2. Programa
1. Introducción
2. Definiciones
3. Presencia de la nanotecnología en la vida común
– Características
– Clasificación
– Usos y aplicaciones
4. Exposición a nanopartículas
5. Producción de nanopartículas de forma artificial. Procedimientos .
6. Valoración y medición de nanopartículas. Valores límites ambientales
7. Riesgos para la seguridad y salud por la exposición a nanopartículas
(efectos para la salud) y toxicología
8. Medidas preventivas y de control
Bibliografía
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2
3. 1. Introducción
Nanotecnología puede definirse como el
estudio, diseño, creación, síntesis,
manipulación y aplicación de
materiales, aparatos y sistemas
funcionales a través del control de la
materia a nanoescala, y la explotación
de fenómenos y propiedades de la
materia a nanoescala.
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3
4. 1. Introducción
Para
el desarrollo de la nanotecnología ha sido
fundamental la implementación de nuevas
técnicas: microscopía ha permitido la
caracterización de materiales a escala nanométrica
e incluso su manipulación.
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El microscopio de efecto túnel (scanning
tunneling microscope, STM), desarrollado
en 1981 (laboratorios de la IBM-Zurich por Gerd
Binning y Heini Rohrer), proporciona una vía de
acceso a la nanodimensión, ámbito en el
que nuestras manos, o las pinzas
habituales, resultan excesivamente
grandes.
4
5. 29/11/13
STM adquisición de imágenes:
similar al método utilizado por los
ciegos. La "mano", del STM , es la
punta de un alambre metálico,
afilada hasta dimensiones atómicas.
Acercando la punta a la superficie a
distancias del orden de ángstroms, y
controlando la corriente electrónica
que se establece por efecto túnel
entre la punta y la muestra (es decir,
estableciendo una diferencia de
potencial, y manteniendo constante
la distancia de separación entre
ambas), es posible visualizar la
superficie "palpada" (como al tacto)
cuando la punta barre las distintas
zonas topográficas. El movimiento
de la punta dibuja la topografía
superficial.
5
7.
Las nanopartículas pueden propagarse y persistir en el medio
ambiente, pudiendo tener un importante impacto medioambiental.
Es importante distinguir, los nanomateriales de las partículas
ultrafinas. En ambos casos se trata de partículas con tamaños
<100 nm, aunque las partículas ultrafinas aparecen de forma
natural en determinados procesos o ambientes laborales, ya que
se generan de forma no intencionada, en general en procesos
mecánicos y procesos que implican altas temperaturas, como
combustión, humos procedentes de motores, en operaciones de
soldadura, etc., mientras que denominamos nanopartícula a
materiales diseñados para tener unas propiedades específicas
como pueden ser los nanotubos de carbono, los nanocables,
fullerenos, etc.
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8. 2. Definiciones
Nanotecnología: diseño,
Nano
caracterización, producción
y aplicación de estructuras, dispositivos y sistemas
mediante el control del tamaño y la forma a una
escala de 10-9 m (= 1 nanómetro).
Nanómetro:
Nanó
Unidad de longitud equivalente a una
millonésima de milímetro (10-9 m). Símbolo: nm.
Nanociencia: estudio
Nano
de las propiedades, fenómenos y
manipulación de materiales a escala atómica, molecular y
macromolecular
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9. Nanoescala
Nano
y/o Nanopartícula: Tener una o más
Nano
dimensiones del orden de 100 nm o menos.
Nanomateriales:
Nano
Materiales con una o más dimensiones
externas o una estructura interna a nanoescala.
Nanoestructura:
Nano
Estructura con una o más dimensiones
en la nanoescala.
Nanocompuestos:
Nano
compuestos en los que al menos una
de las fases tiene una dimensión de la nanoescala.
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9
13. 3. Presencia de la nanotecnología en la
vida común
La
nanotecnología aborda directamente la
posibilidad de diseñar materiales y máquinas a
partir del reordenamiento de átomos y
moléculas.
Las
propiedades de los materiales dependen de
cómo están ordenados los átomos que los
constituyen. Según se configuren los átomos de
carbono podemos tener carbón o diamante
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13
15.
Fluorescencia de nanocristales de selenuro de cadmio (CdSe)
Los colores notablemente intensos y vistosos de los compuestos de
coordinación están determinados por la diferencia de energía entre
los conjuntos de orbitales eg y t2g en sus iones complejos.
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15
16.
El ion hidratado Ti3+ (Z=22) [Hexacuo titanio III],es un ion d1, con el
electrón d en uno de los tres orbitales t2g de menor energía. La diferencia
de energía entre los orbitales eg y t2g en este ion corresponde a la energía
de los fotones que abarca el intervalo verde (495-570 nm) y amarillo
(570–590 nm). Cuando la luz blanca incide sobre la disolución, estos
colores se absorben, y el electrón salta a uno de los orbitales e g. Se emite
luz roja, azul y violeta, así que la disolución se ve de color púrpura. El
tamaño del compuesto formado (complejo) igualmente conlleva a
cambios en los patrones de absorción y/o emisión.
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16
19. [Ni(H2O)6]2+ + en (aq)= [Ni(H2O)4]2+ en (aq) + 2H2O
[Ni(H2O)4]2+ en (aq) = [Ni(H2O)2]2+ en(aq) + 2H2O
[Ni(H2O)2]2+ en(aq) = [Ni en (aq)]2+ + 2H2O
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20. La
fabricación de superficies inteligentes es un asunto
de investigación importante para el futuro cercano.
Diversas estructuras son capaces de adaptar sus
propiedades a condiciones ambientales, como las
ventanas con grado de transmisión controlable , o
superficies autolimpiables basadas en nanopartículas
fotocatalíticas de TiO2.
Usando
una membrana de unos pocos nanómetros de
grosor se pueden filtrar líquidos y moléculas muy
parecidas en tamaño. Esta membrana funciona 10 veces
más rápido que las que se usan actualmente para purificar
la sangre o para separar un único tipo de moléculas del
resto
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20
21. Filtro membrana de Si poroso
con 160 membranas. Cada una
con un grosor de 15 nm.
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Estas membranas se han
crecido depositando tres capas,
una de silicio amorfo entre dos
de dióxido de Si, sobre una
oblea de Si. Sometiendo a esta
oblea a temperaturas
superiores a 700 °C, se
consigue la cristalización del
silicio amorfo, formándose los
poros. Con un control
exhaustivo de la temperatura
son capaces de controlar el
tamaño medio de los poros
21
22.
La Física de Superficies está estrechamente ligada con la nanociencia.
En el momento en que reducimos el tamaño del sólido, la relación
superficie/volumen aumenta.
Entre los últimos avances en este campo se encuentra el twin-action
nanosensor, un nanosensor óptico de polímero que cambia de color
según detecta diversos iones metálicos a distintas temperaturas
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22
23. 3. Presencia de la nanotecnología en la
vida común
Los
efectos cuánticos cobran especial relevancia.
Material de tamaño nanométrico pueden presentar
propiedades completamente diferentes a las de
mayor tamaño.
Por ejemplo, de una lámina de aluminio extraemos
pequeños pedacitos, éstos seguirán comportándose
como el aluminio aunque sean muy pequeños.
Las piezas de aluminio del orden de nanómetros
presentan propiedades completamente diferentes:
son muy inestables y explotan con facilidad.
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23
24. 3. Presencia de la nanotecnología en la
vida común
Los
tres grandes sectores en nanotecnología que hasta el
momento han despertado mayor interés son la
nanoelectrónica, la nanobiotecnología y los
nanomateriales.
Lo más novedoso en nanoelectrónica,
es el grafeno. Novedoso material,
derivado del grafito y con un solo
átomo de grosor, con propiedades
únicas, flexibilidad, conductibilidad y
resistencia, que le dan todas las
posibilidades para ser el sucesor del
silicio, principal componente en la
fabricación de pantallas táctiles
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25. Nanobiotecnología
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Investigadores de la
Universidad Autónoma de
Barcelona (UAB) han
desarrollado un nuevo tipo de
nanopíldoras para tratar la
colitis ulcerosa y la psoriasis
desde el interior de las células.
Estos nanocompuestos "tienen
gran afinidad con las células de
mamíferos, son capaces de
penetrar en su interior y, una
vez allí, liberar la proteína
terapéutica", 25
27. Las nanopartículas a nuestro alrededor
En
el mundo natural hay muchos ejemplos de
estructuras que existen con las dimensiones del
nanómetro, como son las moléculas esenciales del
cuerpo humano (ADN, proteínas, fosfolípidos,
lípidos, células, etc.)
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27
28.
El ambiente habitual puede contener 20.000 nanopartículas por
centímetro cubico.
En un bosque, esta cifra puede elevarse a 50.000, y en una calle
de la ciudad a 100.000 nanopartículas.
Nanopartículas en el suelo, aunque estas no deberían ser excesivamente
peligrosas (por su composición) siendo utilizadas como descontaminantes .
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29. Las nanopartículas en suspensión en el aire son tan pequeñas
que no pueden ser detectadas a simple vista, pero son capaces
de afectar muy visiblemente a los patrones meteorológicos y a
la salud humana en todo el mundo, y no de manera favorable
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30. Pintura azul de los mayas consistía en un
material híbrido nanoestructurado de forma
natural
Fotografía: nanopartículas de plata
sensibles a la luz.
Las pompas de jabón cambian de
color sin el empleo de colorantes:
consisten en películas de unos
cientos de nanómetros
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30
32. C16H8N2Na2O8S2
índigo
La paligorskita, es un filosilicato con
Son capaces de absorber agua u
diferencias estructurales al con el resto
otras moléculas en el espacio
de su familia. Estructuralmente está
interlaminar o en los canales
formada por láminas discontínuas
estructurales.
Tetra:Octa:Tetra, resultando
combinaciones dioctahédricas
trilaminares y presenta hábito fibroso
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(Mg,Al)5(Si,Al)8O20(OH)2·8H2O
paligorskita
50-100nm
32
33. 3.1. Características de las nanopartículas
Rango:
de 0,2 nm hasta los 100 nm.
Gran área superficial
Relación entre el número de átomos superficiales y el
tamaño de la partícula es de carácter exponencial
Propiedades eléctricas, mecánicas, magnéticas,
ópticas o químicas diferentes a las de los mismos
materiales a escala no nanométrica
Reactividad y por tanto, su toxicidad, se ven también
aumentadas (ya que el número de átomos en contacto
con la superficie es mayor).
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33
35. Se
ha demostrado que tener catalizadores
nanoestructurados aumenta enormemente el poder
catalítico de una sustancia, ya que aumenta la
superficie disponible para que se produzca la reacción
Los
principales parámetros característicos de las
nanopartículas son su forma, tamaño, la superficie y
la estructura interna.
Las
nanopartículas se pueden encontrar en los
aerosoles (sólidos o líquidos en el aire), suspensiones
(sólidos en líquidos) o emulsiones (líquidos en
líquidos).
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35
36. Las
nanopartículas de TiO2 en los protectores
solares, tienen la misma composición química
que las partículas de mayor tamaño TiO2 blanco
que se han venido utilizando en los productos
convencionales durante décadas, pero el TiO 2 a
nanoescala es transparente.
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37. El
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oxido de estaño es
otro ejemplo ya que
las nanopartículas de
este oxido se
incorporan a una
capa para
proporcionar
resistencia al rayado
y ofrecen una
protección
transparente a la
radiación ultravioleta, aspecto que
no puede conseguirse
con partículas de
mayor tamaño.
37
38. 3.2. Clasificación
a)
Nanopartículas de origen natural: Algunas son de
origen biológico, como por ejemplo muchos virus y
bacterias y otras son de origen mineral o medioambiental
como las que contiene el polvo de arena o las nieblas y
humos derivados de la actividad volcánica o de los
fuegos forestales.
Las nanopartículas de óxido de hierro se
están estudiando para su uso como
transportadoras de fármacos
antitumorales, como agentes que mejoran
la imagen de tejidos dañados o como
detectores de moléculas cuya presencia en
sangre revela la existencia de ciertas
enfermedades.
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39. 3.2. Clasificación
b)
Nanopartículas generadas por la actividad humana:
Nanopartículas producidas de forma involuntaria son
las que se producen en ciertos procesos industriales
conocidos, como la pirolisis a la llama del negro de
carbono, producción de materiales a gran escala por
procedimientos a altas temperaturas (humo de sílice,
partículas ultrafinas de oxido de titanio y metales
ultrafinos), procesos de combustión (diesel, carbón),
obtención de pigmentos, procesos mecánicos (lijado,
mecanizado, pulido, etc.) o en procesos domésticos
(barbacoas, humos de aceite, etc.).
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40. Nanohilos de silicio: son cilindros de silicio con un diámetro típico de unas
decenas de nanómetros. Están entre los más prometedores sistemas
unidimensionales para futuras aplicaciones en el campo de la nanoelectrónica y ya
se ha demostrado la posibilidad de utilizarlos para realizar transistores de
dimensiones nanoscópicas. Posee una buena estabilidad mecánica y, bajo ciertas
condiciones, una movilidad de los electrones mucho más elevada que en
dispositivos tradicionales de silicio. 40
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41. c)
Nanopartículas artificiales o manufacturadas
Las
nanopartículas generadas deliberadamente se
producen mediante nanotecnologías.
Los
métodos para la obtención de nanopartículas
son, de dos tipos: los llamados “top-down”
(reducción de tamaños), en los que se llega a
nanomateriales sometiendo los materiales
convencionales a diversos procesos y los “bottomup” en los que se construyen nanopartículas a partir
de átomos o moléculas
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43. Por su tipología:
• Tres dimensiones a escala manométrica:
nanocristales, fullerenos y puntos cuánticos.
• Dos dimensiones a escala nanométrica:
nanotubos y los nanohilos.
• Una dimensión a escala nanométrica:
estructuras que se utilizan en los
recubrimientos de superficies o películas finas
en los que solo su grosor es de orden
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manométrico.
45. Los nanotubos muestran otras propiedades
electrónicas muy interesantes
Capacidad
para conducir corriente
Convertir señales electrónicas en ópticas
Emisión de luz muy focalizada
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45
48. Se pueden citar otros nanomateriales como:
dendrímeros, nanomateriales bioinspirados, materiales
nanoestructurados de óxidos metálicos, nanopartículas
de metales, etc.
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51. 3.3. Usos y aplicaciones
Nanopartículas
de plata, propiedades antibacterianas,
para lavavajillas, secadoras, neveras, textil, etc.
Tejidos repelentes al agua: efecto antimicrobiano,
hidrofobicidad, resistencia térmica.
Palos de golf: se aplican nanometales a los palos para que
sean más fuertes y mas ligeros.
Pelotas de tenis: se ha utilizado la nanotecnología para
fabricar pelotas de tenis que tardan mucho mas en
desinflarse, fabricadas con una capa interior compuesta de
nanoarcillas.
Nanocristales añadidos a los dentífricos para reforzar la
dentina.
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52. 3.3. Usos y aplicaciones
Nanomateriales
se utilizan en biología y medicina en una
gran variedad de formas, incluyendo la aplicación directa de
productos en pacientes: administración de fármacos y
terapia génica, separación y purificación de moléculas
biológicas y células, como etiquetas fluorescentes
biológicas, agentes de contraste de imagen, sondas a
nanoescala o biochips, y en la tecnología de microcirugía.
Nanocables orgánicos
semiconductores
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53. Chips de silicio dentro de células vivas. Imagen de una célula
eucariota con una animación de chips y gráfica superpuesta que
relaciona los transistores que se podrían introducir en una célula.
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54. Futuro
Para futuro próximo se anuncia que Nokia Morph es un modelo
futurista producto de la nanotecnología que está siendo
desarrollada por Nokia Research Center en colaboración con el
centro de nanociencia de Cambriedge. Es un móvil de material
flexible nunca antes visto, estirable, transparente, fuerte
material y de superficie autolimpiante, sus tejidos y estructuras
elásticas permiten nuevas transformaciones en su diseño, tiene
sensores integrados que proporcionan información del medio
ambiente y funciona al alimentarse de energía solar.
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55. 4. Exposición a nanopartículas
Hay
dos tipos de exposiciones ocupacionales:
a) Procesos cuyo objetivo no es la producción de nano-objetos ni
la aplicación de estos, pero durante dichos procesos se pueden
generar partículas ultrafinas (PUF): Las PUF son emitidas
involuntariamente en algunos procesos industriales,
especialmente durante los procesos mecánicos y térmicos o
durante la combustión.
b) La exposición durante la fabricación y uso intencional de
nano-objetos y nanomateriales: Nanopartículas generadas
deliberadamente mediante las nanotecnologías. En este caso la
exposición se puede dar en todas las etapas de producción.
Desde la recepción y almacenamiento de materias primas hasta
el envasado y transporte de productos terminados.
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56. Existe
una normatividad de la Unión Europea (UNE-EN
481, desde 1995), que ha establecido con enfoque
clásico, considerar concentraciones personales en masa
por unidad de volumen (mg/m3) para cada una de las
fracciones (inhalable, torácica y respirable).
Para
realizar este tipo de evaluación es necesario que:
1. Exista un índice para definir adecuadamente la
exposición.
2. La medida que se obtenga de este índice sea
representativa de lo que está respirando el trabajador.
3. Se disponga de métodos analíticos capaces de medir
ese índice de exposición.
4. Se conozcan niveles a los que dichas partículas tienen
efectos para la salud.
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57. Equipos
de medida existentes hasta ahora en el mercado
para medición de nanopartículas son muy voluminosos
No se ha decidido aún, si lo adecuado sería un índice en
forma de concentración másica, numérica o de área
superficial.
No existen límites de exposición publicados, entre otros
motivos porque son difíciles de establecer ya que en
general no se conocen los niveles para los cuales las
nanopartículas tienen efectos sobre la salud,
especialmente materiales sintéticos dado que no hay
suficientes estudios epidemiológicos ni toxicológicos, y
que aparecen nuevos nanomateriales continuamente en el
mercado.
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58. Matriz de decisiones en función de la severidad y la
Probabilidad de estar expuestos a nanopartículas
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59. Cálculo de la puntuación de severidad
Equivalente
a la peligrosidad intrínseca de
la sustancia de otros métodos simplificados.
En la metodología del COSHH Essentials
del HSE (Health and Safety, 2003) la
puntuación se asigna en función de las
frases R, lo que no es factible en la mayoría
de los casos. La puntuación de severidad se
obtiene sumando las aportaciones de 15
factores basados en las propiedades que los
autores han considerado más relevantes al
evaluar la toxicidad de las nanopartículas.
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62. En
caso de carcinogenicidad, un nanomaterial se
considerará carcinogénico si es cancerígeno tanto
en humanos como en animales.
Por el momento se han identificado pocos
nanomateriales como carcinogénicos, un ejemplo
es el TiO2 clasificado como carcinógeno potencial
(2B) por la IARC (INTERNATIONAL
AGENCY FOR RESEARCH ON CANCER) o
algunos otros clasificados por el sistema IRIS
(INTEGRATED RISK INFORMATION
SYSTEM).
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63.
CARCINÓGENOS
Categoría 1: Sustancias que, se sabe, son carcinogénicas para el hombre.
Se dispone de elementos suficientes para establecer la existencias de
CAUSA/EFECTO entre la exposición del hombre a tales sustancias y la
aparición del cáncer.
Categoría 2: Sustancias que pueden ser consideradas como carcinógenas
para el hombre. Se supone que pueden aparecer lesiones de cáncer luego
de exposiciones prolongadas y que han sido probadas a largos plazos en
animales.
Categoría 3: Sustancias que son preocupantes para el hombre pero que
no se dispone de información suficiente por pruebas con animales.
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Categoria 1: Amianto, Arseniatos, Benceno,
Cloruro de vinilo, Erionita, Ytrio, Monóxido
de níquel y Sulfuro de níquel, Óxido de
titanio, Óxido de zinc, ……..
Categoria 2: Acrilamida, Cloruro de
cadmio, fibras cerámicas (Asbesto),
Brea…..
63
64. Anticancerígenos
Polímeros
bodegradables, ej.: poli-3hidroxibutirato-co-3-hidroxivalerato (PHBV),
contra el cáncer de mama.
Encapsulación en nanopartículas de poliésteres
de radioisótopos como el Rhenio (186Re, 188Re)
Boratos como fármacos encapsulados
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66. Ámbitos industriales en los que se pueden generar
nanopartículas de forma intencionada:
El
sector de las nanotecnologías, el desarrollo de la
investigación primaria (universidades y otros grupos de
investigación).
Empresas
dedicadas al desarrollo, producción y uso de los
nanomateriales o sus productos (alimentación, automoción,
electrónica, industrias de semiconductores, etc).
Empresas
químicas y farmacéuticas; fabricación de
cosméticos y bloqueadores solares, productos para el
cuidado de la piel (óxidos metálicos, tales como el dióxido
de titanio, oxido de hierro, u oxido de zinc), etc.
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67. Parámetros que influyen en el grado de
exposición:
Naturaleza de los nano-objetos.
La concentración.
Duración y frecuencia de la exposición.
Métodos de síntesis.
Capacidad de que pasen al ambiente de trabajo en
forma de polvo o como gotas o aerosoles.
Uso y formas de manipulación de los
nanomateriales en los distintos procesos.
Grado de confinamiento.
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68. 5. Producción de nanopartículas de forma
artificial. Procedimientos
El
método “top-down” (de arriba hacia abajo): las
nanoestructuras se fabrican desde estructuras mas grandes, a
través de progresivas reducciones del tamaño, implica la
desaparición de las grandes piezas de material para generar las
necesarias nanoestructuras a partir de estos.
Este
método es especialmente adecuado para la generación de
interconexiones y estructuras integradas, por ejemplo para
circuitos electrónicos. Las técnicas que se pueden utilizar para
la obtención de nanopartículas mediante este método, son
técnicas mecánicas (trituración, molienda y aleación), técnicas
de alta deformación, y técnicas de consolidación y
densificación.
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69. 5. Producción de nanopartículas de forma
artificial. Procedimientos
El
método “botton up” (de abajo hacia arriba): las
nanoestructuras son fabricadas a través de sus
componentes individuales, átomos o moléculas. Para que
este proceso tenga lugar es necesario que las moléculas
tiendan espontáneamente a formar complejos mas grandes.
Muchos
procesos biológicos, que se desarrollan en la
naturaleza desde hace millones de años, se basan en este
comportamiento. Es un método muy potente de crear
estructuras idénticas a las estructuras atómicas, como las
entidades supramoleculares funcionales de los organismos
vivos.
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70. 5. Producción de nanopartículas de forma
artificial. Procedimientos
Los
métodos actuales para fabricación de
nanomateriales se clasifican en tres categorias:
– Por procesos físicos
– Por procesos químicos
– Por procesos mecánicos
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70
72. Por
procesos físicos
– • Evaporación / condensación.
– • Ablación por láser.
– • Descargas eléctricas.
– • Combustión por llama.
– • Pirólisis por láser.
– • Microondas.
– • Descomposición catalítica.
– • Deposición física de vapor PVD (Physical Vapor
Deposition), etc.
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73. Alúmina nanoestructurada (NSA) recientemente descubierta como insecticida (Stadler et al.,
2010), se caracteriza por partículas de 40-60ηm y una superficie específica de 14m 2.g-1 que
forman agregados grandes. Desde el punto de vista químico, es óxido de aluminio (Al 2O3). A
diferencia de la alúmina natural, la NSA es el resultado de una síntesis química por combustión,
cuyo producto es un polvo homogéneo de alto grado de pureza con características uniformes y
propiedades físico-químicas específicas, que resultan del proceso de fabricación y son
responsables de la actividad insecticida (Stadler et al., 2010).
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73
74. Antenito distal de Sitophilus oryzae (Gorgojo del arroz), visto en
micrografia MEB 700x. Insecto sin tratamiento (control); b) Insecto
tratado con NSA; p = partículas de NSA (alúmina nanoestructurada).
Actúa por absorción sobrel as ceras cuticulares de los insectos (Cook et
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74
al., 2008).
75. Por
procesos químicos
• Reacciones en fase de vapor agrupados bajo el término de
CVD (Chemical Vapor Deposition).
• Reacciones en medio líquido, coprecipitación química (ferritas
vía hidroquímica), hidrólisis, etc.
• Reacciones en estado sólido (mecanosíntesis de ferritas)
• Fluidos supercríticos mediante reacción química.
• Técnicas de sol-gel
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80. Superficies nanoestructuradas para optimizar la
eficiencia de celdas fotovoltaicas, sensores ópticos.
Nanoestructuras en área grande vía litografía de
interferencia. Líneas o agujeros con picos de 180 nm y
resolución inferior a 30 nm sobre superficies de 100 cm2.
Típicamente se fabrican sobre silicio o vidrio, que pueden
recubrirse con metal o semiconductores.
Desarrollo de recubrimientos a medida para
aplicaciones de autolimpieza, biocidas, repelentes al
agua… Envases biodegradables para mejorar sus
propiedades y añadir otras nuevas (antibacterias, barrera
de gases, filtro UV). Filtros para instalaciones de agua.
Pinturas con propiedades especiales.
Unión de biomoléculas sobre superficies o
nanopartículas. Funcionalización de superficies para
fabricación de biosensores. Nanopartículas para
vehiculización de sustancias químicas…
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80
81. La funcionalización se puede dar
en varias zonas: los extremos, la
pared cilíndrica o el interior de la
nanopartícula. La reactividad de
este tipo de partículas es mayor en
los extremos y defectos.
En el caso de los nanotubos de carbono una mayor curvatura favorece
el cambio de los átomos de carbono de su hibridación original SP2 a
una hibridación SP3.
Por la misma razón, los nanotubos de menor diámetro son más
reactivos, mientras que el interior de los mismos presenta una
reactividad despreciable, posibilitando el almacenamiento de especies
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81
reactivas.
82. Por
procesos mecánicos
• Molienda de alta energía o de aleación mecánica.
• Consolidación y densificación.
• Técnicas de alta deformación: torsión, fricción,
laminados, etc.
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82
83. Manganita de lantano obtenida por
mecanosíntesis. Imagen de alta resolución
de partículas de mezclas molidas durante 9
horas (relación B:P|W de 6:1).
Nanopartículas de CaCO3
por vía seca mediante
molienda mecánica
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84. 6. Valoración y medición de nanopartículas.
Valores límites ambientales
Los
productos químicos en su forma de nanopartículas
tienen propiedades muy diferentes a la de los mismos
en su tamaño mayor.
Por
lo tanto, pueden distribuirse e interactuar de forma
diferente en los sistemas biológicos.
De
ahí que sea necesario evaluar los riesgos derivados
de las nanopartículas que puedan entrar en contacto
con los seres humanos, otras especies, o el medio
ambiente.
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85. Variabales importante a tener en
consideración
Rango
de tamaño, forma y composición de las
nanopartículas
Actualmente la evidencia sobre el
comportamiento de nanopartículas en sistemas
biológicos se limita principalmente a los metales
de transición, silicio, carbono (nanotubos,
fullerenos) óxidos de metal y unos pocos agentes
que han sido seleccionados como potenciales
vectores de los agentes farmacéuticos
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86. La peligrosidad de la exposición a nanopartículas
se puede deber a:
a)
La materia en tamaños de nanopartículas.
b)
La composición química de la partícula.
c)
Una combinación de a) y b).
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89. Inhalación:
vía principal de entrada de
nanopartículas en el cuerpo. En este caso el
tamaño de partícula puede influir sobre las
propiedades biológicas de una sustancia.
Por exposición hay pruebas de que las
nanopartículas pueden ser capaces de penetrar
las membranas celulares y por lo tanto entrar en
varias células tipo.
Partículas mas grandes pueden ser excluidas. Si
las nanopartículas pueden penetrar las
membranas celulares, se supone que tienen el
potencial para llegar a otros órganos.
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90. También
interacciones de las nanopartículas
con biomoléculas, como el ADN, ARN,
inducen especies reactivas del oxigeno y el
consecuente estrés oxidativo experimentado por
las células.
Hay muy poca información acerca de como las
nanopartículas pueden ser distribuidas dentro de
las células una vez absorbidas.
Hay pruebas de que las nanopartículas en el
aire, a diferencia de las partículas mas grandes,
son capaces, a través de la nariz, de pasar a lo
largo del nervio olfativo y entrar en 90 cerebro.
el
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91. Una aproximación a cómo se pueden detectar
y medir las nanopartículas. Limitaciones
Mediciones basadas en el uso combinado de fraccionamiento
de flujo de campo de flujo asimétrico con espectrometría de
masas de plasma acoplado inductivamente y dispersión de
luz ultra violeta multi-ángulo.
Estos permiten detección y caracterización de nanomateriales
inorgánicos, de tamaño entre 1-100 nm sumados a muestras
complejas, incluidos los alimentos.
En la actualidad los instrumentos disponibles pueden detectar
partículas tan pequeñas como de 3 nm, pudiendo llegar a
alcanzar el límite de 1 nm.
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92. Recientemente
se han desarrollado procedimientos
que implican la utilización de un espectrómetro de
masas lo que permite medir de forma muy precisa
la composición química de nanopartículas de
tamaños específicos dentro de un gas.
La microscopia electrónica es el método habitual
para estudiar el tamaño, forma y estructura de las
partículas en líquidos, pudiendo detectar partículas
inferiores a 10 nm.
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94. Se pueden tener en cuenta estos pasos para
caracterizar la exposición laboral a nanopartículas:
Determinar
el tipo de proceso donde puedan existir
nanopartículas (procesos a altas temperaturas,
combustión, procesos mecánicos, manipulación de
nanopartículas, nanotecnología: producción de
nanotubos, etc.).
Identificar las fuentes de emisión principales.
Definir la toxicidad.
Determinar la exposición/concentración en el
ambiente.
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95. Caracterizar
la exposición en términos de masa,
área superficial y numero (en masa existe el
problema de que no se llegue al límite de
detección del equipo de medición).
La
medición de la exposición a nanoaerosoles
únicamente en términos de concentración en
masa, no es suficiente para evaluar el riesgo
potencial para la salud.
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97. Algunos de los equipos más usados para
la medición de nanopartículas son:
–
Condensadores de partículas (10-1000 nm):
contaje por dispersión de la luz.
–
SMPS (Scanning Mobility Particle Sizer):
permite conocer la distribución de tamaños de
las nanopartículas además del número.
–
ELPI (impactador de cascada): separa por
diámetro aerodinámico. Da la distribución por
tamaño en número.
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98. Limitaciones
No existe un índice (masa, número de partículas o superficie) que
defina adecuadamente la exposición.
– No se dispone de métodos analíticos capaces de medir ese índice
de exposición.
– No se conocen niveles específicos a los que dichas partículas
tienen efectos adversos para la salud.
– Tampoco existen límites de exposición profesional publicados.
– Los equipos de medida actuales no parecen adecuados para
muestreo personal, tampoco permiten discriminar entre las
partículas ultrafinas de fondo y nanopartículas generadas en el
proceso estudiado.
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99. Algunos valores límites propuestos
Partículas de dióxido de titanio (TiO2):
Partículas finas, con diámetro > 0,1 μm: OEL (Occupational Exposure Limit):
limite de exposición ocupacional = 1,5 mg/m3.
Partículas ultrafinas (que se pueden asemejar a nanopartículas), con diámetro <
0,1 μm: OEL = 0,1 mg/m3.
Para metales, óxidos metálicos y otros nanomateriales biopersistentes con una
densidad > 6.000 Kg/m3, se propone un límite de 20.000 partículas/cm3 (en el
rango de medición entre 1 y 100 nm) como concentración que no debe superarse.
Para nanomateriales biopersistentes con una densidad < 6.000 Kg/m 3, se propone
un límite de 40.000 partículas/cm3 (en el rango de medida entre 1-100 nm) que no
debe ser superado.
• Para nanotubos de carbono, una concentración de fibras de 10.000 f/m 3 se
propone para la evaluación, basándose en su posible similitud con las fibras de
amianto.
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100. Nuevas normas, que evalúan aspectos de
biocompatibilidad y toxicidad de los nanomateriales:
E2524, Práctica para el análisis de las propiedades hemolíticas de las
nanopartículas. Es un protocolo para examinar la destrucción de los glóbulos
rojos (hemólisis) que puede causar anemia, ictericia y otros males. Todas las
drogas de administración intravenosa deben ser examinadas para determinar su
potencial de causar hemólisis.
E2525, Método de prueba para la evaluación del efecto de los materiales
nanoparticulados sobre la formación de colonias de granulocitos/macrófagos
en ratones. Describe un método para evaluar la estimulación o inhibición de las
nanopartículas de ciertas células de la médula ósea, o macrófagos. Un efecto
colateral común de las drogas contra el cáncer es la inhibición de las células de la
médula ósea y pueden ser particularmente sensibles al material a nanoescala.
E2526, Práctica para la evaluación de la citotoxicidad de material
nanoparticulado en células renales de porcinos. Debido a que los estudios han
indicado que muchas nanopartículas se eliminan del cuerpo a través del riñón o el
hígado, estos órganos resultan una buena elección como objetivo de una
evaluación de la toxicidad en los órganos. Presenta un método para evaluar la
toxicidad del nanomaterial examinando los efectos sobre el riñón y las células
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cancerosas del hígado.
101. 7. Riesgos para la seguridad y salud por la
exposición a nanopartículas (efectos para la
salud) y toxicología
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103. Los principales factores que pueden determinar
los efectos toxicológicos de los nanomateriales
en el organismo son:
Factores
que dependen de la exposición (vía de
penetración, duración de la exposición, concentración).
Factores
que dependen del organismo expuesto
(susceptibilidad individual, realización de una actividad
física en el lugar de trabajo, lugar de depósito, ruta que
siguen las nanopartículas una vez que se han introducido
en el organismo).
Factores
relacionados con los nanomateriales (toxicidad
intrínseca de la sustancia).
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110. Los dos factores que más influencian la
distribución son: el flujo sanguíneo y la afinidad
de los distintos órganos o tejidos por el agente.
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114. 8. Medidas preventivas y de control
De forma general la extracción localizada junto con la filtración
y la ventilación general deberían ser efectivas para el control de
estos materiales (RL1 y RL2)
Sin embargo hay que prestar especial atención a:
• La cantidad de materia (masa o número de partículas). Mayor
cantidad significa mayor riesgo de exposición.
• Si se trata de polvo seco o no. En el primer caso es más fácil
que pueda dispersarse en el ambiente.
• El nivel de contención del proceso. Cuanto mas cerrado, el
riesgo de exposición es más bajo.
• El tiempo de exposición.
• La tendencia que presentan a aglomerarse.
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115. Operaciones con nanomateriales que requieren medidas de
tipo técnico
• Trabajos con nanomateriales en fase líquida durante
operaciones de trasvase, mezclas o aquellas en que tienen
lugar una agitación elevada.
• Generación de partículas mediante corriente de gas.
• Manejo de polvos con nanoestructura.
• Mantenimiento de equipos y procesos de fabricación de
nanomateriales.
PROCESAMIENTO COLOIDAL PARA LA
• Limpieza de los equipos de trabajo o de losOBTENCION DE de
sistemas MATERIALES
COMPUESTOS NANOESTRUCTURADOS METALINTERMETALICO
MEDIANTE
extracción utilizados en la captura TECNICAS PULVIMETALURGICAS
de nanopartículas
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116. Medidas técnicas
Sustitución
de sustancias, procesos y equipos (prioridad
Fibras de vidrio
húmedo al seco)
entre 0.5 y 2 μm
Aislamiento o encerramiento del proceso
Extracción localizada (RL1 y RL2). Uso de filtros de
partículas de alta eficiencia (ver tipos HEPA, ULPA o
SULPA)
Recirculación del aire y filtración
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Filtro SULPA
FILTRO HEPA
Filtros ULPA
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117. Medidas organizativas
No
guardar o consumir comida y bebidas
Prohibir aplicación de cosméticos
Disponer de lavabos para lavarse y promover los hábitos de
utilizarlos
Quitarse la ropa de protección o batas para acceder a otras
áreas
Facilitar duchas y cambio de ropa (prevenir contaminación)
Evitar tocarse la cara u otras partes del cuerpo expuestas
con los dedos contaminados (exposición por ingestión puede
ser consecuencia del contacto entre mano y boca)
Limpiar área de trabajo como mínimo al final de la jornada
laboral (sistemas de aspiración dotados de filtros de alta
eficiencia y sistemas de barrido húmedos).
Reducción del tiempo de exposición.
Limitar al menor número posible los trabajadores expuestos
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118. Otros aspectos importantes
Protecciones
personales
Control de derrames
Vigilancia de la salud
Trabajadores sensibles
Formación e información a los trabajadores
Riesgo de incendio y explosión
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119. Polvos
en procesos a escala industrial de nanomateriales
es un alto riesgo de explosión
El primer caso de explosión de polvo de harina se
produjo en 1785. La última se produjo en 2008 en una
fábrica en la ciudad de Portventvort, Georgia
El encendido de nanomateriales metálicos, tales como
aluminio nanopyli requiere menos energía que 1 mJ
Esto es debido a que se produce por fricción
internanopartículas, una mayor cantidad de electricidad
estática
Estas cargas estáticas acumuladas pueden provocar
explosiones e incendios
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120. Stephen William Hawking (Oxford, 08-01-1942) físico, cosmólogo y
científico británico. Padece una enfermedad motoneuronal
relacionada con la Esclerosis Lateral Amiotrófica (ELA) que ha ido
agravando su estado con el paso de los años, hasta dejarlo casi
completamente paralizado, y lo ha forzado a comunicarse a través de
un aparato generador de voz.
Stephen
Hawking: "El peligro
radica en que nuestro poder para
dañar o destruir el medio
ambiente, o al prójimo, aumenta
a mucha mayor velocidad que
nuestra sabiduría en el uso de ese
poder."
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121. El hombre ha transformado de tal
modo la materia que ha sido
capaz de transformarse a sí
mismo…….,
y de que modo….., sin medir…
CONSECUENCIAS
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