آخرین تحقیقات در زمینه آنالیز آلودگی نانوذرات
تحقیقات اخیر، ارتباط قرار گرفتن در معرض نانوذرات با بیماری آلزایمر، بیماری‌های قلبی عروقی (از جمله بیماری قلبی و سکته)، سرطان، بیماری‌های تنفسی (از جمله آسم) و حتی شرایط روان‌شناختی مانند اوتیسم، افسردگی، اضطراب و موارد دیگر را نشان داده است.
در حالی که دستگاه‌های اندازه‌گیری آلودگی هوا به طور گسترده توسط سازمان‌های سراسر جهان به عنوان استراتژی نظارت بر آلودگی هوا و جمع‌آوری داده‌ها برای آنالیز به منظور اجرای مداخلات برای کاهش آلودگی هوا، پذیرفته شده است، اما این سنجه‌ها نمی‌توانند نانوذرات را به درستی اندازه‌گیری کنند. این مسئله با توجه به رشد روزافزون تحقیقاتی که ارتباط قرار گرفتن در معرض نانوذرات در هوا را با بیماری‌های جدی و مرگ بیان کرده است، بسیار مهم به نظر می‌رسد.
دانشمندان برای مبارزه با این تهدید جدی برای سلامت انسان، در حال توسعه روش‌های آنالیزی هستند که می‌تواند به طور قابل‌اطمینان و دقیق آلودگی ذرات را اندازه‌گیری کند. در این مقاله به‌روزرسانی‌های اخیر در این زمینه مورد بحث قرار می‌گیرد.
تهدید واقعی آلودگی نانوذرات
هشدارهای فعلی در مورد خطرات آلودگی هوا بر تأثیر زیان‌آور قرار گرفتن در معرض ذرات معروف به PM2.5 متمرکز است. این ذرات تقریباً ۳۰ برابر کمتر از یک تار موی انسان ضخامت دارند و اندازه آنها حدود 2500 نانومتر است. تحقیقات بسیاری نشان داده‌اند که چگونه ذرات PM2.5 سلامت را تهدید می‌کنند و ضرورت جلوگیری از این نوع آلودگی هوا را یادآور شده‌اند.
با این حال، نانوذرات، ذراتی به اندازه ۱۰۰ نانومتر یا کمتر، خیلی شناخته شده نیستند. ما در مورد تأثیر نانوذرات به دلیل سختی ردیابی آنها به دلیل کوچک بودن، اطلاعات کمتری داریم؛ اما آنچه که ما می‌دانیم این است که نانوذرات مانند ذرات PM2.5، وارد بدن می‌شوند و به اندام‌های آن نفوذ می‌کنند، که این امر منجر به بیماری و مرگ زودرس می‌شود.
شواهد نشان می‌دهد که گرچه گازهای NOx به عنوان خطرناک‌ترین عامل برای سلامت ما تلقی می‌شوند، اما تنها ۱۴ درصد از مرگ ناشی از آلودگی هوا، با قرار گرفتن در معرض گازهای نیتروژن (مانند نیتروژن دی‌اکسید) مرتبط است. این داده‌ها نشان می‌دهد که نانوذرات می‌تواند به طور قابل‌توجهی در بیماری و مرگ زودرس ناشی آلودگی هوا نقش داشته باشد.
چالش اندازه‌گیری نانوذرات
در سال ۲۰۱۷، دانشمندان دانشگاه ادینبرگ، یکی از اولین آزمایش‌ها را برای تجسم چگونگی نفوذ نانوذرات استنشاق‌شده از هوا به داخل بدن ابداع کردند. پیش از این، کار، بر تعیین ماهیت آلودگی نانوذرات متمرکز شده بود و مطالعات قبلی نشان می‌داد که حداکثر ۹۰ درصد ذرات آلوده‌کننده هوای جاده‌های پرتردد به اندازه نانو هستند.
با آگاهی از اینکه آلودگی نانوذرات هم بیش از حد است و هم برای سلامتی مضر است، تیمی اسکاتلندی در حال انجام آزمایشی است که می‌تواند نحوه رفتار نانوذرات را پس از ورود به ریه‌ها نشان دهد. این تیم با چالش ابداع روشی مواجه شد که نانوذرات موجود در بدن را با وضوح کافی تجسم کند. این کار با توجه به اندازه کوچک ذرات و خطر بالقوه برای افراد شرکت‌کننده در این مطالعه دشوار بود. این تیم تصمیم گرفت تا از نانوذرات طلا استفاده کند تا بر مسئله آسیب رساندن به شرکت‌کنندگان خود غلبه نماید. زیرا طلا به دلیل بی‌اثر بودن آن بی‌خطر است و در بدن واکنش نشان نمی‌دهد و باعث استرس اکسیداتیو نمی‌شود. علاوه بر این، تشخیص طلا در مقایسه با کربن که می‌تواند در بدن در میان سایر بافت‌های وابسته به کربن تغییر شکل دهد، آسان است.
از الکترودها برای ایجاد نانوذرات طلا به اندازه ۲ نانومتر استفاده شد. در مرحله بعد، تیم از موش‌ها استفاده کرد و آنها را وادار به تنفس نانوذرات طلا کرد تا بتواند نانوذرات در داخل بدن آنها ردیابی کند. پس از آن، تیم آزمایشی را بر روی شرکت‌کنندگان انسانی انجام داد. نمونه خون و ادرار ۱۵ دقیقه و ۲۴ ساعت پس از استنشاق این نانوذرات بی‌ضرر، جمع‌آوری شد.
نانوذرات طلا با استفاده از طیف‌سنجی جرمی جفت‌شده القایی با رزولوشن بالا و میکروسکوپ رامان نمایان شدند. نتایج نشان داد که طلا از طریق ریه‌ها به خون و ادرار منتقل شده‌است. این موضوع حتی سه ماه بعد هم نمایان شد و نشان داد که چگونه قرارگیری طولانی مدت در معرض نانوذرات می‌تواند همچنان بر بدن تأثیر بگذارد.
پس از بررسی موش‌ها، تیم متوجه شد که نانوذرات در خون و کبد جمع شده‌اند که این امر توانایی عبور نانوذرات از ریه‌ها و جابجایی در سراسر بدن را نشان می‌دهد. در بررسی‌های بیشتر، مشخص شد که نانوذرات کوچک‌تر می‌توانند به راحتی در بدن حرکت کنند و انتقال برای نانوذرات با قطر کمتر از 10 نانومتر به طور قابل توجهی بالاتر است. به طور کلی، این تیم، ۳۰ نانومتر را به عنوان نقطه برش پیدا کرد، اندازه‌ای که ذرات بزرگ‌تر از آن دیگر قادر به عبور از ریه‌ها نیستند.
آینده آنالیز نانوذرات
در حال حاضر، چندین تکنیک وجود دارد که به طور موفقیت‌آمیز برای سنجش اندازه و ویژگی‌های نانوذرات مورد استفاده قرار گرفته‌اند، مانند پراکندگی نور دینامیکی، سانتریفیوژ دیسک، آنالیز ردیابی نانوذرات، سنجش پالس مقاومتی قابل تنظیم، میکروسکوپ نیروی اتمی و میکروسکوپ الکترونی. با این حال، روش‌هایی که الگوهای غلظت و توزیع نانوذرات در هوا را ردیابی می‌کنند، کمتر ایجاد شده‌اند.
تحقیقات اخیر، توانایی جابجایی نانوذرات در بدن را پس از ورود به ریه‌ها برجسته کرده است احتمالاً این جابجایی با بیماری‌هایی مرتبط است که با قرار گرفتن در معرض آلودگی هوا ارتباط دارد. نیاز مبرم به توسعه تکنیک‌های آنالیزی برای اندازه‌گیری میزان نانوذرات در هوا وجود دارد که هم مقیاس‌پذیر و هم مقرون‌به‌صرفه باشند تا بتوانند به طور گسترده مورد استفاده قرار گیرند.
درباره نویسنده «سارا مور»
سارا کارشناسی روانشناسی، کارشناسی ارشد علوم اعصاب شناختی و بالینی دارد. او پس از مطالعه روانشناسی و علم اعصاب، به سرعت لذت و شادی خود را در تحقیق و نوشتن مقاله‌های تحقیقاتی پیدا کرد. سارا افتخار می‌کند که نزدیک به ۵ سال به عنوان نویسنده، پژوهشگر و ویراستار با تعدادی از صنایع همکاری کرده و مجموعه‌ای از آثار را تولید کرده‌است.