性と線量の大きさと頻度と危険性の組み合わせです。リスクは、危険とは異なり、管理され、最小化することができる：暴露とその暴露を介して受信される可能性が線量の大きさと周波数の確率が低くなる場合、危険物は、低リスクをもたらす。正しくラベルと訓練を受けた人員のみがアクセス権を持っている化学実験室でロックされている場合は、しかし、同じ酸、キッチンカウンターに濃硫酸のラベルの付いていない紙コップを残して露出のチャンスと潜在的な投与量が高いため、高いリスクをもたらす最小限のリスクをもたらす。 露出 "露出"は接触の持続時間を掛けた培地中の物質の濃度の組み合わせです。例えば、水しぶきとはすぐに洗い流されている硫酸を希釈すると、その赤く皮膚をのみかもしれない低露光量であり、皮膚の上に座ることを許可濃硫酸はおそらく深刻な火傷の原因となる高被曝線量です。 投与 "用量"は生物学的システムに入る物質の量であり、全身投与量として測定することができる、トータルな生物学的システムに取り込まれた量、または特定の臓器における量（皮膚、肺、肝臓、など）として。そしてここに多くの未回答の質問をうそ。 線量測定についての質問 今に、ほこりや毒性用量への暴露は、一般的に単位体積当たりの質量の面、立方メートル当たりのミリグラムで測定されているアップ。しかし、NSPのも、非常に低濃度- 、自然偶発的、または設計かどうか-も超汚染物質の測定から知られているように空気中には、粒子の驚異的な数を表しています。実験用ラットを公開〜100 nmの二酸化チタン粒子は、（1 - 2.5 -μm）の大きな粒子の10倍以上の質量のような肺の炎症と同じ量を誘発している。実際には、少なくともいくつかのケースでは、炎症の量がより彼らの質量に比べて投与NSPの粒子の表面積と相関しているようだ。したがって、いくつかの毒物学者は現在、表面積は質量よりもNSPのための投与量のより良い指標であるかどうか疑問に思っている。研究者はほとんど数えるかを知るまでは、多くの研究者は両方彼らの論文で指定するために始めている。 ナノ粒子の驚くべき毒性 サイズは重要 サイズは、別の重要な生物学的影響を持つことができます。ナノ粒子は体内で終わるところ。 このような空気力学、重力、および質量などの物理的要因の複合体は主に鼻と喉に堆積させるために最大の吸入粉塵の粒子が発生します。どんな毒性作用は、そのサイト（例えば、木材粉塵による鼻のがん）で発生します。小さ い粒子は、上気道に沈着していると"mucosociliaryエスカレーター;"によって追放されている指状の繊毛と気管や気管支の粘膜、それらが喀出され、のどや鼻、に粒子を上に移動する、くしゃみ、吹き飛ばさ出、または飲み込んだ。どんな毒性作用は、通常（例えば、鉛中毒）腸からの吸収に起因する。 次の最小の粒子は肺胞の領域（酸素と二酸化炭素が血液中からの交換と出ている場所）に深く浸透し、通常はクリアされると肺胞マクロファージ（肺に特別な単球スカベンジャー細胞）巻き込む粒子とそれらを運び去る。しかし、NSPの高濃度を吸入されている場合、粒子の膨大な数-それらが凝集しない場合は特には-それらのクリアランス機構を圧倒することができる、と彼らは気道の別の部分に浸透することができます。毒性作用は、通常、慢性的な炎症を引き起こすマクロファージ、殺害することによるものであると損害賠償の肺組織（石綿及び珪肺は例です）。 サイズが100ナノメートル未満で、吸入粒子は、より多くの気体分子と同様に動作を開始し、拡散によって気道のどこに付着させることができる。時間は、骨髄、肝臓などの潜在的に敏感な部位に到達する中で、ガスと同様に、NSPは-かどうかを自然な、偶発的、または工学-というだけの理由で彼らの"ナノ"サイズの、血流に肺を通過することができ、細胞に取り込まれる、腎臓、脾臓、および心臓。 粒子がセルの大きさに比べて小さくなるにつれ、彼らは、細胞の分子機械との対話を始めることができます。その後、血液脳関門を通過する軸索と樹状突起に沿って移動することができる-中枢神経系の嗅球は（芳香族分子が検出されている場所）鼻腔から10nmよりも小さいのNSPを吸収することができるようです。 吸入すると、体内への唯一のルートではない。経口摂取すると、NSPは、肝臓、脾臓、および腎臓で終わることができます。触れると、50nmのと小さいの範囲内のNSPはリンパ系で取り上げられ、時には、より簡単に大きな粒子（そのような粒子の電荷と表面コーティングなどの他の側面も重要ですが）よりも皮膚に浸透する傾向があり、リンパ節にローカライズ。 （以下、図3を参照してください。） 同じトークンによって、mucosociliaryエスカレーターも体のうち唯一の方法ではありません。ナノ粒子が尿を通して排泄されることを示唆する証拠がある。しかし、ナノ粒子（尿、糞便、汗）のための排泄経路は、暴露経路、サイズ、電荷、表面コーティング、化学組成、および他の多くの要因に応じて変化する可能性があります。 偶発的曝露については、内臓にNSPのすべては、この取り込みは懸念の可能性があります。それは、工業ナノ材料は、特定の臓器に到達するために、通常は非常に難しいものも含めて（脳など）に治療をターゲットとするために使用できることを示唆しているとしてではなく、治療の露出のために、それは、エキサイティングです。 これまでのところ、別の研究からの結果は決定的よりも示唆している。より多くの研究は、投与方法で行う必要があるの取り込み、およびボディのクリアランス機構を意味する。また、ナノメートルサイズの粒子は、燃焼過程で生成される場合、ほとんどが他の粒子、強い表面張力によって一緒に保持され、より大きな粒子に凝集と衝突。粒子サイズの分布は、世代の点でナノメートルの粒子の密度に依存します。ナノテクノロジーの健康研究のための初期の優先事項の一つは、人工ナノ粒子の製造に関連する可能性が高い粒子サイズのより良い理解を得ることです。 それでも、大きさは潜在的な毒性のために唯一の問題ではない。  図3。 ナノ粒子の生物動力学 ナノスケール粒子は、サイズおよび他の特性だけでなく、エントリの経路に応じて、身体のさまざまな部分で終わることができます。多くの吸収と転座のルートが実証されているが、他の人はまだ仮説であり、調査する必要があります。蓄積と保持が重要な標的部位とその基本的なメカニズムにあるように転率は、ほとんど知られています。これらだけでなく、潜在的な副作用は、主にNSPの表面とコアの物理化学的特性に依存する。病気や障害の発生生物におけるNSP生物動力学の両方で質的、量的変化も考慮する必要があります。 形状事項 彼らは独自のコンポジションを持っていなければが、NSPの形状はまた、それらのユニークな特性を与える有害物質の下に規制法（TCSA）人工ナノ粒子は新たな化合物として表示されていない可能性があります。二つの形式が異なる性質を持っているにもかかわらず、例えば、TiO 2 ナノ粒子は、バルクTiO 2 等の規制に関して同じように処理されます。 また、直線関係では、ある者は期待するかもしれないではないとして-一部の研究では、同じ組成が異なる形状のほか、サイズを有する材料が異なる毒性を持っていることを示している。例えば、ある研究では石英結晶シリカ（有毒であることが知られている物質）の間のナノ粒子50から130 nmの1.6μmの粒子よりも毒性が低いことが示された-しかし、10 nmの粒子は、実際にはより毒性であったこと。しかし、体だけでなく、投与量への参入のルートにも毒性に影響を与えます。 純度の事項 それがに有毒または身体によって拒絶ではないので、巨視的なコンポーネントのバルク炭素は、医学的に有用である。まだ、一部の研究者はカーボンナノチューブは（特に単層または多層カーボンナノチューブ）炭素の他の形態よりも毒性があると思われることが実験から観察している。使用されるカーボンナノチューブは、鉄や溶剤の微量不純物を持っていたので、他の人はその主張を議論している。実際、いくつかの研究では、C60フラーレンなどのナノスケールカーボンの他の形態は、抗酸化物質であることによって毒性を防ぐかもしれないことを示唆している。 おそらくここに絡んで、または他の工業ナノ材料に対して同様の議論では、工業ナノ材料の純度があります。この段階では、人々は、製造プロセス上で絶対に繰り返し可能なコントロールを持っていない、ナノテクの生産は現在、およそインジウムガリウムヒ素リン（InGaAsP系）半導体レーザの生産は1980年代半ばに初期にあった場所です-信頼性の高い生産の比較的低い収量。したがって、あるサプライヤーからバッキーボール製品は、別のものと必ずしも同じではありませんので、毒性が異なる場合があります。彼らは実験または単にサプライヤーの発言を信じて、そして他の研究とその結果の比較を実行したときに彼らが一度に材料そのものを特徴とするかどうか、情報源の粒子、その製造、実験方法のサイズに注意質問をしてください。 カウチポテトアドベンチャー 道の下でより多くの研究で、nanotoxicologyの報告より、新たな出版物があります。より多くの特定のようになるまで、米国立労働安全衛生研究所（NIOSH）は、研究のニーズと安全なナノテクノロジーへのレポートのアプローチではナノテクの産業で労働者を保護するための暫定的なガイドラインを発表した。 |