Przyszła pora na rozprawienie się z nanomateriałami. Temat ten wzbudza wiele emocji a zdania wielu osób są podzielone. Dlatego przedstawię informację na ten temat w oparciu o wiedze naukową z dziedziny chemii, fizyki i biologii. Dzięki temu możesz ugruntować swoją wiedzę i zdecydować czy użycie nanomateriałów w tworzonym kosmetyku jest naprawdę potrzebne.
Zgodnie z definicją nanomateriały to grupa materiałów o charakterystycznym wymiarze cząsteczki wyrażanym w nanometrach. Umowną granicą między światami nano i mikrometrów jest wymiar 100 nm.
Powyżej niego cząsteczki nazywane są już mikrocząsteczkami. Co więcej wystarczy, że tylko jeden z wymiarów cząsteczki będzie spełniał ten warunek. I tak sfera, która ma 50 nm średnicy nazywana jest nanosferą a pręcik o grubości 2 nm nanoprętem, nawet jeśli będzie długi na kilka mikrometrów. Rysunek poniżej powinien nieco rozjaśnić tę sytuację.
Wiesz już, jaka jest granica między światem nano i mikrometrów jednak prawdziwa zabawa zaczyna się właśnie tu. Bo ile to właściwie jest 1 nanometr? Odpowiedź jest niby prosta: nanometr to 0.000000001 część metra (jedna miliardowa część metra). Przyznam, że sam nie potrafię wyobrazić sobie metra podzielonego na tyle części. Taka próba jest z gruntu skazana na niepowodzenie gdyż ludzkie oko potrafi dostrzec jedynie coś tak małego jak 0.1 mm. Od tego momentu musielibyśmy jeszcze dalej podzielić nasze ziarenko na 1000 części przedostać się do świata nanomateriałów lub na 100 000 (sto tysięcy) części aby uzyskać 1 nanometr.
Spróbuję więc inaczej. Załóżmy, że jedziemy w podróż, która w dwie strony wyniesie 1000 km. W moim wypadku mógłbym wybrał się nad morze i z powrotem: Gliwice od Gdańska dzieli około 500 km. Aby zobaczyć jak mały jest nanometr „wystarczy” na całej trasie ułożyć ziarna piasku, w jednej linii, sąsiadujące jedno po drugim. Jedno takie ziarno reprezentuje nanometr a cała podróż 1 metr.
W takiej skali granicą świata nanometrów będzie pomarańcza, której średnica wynosi circa 100 mm. Jeśli twoje ziarno piasku zdołasz podzielić teraz na 10 części zobaczysz 1 atom wodoru. W rzeczywistości 10 atomów wodoru ułożonych w linii daje 1 nanometr. Wodór jest przy tym najmniejszym atomem w układzie okresowym pierwiastków.
Podsumowując naszą podróż, nanometr to absurdalnie mało. Rozmiar jest tak mały, że materiały o takim wymiarze mogą bez większych przeszkód przenikać bariery skórne i komórkowe a Jednym z efektów takiego wtargnięcia do organizmu będzie ich bioakumulacja.
Pojedyncza cząsteczka o wielkości np. 10 nm, gdy jest sama wykazuje nietypowe właściwości fizyczne, zupełnie inne niż jej większe odpowiedniki. Niezrozumienie nonomateriałów wynika jednak z ich jeszcze jednej umiejętności: jej dążenia do łączenia się w skupiska.
Pojedyncza nanocząsteczka występuje bardzo rzadko zarówno w przyrodzie jak i zlewce chemika. Podczas ich tworzenia (syntezy) w naszej zlewce mamy ich niezliczoną ilość. Każda taka cząsteczka ma ogromną ilość energii. W swoim nieskoordynowanym tańcu wpadają na siebie nawzajem łącząc się w coraz większe skupiska. Zlepione w ten sposób cząsteczki w liczbie od kilku do kilku tysięcy tworzą tak zwany agregat. Twór taki w dalszym ciągu jest niezwykle mały i trudno wypatrywać go nieuzbrojonym okiem.
Taki agregat staje się bardzo „wytrzymały”, stabilny i trudny do rozbicia na pojedyncze cząsteczki. Jednocześnie jest już mniej aktywny, a przez to, że jest większy jest również gorzej wchłaniany, słabiej zawieszalny w roztworze oraz bardziej zróżnicowany wielkościowo niż pojedyncze cząsteczki.
Agregaty mają tendencje do dalszego łączenia się w aglomeraty, które są już wielkości od ziarnka piasku do tworów wielkości grochu a nawet większe. Przykładem aglomeratu jest zbrylony cukier: łatwo go rozbić i utrzeć. W przypadku aglomeratów powstałych z nanocząstek rozbić możemy je jednak tylko do poziomu agregatów. Uzyskiwanie nanomateriałów przez rozbijanie dużych cząsteczek na mniejsze jest bardzo trudne przez co częściej spotyka się metody, w których nanomateriały powstają w syntezach chemicznych opartych na rozroście cząstek od pojedynczych atomów i jonów.
Jakie jednak są konsekwencje takiego chętnego łączenia się nanonocząstek w większe struktury? Jeżeli w trakcie tworzenia kosmetyku wykorzystujesz suchy materiał możesz mieć pewność, że ma on nie wiele wspólnego z nanocząsteczkami. W myśl definicji będzie to materiał submikronowy lub mikronowy właśnie ze względu na rozmiar agregatów. Jeżeli do produkcji naszego specyfiku wykorzystujemy roztwory wodne lub używamy innego medium, to najczęściej jest to koloid. Tutaj zasada jest taka sama: nanokoloid tak długo pozostanie nanokoloidem dopóki cząsteczki w nim zawarte nie zaczną agregować. Koloid jest jednorodnym roztworem w całej swojej objętości – niekoniecznie musi być przeźroczysty, ale na pewno cząsteczki tworzące go muszą być w nim zawieszone równomiernie, nie mogą opadać i zbierać się na dnie (sedymentować).
Jeśli w używanym roztworze na dnie butelki/zlewki widzisz osad lub zagęszczenie materiału to nie może być tu mowy o koloidzie. Wykorzystując go nie musimy się więc kierować obostrzeniami co do wykorzystania nanomateriałów w kosmetyce.
Agregat jest strukturą wielką w odniesieniu do przenikalności barier skórnych, a materiał w postaci agregatu użyty do kosmetyku wywołać może co najwyżej efekt powierzchniowy bez efektu wgłębnego na naskórek, czy skórę właściwą, chyba że przedostanie się do otwartej rany.
W przypadku gdy mamy do czynienia z prawdziwymi nanocząsteczkami mogą one przekroczyć barierę skórną o ile mają masę mniejszą niż 400 Daltonów. Materiały te mogą jednak dostać się do naszego organizmu również innymi drogami: drogą pokarmową i oddechową.
W przypadku drogi pokarmowej niezależnie od postaci materiału (np. nanosrebro) napotka na swojej drodze soki żołądkowe, specyficzne pH ustroju i enzymy trawienne. Mnogość procesów w jakich mogą uczestniczyć przedostające się do układu trawiennego cząsteczki sprowadza się ostatecznie do gry w kości: czy materiał rozłoży się do postaci jonowej czy może zahamuje mitochondrialny łańcuch oddechowy?
W przypadku drogi oddechowej większe cząsteczki powinny zostać odfiltrowane na drodze do płuc jednak w przypadku nanomateriałów mogą one zostać niewychwycone. Niestety doniesienia naukowe wskazują w takim wypadku na negatywne skutki takiej ekspozycji. Przykładem może być między innymi smog, w którego składzie znajdziesz nanorurki węgla. Uwierz mi, nie chcesz tym oddychać i nie robi to dobrze twoim płucom.
Ze względu na to, że blog ten jednak przede wszystkim poświęcony jest tematyce kosmetyków wrócę do dermalnego wykorzystania nanomateriałów. Mając dostęp do prawdziwego roztworu koloidalnego należy w pierwszej kolejności przyjrzeć się pierwiastkom chemicznym, które go tworzą.
Poniżej, krótko przedstawię jakie właściwości mają popularniejsze nanomateriały.
nanokrzem: pobudza syntezę kolagenu, w przypadku tego materiału nie odnotowano negatywnego odziaływania.
nanozłoto: poza tym, że jest bardzo drogie a jak nie jest to… to pewnie nie ma ze złotem zbyt wiele wspólnego, pobudza regenerację komórkową, poza opróżnianiem portfela nie odnotowano negatywnego oddziaływania.
nanowęgiel: oczyszcza i redukuje zaskórniki, i przy tym materiale należy w szczególności podkreślić, że kształt nanocząsteczki ma ogromne znaczenie. Nanowęgiel może przyjmować formę płatków, które niczym piły tarczowe mogą rozcinać ściany komórkowe. Nanowęgiel w postaci nanodrutów będzie wbijał się w komórki jak w poduszkę na szpilki. Najbezpieczniejszą formą są sfery.
Nanomiedź: biobójcza dla grzybów i bakterii, wykazuje właściwości cytotoksyczne i mutagenne, wywołuje nekrozę komórkową (komórki ludzkie).
Nanosrebro: podobnie jak miedź jest biobójcze dla grzybów i bakterii, ma właściwości cytotoksyczne i mutagenne, również wywołują nekrozę komórkową (tutaj również mowa o komórkach ludzkich). Nanosrebro od nanomiedzi odróżnia przede wszystkim intensywność powyższych odziaływań, miedź działa w tym wypadku silniej i szybciej zarówno na bakterie jak i na komórki ludzkie.
Nanotlenek tytanu: nano TiO2, jest powszechnie stosowanym dodatkiem jako filtr UV, może prowadzić do stresu oksydacyjnego, w przypadku bioakumulacji może mieć działanie mutagenne. Aktualnie Europejski Urząd ds. Bezpieczeństwa Żywności stwierdził, że nie można wykluczyć działania genotoksycznego dwutlenku tytanu, a zatem nie można ustalić akceptowanego, dziennego pobrania (ADI) dla tej substancji. W przypadku produktów kosmetycznych stosowana jest jego forma zabezpieczona dodatkową warstwą glinu lub krzemu przez co nie może on penetrować przez skórę w tym skórę przerwaną. W momencie publikowania tego artykułu nano TiO2 jest uważanie za bezpieczny do zastosowań w kosmetyce, w formie powlekanej nie jest fototoksyczny i nie wywołuje wolnych rodników, chroni skórę przed promieniami UV i zapobiega stresowi oksydacyjnemu. Pamiętaj, że mowa tutaj o nano, natomiast mikrometryczne TiO2 to inna bajka, może nawet jeszcze bardziej bezpieczniejsza.
Istnieje cała gama innych materiałów, ale rzadko stosowanych w kosmetyce, więc nie ma potrzeby ich opisywania. Powyższe zestawienie to krótka analiza efektów wywoływanych na komórki przez danych materiał. Warto jednak zastanowić się, czy w przypadku stosowania dochodzi jeszcze do usunięcia cząstek przez organizm, czy jednak skazujemy się na efekt bioakumulacji.
W przypadku cząstek metalicznych (zasadniczo jest to większość pierwiastków w układzie okresowym pierwiastków) organizm dysponuje ograniczonymi procesami ich usuwania. Procesy te są mało efektywne i powolne przez co nie tak trudno o ich akumulację prowadzącą nawet do zatrucia (np. zatrucie metalami ciężkimi). Cząsteczki uwięzione w ten sposób w naszym ciele sieją ciągłe spustoszenie i zakłócają reakcje biochemiczne. Działanie tych cząstek można przyrównać do działania wolnych rodników z tą różnicą, że wolne rodniki zdecydowanie łatwiej zneutralizować a sam organizm dysponuje mechanizmami ich zwalczania.
Jeżeli decydujesz się stosować nanomateriały w kosmetyce musisz krytycznie ocenić czy ich użycie przyniesie więcej szkody czy pożytku. Pamiętaj, że to co nie zaszkodził nam od razu może ujawnić się po latach wywołując poważne konsekwencje natury zdrowotnej. Weź również pod uwagę, że nanomateriały są często mało poznanymi i w dalszym ciągu badanymi materiałami a skutki ich stosowania mogły nie zostać jeszcze odnotowane.
P.S dodatek nanosrebra do mydła to zły pomysł ponieważ NaOH wchodzi w reakcję z jonami srebra tworząc wodorotlenek srebra (przejściowo), a końcowo daje tlenek srebra. Ten pozostawia niemiły czarny osad, który tworzy wybuchowe reakcje z CO2 i może wywołać eksplozję ługu. Kabum.
