Welkom in de nanowereld

Nanotechnologie laat zich niet gemakkelijk vatten. Enerzijds schrijven we een onderzoeksterrein met ongekende mogelijkheden. De mens is er de laatste jaren per slot van rekening in geslaagd om vorm en grootte van materialen op nanometerschaal beter te controleren, met als gevolg een explosie aan nieuwe producten en toepassingen. Anderzijds zijn er evenveel – of meer? – ongekende risico’s.

Een nieuw vakgebied is in volle ontwikkeling. De nano-trein dendert in volle vaart, maar is de wereld klaar om erop te springen? Een onverwachte uiteenzetting over nanotechnologie na een verregaande opleiding voor het gebruik van de Harvard-faciliteiten voor rasterelektronenmicroscopie (Scanning electron Microscopy, SEM).

Nano?

De wereld van de nanotechnologie is er één met zelfreinigende oppervlakken, uitermate sterke en tegelijk lichte materialen en innovatieve waterzuiveringssystemen. Een definitie luidt dat nanotechnologie het manipuleren is van materie op atomaire en moleculaire schaal. Kort en bondig, weinig concreet. Een andere definitie zegt dat de techniek het mogelijk maakt te werken met materialen, structuren en deeltjes met ten minste één dimensie tussen 1 en 100 nanometer (1 nanometer = 1 miljardste meter). Meer gespecificeerd, minder te vatten. En daar wringt het schoentje: hoe schitterend de toekomst er ook uitziet, we hebben geen vat op de draagwijdte of de snelheid van deze technologische revolutie. Nog minder hebben we een duidelijk beeld van de gevolgen voor onze gezondheid. Net omdat nanodeeltjes zo ontzettend klein zijn kunnen ze ontsnappen aan de natuurlijke verdedigingsmechanismen van de mens en op die manier bepaalde barrières, zoals de bloed-hersenbarrière, door te komen. Dat kan positief uitvallen, zoals voor het transport van medicijnen ter behandeling van bijvoorbeeld epilepsie. Zo’n 40% van alle mensen met epilepsie zijn ongevoelig voor de huidige medische interventies. Daarnaast beschikken anticonvulsieve geneesmiddelen over een breed scala van ongewenste neveneffecten (misselijkheid, huiduitslag, gewichtsschommelingen, duizeligheid). Ook kan een aantal anti-epileptica verslavend werken. Deze factoren werken limiterend in het controleren van epileptische aanvallen. Een anticonvulsief dat lokaal wordt afgeleverd, in de hersenregio’s betrokken bij het ontstaan van epileptische aanvallen, zal niet de ernstige neveneffecten van systemische middelen veroorzaken. Het ontsnappen aan het oog van het menselijke immuunsysteem kan echter ook negatief uitdraaien, als nanodeeltjes risico’s inhouden voor de gezondheid en levende cellen beschadigen. Dé hamvraag binnen de nanotechnologie is dan ook: wat is de toxiciteit van nanodeeltjes? Het voorlopige antwoord op deze vraag: geen idee.

Cyborg kevers

Vele onderzoekscentra hebben zich de laatste jaren verdiept in het vervaardigen van robotvliegen. Onder andere het Harvard Microrobotics Lab stelde in het verleden een vliegend microrobotje van amper 0,06 gram voor. Het grootste nadeel is dat de energie die zo’n mensgemaakte miniatuurmachine kan worden meegegeven erg beperkt is; meer dan enkele minuten in de lucht was tot voor kort niet mogelijk. De oplossing werd aangereikt door de University of California (Berkeley): cyborg kevers – deels insect, deels machine. Het principe is dat het insect zelfstandig vliegt, reagerend op commando’s vanuit een elektrisch circuit dat aan het zenuwstelsel is geschakeld. De onderzoekers zijn in staat om de kever op commando naar links, rechts, boven of beneden te laten vliegen. In de toekomst zal wellicht een soortgelijk nanocircuit uitgewerkt worden voor vliegen. Een militaire interventie zou kunnen worden voorbereid door de situatie binnen target gebouwen te bepalen met behulp van cyborg insecten uitgerust met camera’s. De onderzoekers hopen met hun cyborg kevers het pad te effenen voor het controleren van hogere organismen, zoals ratten, muizen en uiteindelijk mensen, al beseffen zij dat hierbij een heel aantal ethische kwesties zullen ontstaan.

Sociaalethische implicaties (SEI)

En zo zijn we aangekomen bij de morele kwesties die onlosmakelijk verbonden zijn aan het onderzoek naar nanotechnologie. Leggen we de focus van het nano-onderzoek op het steeds beter maken van lichaam en geest? Of verdiepen we ons in het versterken van de ondervoeden, zieken en zwakkeren? De eerste optie biedt in elk geval ongekende mogelijkheden, tot de ontwikkeling van cyborgs toe. De vraag is dan of deze keuze ons minder menselijk zou maken. De versmelting van mens en machine gebeurt eigenlijk nu al, met steeds kleinere pacemakers, gehoorapparaten en andere hulpmiddelen teneinde ons imperfecte lichaam een handje toe te steken. Oscar Pistorius, beter gekend als Blade Runner, is een mooie illustratie van wat vandaag al we kunnen bereiken: de dubbelgeamputeerde atleet kan aan topsport doen en deelnemen aan de Olympische Spelen dankzij twee protheses van koolstofvezel. Fantastische mogelijkheden, maar waar ligt de grens en wat zijn de risico’s van de zogenoemde enhancement technology? Is het uiteindelijke doel de creatie van supersoldaten? En zal de technologie daarvoor vrij beschikbaar zijn? Dat brengt ons weer naar nóg een andere kant van het verhaal, hoe beschikbaar gevoelige informatie moet zijn. In de Verenigde Staten woedt het debat over het al of niet vrijgeven van onderzoeksresultaten over biologische wapens, en terecht: we komen met de nanotechnologie in hetzelfde straatje terecht als de biologische en kernwapenindustrie waarbij niet langer enkel de onderzoeksinstellingen inspraak hebben, maar ook de overheden. (Deze discussie heeft ten andere iets weg van het debat omtrent genetisch gemanipuleerde organismen.) Het volgende struikelbok: een direct gebrek aan regelgeving.

In Nederland bracht de Gezondheidsraad, een onafhankelijk wetenschappelijk adviesorgaan, de publicatie Betekenis van nanotechnologieën voor de gezondheid (2006) uit. Hierin wordt gesteld dat “dezelfde eigenschappen die nanodeeltjes vanuit technologisch oogpunt zo interessant maken, zoals een hoge reactiviteit en het vermogen om barrières te passen, hen ook gevaarlijk zouden kunnen maken voor de mens of het milieu.” Op dit moment zijn de risico’s eerder beperkt. Onderzoekers die met nanodeeltjes werken hebben het meeste kans op bloostelling. Dat zal echter veranderen als producten op basis van nanotechnologie massaal op de markt komen, al is dit proces eigenlijk al aan de gang: honderden, waarschijnlijk duizenden producten zouden al in omloop zijn. Nanodeeltjes worden op grote schaal in productie gebracht voordat de risico’s voor mens en milieu zijn vastgesteld. Opnieuw de vraag: wat is de toxiciteit van nanodeeltjes? En opnieuw: geen idee.

We kunnen alvast een voorlopig beeld vormen van eventuele gevaren van nanodeeltjes, dit door onderzoek naar fijn stof in luchtvervuiling. Fijn stof veroorzaakt en verergert luchtwegklachten en hart- en vaatziekten. Vooral ultrafijn stof is gevaarlijk en dit heeft zowat dezelfde afmetingen als nanodeeltjes. Nanodeeltjes kleiner dan 65 nm lijken het meest gevaarlijk, omdat ons immuunsysteem moeite lijkt te hebben om deze als ‘vreemd’ te herkennen en er dus niet op reageert. Algemeen geldt: hoe kleiner, hoe giftiger. Zo hebben wetenschappers kunnen aantonen dat roetdeeltjes van 14 nm tien keer giftiger zijn dan deeltjes van 250 nm. De kennis over risico’s van nanodeeltjes voor de mens is fragmentarisch. (Nog) slechter is het gesteld met lange termijnrisico’s voor het milieu: hier weten we niets over. Het aantal wetenschappelijke publicaties over de effecten van nanodeeltjes op de bodem en het bodemleven is op één hand te tellen, wereldwijd.

Hoe het niet moe(s)t

In de jaren 1940 en ’50 was er een torenhoge vraag naar DDT. Dichloordiphenoltrichloorethaan is een insecticide dat tijdens de oorlogsjaren en daarna massaal werd gebruikt als bestrijdingsmiddel tegen malaria en tyfus. Beiden hebben in hun levenscyclus een fase waarbij de eencellige veroorzaker (respectievelijk Plasmodium en Rickettsia) op de mens wordt overgedragen door geleedpotigen (respectievelijk muggen en kleerluizen). DDT is dodelijk voor deze organismen. Wat men toen niet wist is dat DDT ook een heel aantal nadelige effecten heeft op het milieu: het veroorzaakt kanker en is een ernstige bedreiging voor fauna, voornamelijk vogels. Onder andere de Amerikaanse zeearend (Haliaeetus leucocephalus), het nationale symbool van de Verenigde Staten, kwam zelfs op het randje van uitsterven te staan. Het Amerikaanse verbod op DDT in 1972 kon dit verhinderen en sinds 2004 staat de soort op de IUCN Red List weer geclassificeerd als niet-bedreigd (least concern). Hoewel al enkele decennia verboden in de meeste landen (behalve India en – natuurlijk – Noord-Korea) is DDT-vervuiling tot op heden nog erg wijd verspreid.

De mens is er nu wederom in geslaagd om een nieuw onderzoeksdomein volledig verkeerd aan te pakken. In plaats van voorafgaande onderzoeken uit te voeren naar wat mogelijke gevolgen zijn op het vlak van de volkgezondheid en het ons omringende milieu, zijn we in een onnavolgbare en niet te stoppen race van nanoproductie terechtgekomen.

Of het debat over nanotechnologie een dergelijk onaangenaam DDT-staartje zal krijgen staat niet vast, maar uitgesloten is het niet. Daarom is het aangewezen de volgende conclusies in acht te nemen: 1/ meer investeren in risicoanalyses en levenscyclusonderzoek van nieuwe producten die nanodeeltjes bevatten, 2/ te allen tijde transparantie in het nano-onderzoek behouden om het vertrouwen te winnen van het grote publiek (het maatschappelijke debat op gang brengen) en 3/ een (Europese) regelgeving formuleren, met duidelijke instructies omtrent veiligheid, hygiëne en milieu.

(DH, Scilogs)

Bronnen

 
Gezondheidsraad. Betekenis van nanotechnologieën voor de gezondheid. Gezondheidsraad 2006, publicatie 2006/06. Den Haag, Nederland.
Jacobs M 2009. Nanodeeltjes: niet te meten, wel volop toegepast. Signalen uit de Samenleving, maart 2009: 1-5.
Laboratory for Integrated Science and Engineering /Center for Nanoscale Systems, Harvard University. Safety Training. 21 augustus 2012.
Maharbiz MM & H Sato 2010. Cyborg Beetles. Tiny flying robots that are part machine and part insect may one day save lives in wars and disasters. Scientific American 303 (6): 94-99.
Monfort-Windels F & J Lecomte 2008. Toepassingen van nanotechnologie. Miniatuse, januari 2008 – V.2: 1-79.