Un nanomaterial es un material (en forma de polvo, aerosol o cuasi-gas, suspensión líquida, gel) que tiene propiedades particulares debido a su tamaño y estructura nanométrica. Los nanomateriales son, en el sentido común del término, generalmente derivados de la nanotecnología , a diferencia de las nanopartículas que pueden ser de origen natural o resultar de procesos como la soldadura, el ahumado, el pulido. La18 de octubre de 2011, la Comisión Europea publica sus recomendaciones relativas a la definición de nanomateriales (recomendación 2011/696 / UE): “por nanomaterial se entiende un material natural, formado o fabricado accidentalmente que contiene partículas libres, en forma de agregado o en forma de aglomerado , de las cuales al menos el 50% de las partículas, en la distribución numérica de tamaño, tienen una o más dimensiones externas comprendidas entre 1 y 100 nm ” .
El uso de estos productos ha experimentado un rápido desarrollo ( "En 2012 , se produjeron, importaron y distribuyeron 500.000 toneladas de nanomateriales en Francia, según los resultados de la declaración anual de 2013, que se ha vuelto obligatoria a nivel nacional. Doscientos cuarenta diferentes por tanto, se utilizan categorías de sustancias ” ). En 2016, se incluyeron 1.827 productos que contenían nanomateriales en todo el mundo frente a solo 54 en 2005.
Numerosos materiales son objeto de investigaciones encaminadas a producirlos en forma de nanopartículas ( metales , cerámicas , materiales dieléctricos , óxidos magnéticos , diversos polímeros , carbonos , etc.), solos o en formas o estructuras compuestas.
También hablamos de nanocompuestos (y nanocompuestos de polímeros) que son, por ejemplo, los llamados materiales “nanoestructurados” (superficie o volumen) o “nano reforzados”.
Con el desarrollo de técnicas que permiten desarrollar materiales cuyas dimensiones son nanométricas, se ha abierto un campo considerable para nuevos materiales y se han descubierto propiedades relacionadas con la física (óptica, electrónica, magnetismo), con un conjunto ya muy amplio de aplicaciones industriales. aplicaciones, catálisis o mecánica, sin embargo, para los materiales estructurales, una limitación ligada a la dificultad de acceder a cantidades de material o costos relevantes. Al mismo tiempo, se han desarrollado tecnologías que permiten moldear, modulando la composición o mecanizando a escala nanométrica, sistemas de materiales y, a partir de ahí, inventando nuevos dispositivos en microelectrónica e informática.
El uso de nanopartículas por parte de la humanidad se remonta al comienzo de los tiempos civilizados. De hecho, inconscientemente, algunas civilizaciones han tenido éxito en diversos campos ( metalurgia y medicina ), utilizando nanomateriales. En primer lugar, a través de la optimización empírica de determinadas tecnologías, durante varias décadas, a través de un sistema de artesanos y aprendices, se han aprovechado las nanoestructuras. El éxito de las medicinas tradicionales chinas , o incluso la producción de aceros de Damasco, es nada menos que el trabajo de un cambio en la materia a escala nanométrica. De hecho, como un ejemplo de estos hechos, los nanocables encapsulados en nanotubos se han identificado en una espada original del XVII ° siglo, identificados como referencias de este acero legendaria. Los métodos de fabricación habían sido modulados por los artesanos de la época, hasta la producción de acero que tenía propiedades muy superiores a las de la cementita .
Filosóficamente, solo recientemente una civilización ha sentado las bases científicas para la nanotecnología . De hecho, fue en la década de 1950 cuando Richard Feynman , quien, a través de sus presentaciones de " Mucho espacio en la parte inferior ", estableció que teóricamente es posible construir átomo por átomo, estructuras con propiedades específicas. Con el descubrimiento por Richard Smalley del fullereno , una nanoesfera de carbono (C 60 ), así como la posibilidad técnica de caracterizarlos y fabricarlos, los nanomateriales se habían convertido en una realidad que tenía el potencial de revolucionar todas las esferas de la ciencia .
Con el descubrimiento del ADN , la humanidad iba a tener que adquirir herramientas y técnicas para poder construir, crear y modificar este tipo de estructura fundamental. El diseño de instrumentos como el microscopio de fuerza atómica , el microscopio electrónico de barrido y la espectrometría de difracción de rayos X , combinados con su mejora, han hecho posible avanzar rápidamente en la investigación de nanomateriales. Microscopios de fuerza atómica, y microscopios electrónicos de barrido han permitido a los científicos a "ver" y encontrar un universo nanologique de la misma manera que los microbiólogos XVII ° siglo descubrió el funcionamiento interno de las células con el desarrollo del microscopio óptico .
La aceleración de la investigación en métodos sintéticos y el aumento de la disponibilidad de nanopartículas de todo tipo, han permitido a la humanidad lo que posiblemente se informará en el futuro como el comienzo de la era "nano". Hoy en día, es el carácter multidisciplinar de las nanotecnologías lo que interesa a los investigadores en campos orientados a encontrar soluciones a los principales problemas energéticos, problemas de salud, la optimización de las tecnologías existentes y las promesas de este control íntimo de los sujetos son numerosas.
Hay dos enfoques, que consisten en:
Consulte a continuación para obtener una descripción general de algunas técnicas de síntesis de nanomateriales tópicos. Es importante señalar que la modulación de los parámetros de síntesis sirve principalmente para controlar la morfología y el tamaño de las partículas y que cada técnica da resultados variables en cuanto a la pureza y homogeneidad del producto. Además, ciertas técnicas son aplicables en el laboratorio pero difíciles de exportar a gran escala.
Los nanomateriales de óxido de zinc a menudo se fabrican utilizando dos métodos: el método de deposición química en fase vapor y el método de precipitación hidrotermal. El primero tiene varias variantes, pero el principio es siempre el mismo: la evaporación de los reactivos y la condensación del producto controlando los parámetros para obtener la morfología deseada. El segundo permite un gran control sobre la cristalización en medio acuoso.
Método de deposición de vapor químicoUno de los más populares es la evaporación de óxido de zinc a muy alta temperatura (> 1050 ° C ) en una atmósfera de nitrógeno y oxígeno gaseoso con un catalizador de plata para luego condensarlo sobre un sustrato a presión y temperatura controladas ( 620 a 680 ° C ). C ) para obtener diferentes morfologías. Con el fin de evitar el uso de un catalizador, se han obtenido excelentes resultados en la producción de nanocables por deposición química organometálica en fase de vapor. El crecimiento de los nanocables depende de los caudales de gas, la presión del precursor, la temperatura del sustrato y su posición en el reactor. La calidad de la película obtenida se compara favorablemente con otros métodos.
Método de precipitación en solución (hidrotermal)Este método consiste en la precipitación en medio acuoso a temperaturas de un máximo de 350 ° C a presiones elevadas de aproximadamente 5 MPa durante varias horas a pH controlado. Los reactivos dan óxido de zinc, que dependiendo de la temperatura, la presión, el pH y el tiempo de reacción cristalizará en diferentes formas y tamaños. Después de la reacción, basta con recuperar los cristales mediante filtración, aclarado y secado. Aunque esta descripción es extremadamente trivial, la literatura contiene un número incalculable de artículos que describen los procedimientos a seguir para obtener nanomateriales con las características morfológicas deseadas.
El titanato de bario ya se utiliza ampliamente como sustancia por sus propiedades piezoeléctricas. En los últimos años, varios artículos han informado sobre cómo fabricarlo en forma de nanopartículas. El método de óxidos mixtos, que consiste aproximadamente en la reacción de dos óxidos en proporciones estequiométricas apropiadas seguido de trituración y calcinaciones sucesivas para "hacer crecer" los cristales del perovskyte. El método de síntesis hidrotermal se usa a menudo para titanato de bario. Sin embargo, el interés en varios campos de nanopartículas de titanato de bario en grandes cantidades y de alta calidad ha llevado a los investigadores a encontrar un método de síntesis a gran escala. Ould-Ely y col. Lo logró recientemente con un método sol-gel para producir nanopartículas de titanato de bario a temperatura ambiente, inspirado en la biosilificación, un proceso biológico que involucra la policondensación en un medio acuoso. La síntesis implica la mezcla de un precursor de BaTi (OCH 2 CH (CH 3 ) OCH 3 ) 6 y metoxiproanol / 1-butanol en agua destilada expuesta a vapor de agua y ácido clorhídrico. Durante la síntesis semicontinua, obtuvieron nanopartículas de 6 a 8 nm con un rendimiento del 90%. Usando un proceso continuo, las partículas aumentaron de tamaño a 30 nm . En ambos casos, la síntesis dura de uno a diez días dependiendo de la temperatura de cristalización elegida (a 80 ° C en lugar de temperatura ambiente, se incrementa la cinética química). Desafortunadamente, con respecto a su uso en el campo biomédico, la estabilidad del titanato de bario en medio acuoso a pH variable plantea varios problemas, entre otros, a través de la formación de iones Ba + . Por eso es necesario, según las aplicaciones, recubrir el nanomaterial con un polímero. En la sección sobre biocompatibilidad del titanato de bario, se explican ejemplos de recubrimientos para aplicaciones específicas.
Los nanotubos de nitruro de boro son más o menos el equivalente de nanotubos de carbono que han sido sustituidos por átomos de nitrógeno y boro por carbono alternativamente. Este nanomaterial atrae cada vez a más investigadores, ya que demuestra, en comparación con su homólogo de carbono, una mejor resistencia térmica, una resistencia eléctrica uniforme y una banda prohibida de unos 5 eV . Desde su primera síntesis a principios de la década de 1990, se han documentado varios métodos para la producción de nanotubos de nitruro de boro. Los métodos de deposición de vapor químico, descarga de arco y ablación con láser normalmente empleados con nanotubos de carbono no dan resultados satisfactorios en términos de pureza y eficiencia de producción. De hecho, en el caso de la producción por descarga eléctrica, los nanotubos son de una calidad notable, pero en cantidad insuficiente en comparación con los reactivos que permanecen principalmente en forma de escamas. En el caso de la ablación láser, las conclusiones fueron las mismas y de un experimento a otro, los nanotubos se aglomeraron de manera diferente sin obtener sistemáticamente una sola pared abierta. Para la deposición de vapor químico se obtuvieron mejores resultados en cuanto a la calidad de los nanotubos, pero la cantidad sigue siendo marginal. Más aún con esta técnica, la vía química requiere la modulación de reactivos precursores. El primer paso de producción consiste en la pulverización mecánica de cristales de boro en un molino con bolas de carburo de tungsteno de 5 mm de diámetro durante 24 horas al vacío de 0,2 kPa de nitrógeno gaseoso. Por tanto, las partículas de boro pasaron de un tamaño micrométrico a un tamaño nanométrico. Estas nanopartículas de boro se mezclaron luego con micropartículas de óxido de hierro y óxido de magnesio en una relación molar de 2: 1: 1 antes de colocarlas en un crisol de alúmina en un tubo de cuarzo. El paso posterior, un paso de recocido que da lugar a una deposición térmica de vapor químico sobre un sustrato colocado sobre el crisol y una reacción química directa en el crisol, a 1200 ° C durante seis horas en una atmósfera de nitrógeno y amoniaco, 95% en volumen, 5 v%. Los resultados obtenidos permitieron concluir que es posible fabricar simultáneamente nanotubos de nitruro de boro, nanotubos encapsulados multipared en el caso de reacción directa y nanotubos multipared cilíndricos por deposición de vapor. Sin embargo, el hecho es que, por muy prometedor que sea por sus propiedades únicas y su proximidad a su homólogo de carbono, este nanomaterial no se ha beneficiado tanto de la investigación de la comunidad científica. Siempre es difícil obtener artículos que reporten un método sintético que dé suficiente uniformidad y rendimiento para el desarrollo de aplicaciones a gran escala.
El circonato de titanato y plomo (PZT) es una cerámica piezoeléctrica muy extendida en la industria. De hecho, cuando hablamos de cerámica piezoeléctrica, es esta sustancia la que suele plantearse en la literatura. Por lo tanto, debe decirse que fue uno de los primeros materiales piezoeléctricos para los que se desarrollaron métodos sintéticos para convertirlo en un nanomaterial. Esto, por tanto, se traduce en una abundante literatura por sus métodos de síntesis.
Uno de los métodos sintéticos es la coprecipitación química. A principios de la década de 2000, los coreanos, Kim et al. , han desarrollado un método de coprecipitación en la producción de nanopartículas de PZT con el fin de complementar los métodos ya utilizados con éxito: sol-gel, mecanoquímico y oxidación. Su técnica permite, entre otras cosas, obtener una mejor estequiometría a menor costo con un proceso que se puede exportar a gran escala.
Obtuvieron el polvo de PZT en un molino con concentraciones estequiométricas de óxido de titanio, nitrato de plomo (II) y oxinitrato de circonio en solución acuosa. Después de 30 minutos de trituración, se añadió hidróxido de amonio y la trituración continuó durante 2 horas más, durante las cuales, los hidróxidos de plomo y circonato precipitaron con óxido de titanio. Después del aclarado, los cristales recuperados se calcinaron a temperaturas de 400 a 850 ° C antes de ser molidos de nuevo durante 20 horas. Durante este paso se obtienen nanopartículas de PZT de aproximadamente 50 nm , realizando la última maniobra a 500 ° C con bolas de molienda de 1 mm . Este método también mejora las propiedades de sinterización del PZT, incluso sin una calcinación previa.
Los más mencionados son:
Se ha observado que al menos dos importantes tejidos biológicos son claramente estimulados por la electricidad: los tejidos nerviosos que extienden sus redes de axones y dendritas en presencia de microcorriente, y los tejidos óseos, que no solo parecen tener propiedades piezoeléctricas, sino de cultivo de células óseas. es estimulado por esta característica. El tejido muscular y el cartílago también se benefician de la estimulación electromecánica, y se pueden utilizar nanomateriales piezoeléctricos para promover un mejor cultivo in vitro .
La estimulación eléctrica con electrodos, aunque muy avanzada, plantea ciertos problemas. Entre otras cosas, el contacto con los electrodos no es óptimo y pueden surgir complicaciones tras su implantación. Por otro lado, desde hace unos treinta años, los investigadores han confirmado el interés de utilizar materiales piezoeléctricos, que van desde el fluoruro de polivinilideno hasta la cerámica, in vitro e in vivo , para promover la osteogénesis. Por tanto, es comprensible que los nanomateriales piezoeléctricos bien utilizados puedan desempeñar un papel clave en el diseño de estos tejidos.
Uno de los componentes del tejido óseo, la hidroxiapatita , un mineral biológico que regula el metabolismo óseo y mantiene la integridad ósea, es piezoeléctrico. Se ha demostrado la piezoelectricidad de este material y su papel en la regeneración ósea cuando se somete a estimulación eléctrica. En la década de 1990, la composición de una cerámica biológica de ingeniería se hizo mediante una mezcla de hidroxiapatita y titanato de bario , prensado en un cilindro de 2 × 4 mm a 1200 ° C para luego ser polarizado a lo largo. El material, llamado HABT, se ha implementado en la mandíbula de los perros en varias direcciones. A continuación, se sacrificaron parejas de perros cada semana durante cinco semanas para caracterizar la contribución del material a la regeneración ósea. Los resultados demostraron que la osteogénesis mejoró, dando mandíbulas una semana antes de HABT en comparación con la hidroxiapatita sola. Además, la dirección de polarización tuvo un efecto perpendicular al implante (pero no al del tejido) en el aumento de la osteogénesis.
Para perfeccionar este concepto, un equipo de investigadores experimentó recientemente con cerámicas compuestas de óxido de titanio (partículas de 10 nm ) y titanato de bario (<100 nm ) con proporciones del segundo componente que varían de 0 a 20%. Las muestras se comprimieron en discos de 10 x 2 mm a 1000 ° C y se sesgó una serie a 2500 V para determinar el efecto de la polarización sobre la osteogénesis. Las muestras se colocaron en una bandeja de cultivo con células de hueso de rata y se presionaron mecánicamente para producir piezoelectricidad en las células circundantes.
El resultado fue que la concentración de titanato de bario, el tiempo y la polarización son los principales factores que promueven la osteogénesis. Sin embargo, los autores de este estudio observaron un tercer material, BaO (TiO 2 ) 2 cuando el titanato de bario está al 10%, al que atribuyen una disminución de la osteogénesis en este porcentaje. Por otro lado, el resultado interesante es la empleabilidad de las nanopartículas de titanato de bario en la fabricación de tejido óseo, que se manifiesta, más precisamente, la naturaleza piezoeléctrica de este último. Ahora queda por determinar el efecto que diferentes formas (nanotubos, nanocables, etc.) de este material podrían tener sobre la osteogénesis.
Un equipo de investigación italiano cree que, si bien hay mucha investigación en el campo de los nanomateriales basados en carbono en el campo biomédico, no hay ninguna con los fabricados a partir de nitruro de boro. El nitruro de boro permitiría obtener nanoestructuras similares a las del carbono, con el beneficio de una menor reactividad en un medio biológico. Además, este nanomaterial presenta excelentes características piezoeléctricas cuando se encuentra en forma de nanotubo.
Con esta idea en mente, dispersaron nanotubos de nitruro de boro de 50 nm de diámetro y de 200 a 600 nm de longitud utilizando glicol-quitosano. La solución se aplicó a cultivos de células PC12 y se evaluó la citotoxicidad, como se explica en la sección 4.3 .
A continuación, los cultivos celulares se expusieron a concentraciones de 0, 5 y 10 μg / ml de nanotubos de nitruro y se confirmó su internalización endoplásmica mediante varios métodos de microscopía electrónica. Para inducir el efecto piezoeléctrico del nanomaterial, la mitad de los cultivos se expusieron a ultrasonidos como estimulación mecánica. Los resultados después de 72 horas de incubación demostraron que los nanotubos de nitruro de boro estimulan la proliferación de células nerviosas, pero que este efecto se amplifica sometiendo los cultivos a ultrasonidos.
Los riesgos toxicológicos y ecotoxicológicos están relacionados con el tamaño muy pequeño (100.000 veces más pequeño que una célula humana promedio) de estos materiales, lo que hace que se comporten como gases y atraviesen las membranas mucosas y la piel y todas las barreras (incluidas las meninges que protegen el cerebro , y placenta ).
Por tanto, los riesgos están potencialmente relacionados con:
El riesgo varía según el nanomaterial considerado (según el tamaño, la cantidad, la estructura, la superficie específica y la reactividad superficial, la toxicidad química, la posible radiactividad, las capacidades de agregación, la reactividad, el comportamiento en agua o aire, la posible presencia de un tensioactivo o un disolvente , etc.).
El mismo material exhibe una mayor toxicidad cuando tiene una dimensión nanométrica, debido a una mayor reactividad.
Uno de los principales riesgos identificados se refiere al aire inhalado (las [nanopartículas libres se comportan más como gases que como aerosoles; ciertos metales (aluminio, litio, magnesio, circonio) o productos combustibles pueden, en estado de nanopartículas, formar nubes explosivas en el aire. Deben almacenarse en atmósfera inerte (nitrógeno por ejemplo).
Según algunas fuentes:
Las nanopartículas insolubles también exhiben propiedades de translocación que les permiten moverse por el cuerpo. Estas partículas pueden pasar de los pulmones a la sangre y luego distribuirse por todo el cuerpo. Estas partículas también son de interés para la farmacología por su capacidad para llegar al cerebro, atravesar barreras intestinales, celulares y placentarias.
Un informe del IRSST reúne los conocimientos toxicológicos específicos de las nanopartículas disponibles en ese momento. Los riesgos pueden afectar a los trabajadores (varios cientos de personas expuestas, en Quebec, a nanopartículas) o incluso a los usuarios de productos terminados. Se espera que el número de personas expuestas aumente con un mayor uso de estos productos.
En cuanto a los riesgos, algunos apelan al principio de precaución y demandan estudios de rupturas de impactos antes de su comercialización, pero muchos productos ya están en el mercado, y evalúan el costo costoso "las pruebas con solo 2000 sustancias por año podrían costar 10 mil millones de dólares, y requeriría el sacrificio de un número considerable de animales de laboratorio cada año para poder realizar las pruebas de toxicidad in vivo ” según el centro de análisis estratégico (CAS) que estimó en 2013 que “ ya no es posible ” . Entre las soluciones mencionadas se encuentra el ecodiseño con un concepto de "seguridad intrínseca por diseño " ( seguro por diseño ). El enfoque seguro por diseño , a su vez, plantea una serie de cuestiones potencialmente controvertidas.
Un tema emergente al comienzo del XXI ° siglo es la recogida, almacenamiento y manejo de nano-residuos desde el desarrollo de la producción y el uso de productos de la nanotecnología que encontraremos tan potencialmente en el lixiviado de descarga, o refioms cenizas de incineración de residuos.
Un proyecto NANOFlueGas (2013) buscó caracterizar las emisiones de partículas provenientes de la incineración de residuos que contienen nanomateriales o ciertos nanoproductos. El proyecto Nanosustain WP5 estudia el comportamiento y la liberación de CNT durante la incineración de compuestos epoxi-CNT e investiga métodos para evaluar el potencial de liberación durante la combustión. El proyecto InnanoDep mide las liberaciones de nanopartículas cuando se incineran nanomateriales fabricados, mientras que el proyecto NanoFlueGas se centra en las nanopartículas presentes en los gases resultantes de la incineración de residuos que contienen nanomateriales.
El proyecto Nanosustain WP5 también está interesado en:
Ademe e Ineris están interesados en los efectos de los microcontaminantes (algunos como la nanoplata son biocidas) en plantas de tratamiento de aguas residuales o en instalaciones de metanización porque podrían interferir con los procesos de purificación / fermentación y posiblemente reducir la eficiencia de los procesos de tratamiento de agua o biorresiduos. En particular, un programa ARMISTIQ se centra en microcontaminantes en EDAR, liderado por INERIS y ONEMA para redactar una primera guía de recomendaciones técnicas sobre la medición de microcontaminantes en vertidos canalizados.
Los nanomateriales tienen determinadas propiedades que los hacen potencialmente interesantes para la medicina. En 2012, las nanotecnologías y los nanomateriales ya se utilizaban en varios campos, incluidos los medicamentos y la medicina, algunos ya hablaban de nanomedicina . Tres campos principales de uso son el diagnóstico, la administración de fármacos y la medicina regenerativa . Las aplicaciones también son de interés para la cirugía y la termoterapia ).
Sin embargo, los nanomateriales también podrían ser una fuente de nuevos riesgos para la salud. Con respecto a los nanoimplantes o dispositivos médicos que contienen nanoproductos, Afssaps realizó una primera evaluación en Francia en 2011.
En Europa, el SCENIHR solicitó una opinión científica sobre este tema y, en particular, sobre:
Ya existe información sobre la experiencia sobre el uso de nanopartículas de óxido de hierro inyectadas en las células tumorales y luego calentadas por radiación o mediante un campo magnético externo. Dichos productos se pueden utilizar en la red sanguínea o en neurocirugía (neuroprótesis), reconstitución de la red neuronal .
Aún existen muchas lagunas en la evaluación de riesgos, incluso para productos que ya están muy extendidos, como la nanoplata , y los usos médicos de las nanopartículas y nanoproductos no están claramente enmarcados en la legislación sobre medicamentos o sobre implantes y equipos médicos, a pesar de los consejos dados en 2006, 2007 y 2009, el SCENIHR desea en 2012 aclarar ciertos puntos que aún no se han abordado, en particular los relacionados con los implantes (incluidos los rellenos dentales).
La Agencia Nacional de Seguridad Alimentaria, Ambiental y de Salud Ocupacional (ANSES), "frente a las incertidumbres científicas y las cuestiones sociales planteadas por los posibles riesgos para la salud de los nanomateriales" , instaladaseptiembre 2012, un grupo de expertos conocido como el “ Grupo de Trabajo Nano Perenne ” en particular responsable de asegurar una vigilancia científica “en tiempo real” sobre los riesgos emergentes (salud y medioambiental) y los peligros ligados a la exposición a nanomateriales manufacturados para todos sus usos. Además, la convocatoria ANSES de proyectos de investigación en salud-medio ambiente-trabajo (APR-EST) puede apoyar la investigación en este campo. En 2014, la Agencia concluyó, dado el rápido despliegue de estos productos y los riesgos toxicológicos identificados para algunos de ellos, que es necesario un marco regulador europeo reforzado. Este marco podría tener lugar en el marco de las regulaciones Reach y CLP.
Los datos fragmentados muestran efectos potenciales preocupantes sobre la flora y la fauna, pero las condiciones experimentales suelen ser muy diferentes de las que se encuentran en la realidad. Las concentraciones encontradas en el medio ambiente son extremadamente bajas, desde el orden de μM (10 −6 mol / l ) hasta indetectables (<10 −9 mol / l ) y la pequeña cantidad de información actualmente disponible sobre los efectos adversos de los nanomateriales no permite se establecerán modelos fiables.
Las primeras pruebas para determinar los mecanismos de asimilación y toxicidad de las nanopartículas se realizaron utilizando el Modelo de Ligando Biótico (BLM) para predecir los fenómenos dosis-respuesta.
Los estudios ecotoxicológicos en microalgas (por ejemplo, Chlamydomonas reinhardtii ) expuestas a nanopartículas de plata (5 a 29 nm ) han demostrado el importante papel de la pared celular y de los transportadores de metales (especialmente Cu) en la asimilación de estos nanomateriales y que el BLM no pudo aplicar en este caso.
Los efectos observados para describir la toxicidad de las nanopartículas en estas algas son:
Tener una definición precisa de nanomateriales permite, entre otras cosas, otorgar patentes, ofrecer subvenciones para programas relacionados con los nanomateriales, regular los objetos que entran en esta definición, permitir a los fabricantes vender el carácter nano y a determinadas asociaciones de consumidores directos. elegir o incluso prohibir ciertos productos. Por tanto, es necesario poner en marcha una definición lo más precisa y menos arbitraria posible, basada en la ciencia . Para eso, es necesario definir los criterios en los que se basará esta definición. La Organización Internacional de Normalización ( ISO ), organismo internacional responsable de la normalización internacional, se encargó de esta definición a nivel internacional. En 2007, dentro de ISO, se creó el Comité Técnico 229 (TC229), responsable de las nanotecnologías, a solicitud de los responsables de los programas de apoyo a las nanotecnologías y de los industriales. Este comité consta de tres grupos de trabajo (WG para grupo de trabajo ):
El plan de WG1 para definir nanomateriales es definir primero la base, que es la nanoescala, luego definir nanoobjetos y finalmente nanomateriales.
Por tanto, el WG1 comienza por definir la escala nanométrica, para ello primero define el límite superior a 100 nm . Este límite superior facilita la financiación de programas de nanomateriales.
También es necesario definir el límite inferior, para evitar que todas las moléculas orgánicas pequeñas, como las de los productos petroquímicos, se incluyan en los nanomateriales. De hecho, si se incluyen demasiados elementos en la definición, perdería en especificidad y precisión y, por lo tanto, en importancia. Este límite inferior se estableció en 1 nm , con el fin de excluir moléculas pequeñas. Sin embargo, surge una dificultad: los fullerenos , moléculas basadas en carbono en forma de globos o tubos, descubiertas por Richard Smalley (Premio Nobel de Química en 1996), considerado uno de los padres de la nanotecnología. De hecho, algunos fullerenos tienen un tamaño inferior a 1 nm y, por tanto, quedarían excluidos de la definición de nanomateriales. Esto no tiene por qué ser así, siendo los fullerenos el punto de partida de la investigación sobre nanomateriales y la base de los nanomateriales de carbono. Por lo tanto, la nanoescala no debe ser demasiado rígida y se establece en alrededor de 1-100 nm , excluyendo así pequeñas moléculas orgánicas e incluyendo fullerenos .
Después de definir la nanoescala, los nanoobjetos se definen como sustancias que tienen al menos un componente a nanoescala y, por lo tanto, formarán parte de los nanomateriales. La cuestión de incluir materiales nanoestructurados, materiales que presentan regularidades a escala nanométrica en su estructura, está plagada de una fuerte oposición, especialmente por parte de la delegación alemana. Porque esto lleva a la inclusión de agregados y aglomeraciones de nanoobjetos, por ejemplo harina culinaria, lo que significa que se podrían incluir objetos mayores de 100 nm , pero que contengan una cierta cantidad de nanoobjetos. Así, si se solicitaran estudios para cada nanomaterial, esto generaría costos para los productores de estos agregados de nanoobjetos. Finalmente después de una votación, las delegaciones contrarias quedan en minoría con un voto y los materiales nanoestructurados se incluyen en la definición. Esta oposición muestra algunas de las cuestiones vinculadas a la definición de nanomateriales y también muestra que los criterios de la definición podrían generar regulaciones para los fabricantes, mientras que la definición debe reducir al máximo su carácter político .
Por tanto, necesitamos criterios basados en la mayor medida posible en la ciencia y no en la política para definir los nanomateriales, aunque esto siga siendo muy complicado.
Se propuso un criterio relacionado con las propiedades de las sustancias, pero no se siguió. En primer lugar, porque las propiedades son muy variables y dependen de muchos factores. Además, faltan instrumentos de medición suficientemente precisos y los métodos tienen demasiadas variaciones. Por tanto, sería necesario elegir un solo instrumento para evitar estas variaciones en las medidas, pero esto favorecería a los propietarios de este instrumento. Y finalmente, aceptar un criterio basado en propiedades implicaría vincular WG1 y WG2, y por tanto, supondría cuestionar la separación de Grupos de Trabajo y podría implicar que definición y riesgos están vinculados, mientras que esto es lo que la ISO debe evitar.
Todas estas razones son las causas del rechazo del criterio ligado a las propiedades en favor del criterio ligado al tamaño, porque es posible definir con precisión el tamaño de un objeto y evitar detenerse en cada caso de materiales.
Es el hecho de que el criterio de tamaño se basa lo más posible en la ciencia y lo menos posible en la política , lo que establece el límite en alrededor de 1-100 nm como la definición ISO de nanomateriales .
Desde enero 2013, los fabricantes, importadores y distribuidores de nanomateriales en Francia deben declarar la identidad, las cantidades y los usos de los nanomateriales. Este enfoque involucra en particular la experiencia de la Agencia Nacional de Seguridad Alimentaria, Ambiental y de Salud Ocupacional (ANSES).
A nivel europeo, varias normativas regulan los nanomateriales, en cosmética, en biocidas o en alimentos. Pero, en general, las asociaciones las consideran insuficientes para la protección de los consumidores, la salud, el medio ambiente y los trabajadores. Apoyados por poderosos grupos de influencia , los gigantes de la industria química o la industria alimentaria están retrasando la aplicación de restricciones normativas encaminadas a una mejor trazabilidad, como el catálogo de “nanos” utilizado en cosmética, tan esperado. En 2016, la Comisión Europea pospuso la creación de un registro europeo que habría realizado un inventario de nanoproductos comercializados en la UE. Bruselas encontró más útil su proyecto "nanoobservatorio", un sitio web de divulgación presentado en25 de abril de 2016. La plataforma se basa en la información que los fabricantes proporcionarán voluntariamente a la Agencia Europea de Sustancias Químicas (EACC). La Comisión también pospuso hasta 2018 la modificación del reglamento de registro, evaluación y autorización de productos químicos de la Unión Europea ("Reach") para adaptarlo a las particularidades de los polvos nanométricos, muy ligeros: por debajo de una tonelada importada o fabricada, se escapan la vigilancia de la AEPC y se comercializan sin información de toxicidad . Una treintena de empresas (cuatro ubicadas en Francia) incluso han iniciado procedimientos judiciales , por motivos de secreto industrial , contra la Agencia Europea, que les cuestiona sobre su uso de dióxido de titanio y nanosílice.
El dióxido de titanio (aditivo E171 ), que expone especialmente a los niños a través de los dulces, objeto de evaluaciones de toxicidad y la sílice (E 551), ya autorizado en alimentos en polvo. Según Mathilde Detcheverry, autora de Nanomateriales y riesgos para la salud y el medio ambiente , "sin un medio de rastreo de nanomateriales, la información se diluye en la cadena de producción " , lo que dificulta el proceso de etiquetado y por tanto la información al consumidor. Aunque es obligatorio, el etiquetado está lejos de ser generalizado en los envases de productos cosméticos y antibacterianos . Desdediciembre 2014, las empresas alimentarias se muestran reacias a mostrar la mención nano en la lista de ingredientes o incluso a responder cuando se les pregunta si sus productos contienen nanopartículas o no, con el argumento de que se trataría de un secreto comercial. Además, según el abogado del Sky ( Centro de Derecho Ambiental Internacional ), David Azoulay, “los detalles de la obligación de etiquetado están redactados de manera suficientemente vaga para que, de hecho, su aplicación sea muy limitada y poco vinculante para los fabricantes que desea evitar su implementación. "
En Francia, el INRS publicó elementos de definición de nanomateriales y pide precaución , en 2014 publicó una guía para facilitar la identificación de nanomateriales en nuestro entorno y especifica en forma de archivos la naturaleza de estos materiales, sus aplicaciones, propiedades o funcionalidades. con el fin de "ayudar a los preventivos en el campo que tienen que identificar las operaciones que potencialmente exponen a los nanomateriales en las empresas" .