Nanotechnologia to nauka o wytwarzaniu i wykorzystywa­niu materiałów, urządzeń i sys­temów o nowych własnościach i funk­cjach wynikających z ich małej struktury, w skali nano: 1 nanometr (1 miliardowa metra). Do cząstek „nano” można zaliczyć 10 atomów wodoru ułożonych jeden obok drugiego, atom tlenu, czy też małe wirusy.

Technologia ta oferuje rozwiązanie wie­lu bieżących problemów poprzez wyko­rzystanie mniejszych, lżejszych, szyb­szych i bardziej wydajnych materiałów. Oczekuje się również, że wniesie istot­ny wkład w proces rozwiązywania kwe­stii globalnych i w ten sposób przyczyni się do redukcji zużycia zasobów natu­ralnych oraz zmniejszenia emisji zanie­czyszczeń*. Stąd jej dynamiczny rozwój wspierany jest przez Unię Europejską.

W medycynie, opakowaniach i żywności
Preparaty na bazie srebra najważniejsze, a zarazem najszersze zastosowanie znalazły w medycynie. Uważa się, że nanocząstki srebra są silnym antybiotykiem o szerokim spektrum działania, który potrafi znacznie zredukować symptomy i czas trwania każdej infekcji bakteryjnej. Dotychczas najpopularniejsza była sulfadiazyna srebra stosowana miejscowo w formie kremów, żeli i maści na oddziałach oparzeniowych jako środek zapo­biegający infekcjom ran po oparzeniach, trudno gojących się ran pourazowych czy owrzodzeń cukrzycowych. Jedna z firm produkuje preparaty, które zamknięte w lipidowych pęcherzy­kach o średnicy 100 nm (zwanych liposomami) krążą znacz­nie dłużej w krwiobiegu, podejmując próby leczenia postaci mięsaka Kaposiego występującej w zaawansowanym stadium AIDS. Tlenek glinu w formie nanoskopowej stosowany jest jako paliwo rakietowe w postaci tzw. „metalizowanego żelu”.

Z badań przeprowadzonych przez współpracujących z Insty­tutem Chemii Przemysłowej naukowców z Politechniki Łódz­kiej wynika, że dodatek 2% nanokrzemionki z nanosrebrem do materiału polimerowego pozwala uzyskać tworzywo, które zabija 96% bakterii gronkowca złocistego. Z kolei dodatek nanomiedzi powoduje, że kompozyt polimerowy wykazuje sil­ne właściwości grzybobójcze. Podobną skuteczność osiągają nanocząsteczki srebra – w 95% niszczą bakterie Staphylo­coccus aureus, Escherichia coli, Staphylococcus epidermidis i Pseudomonas aeruginosa, a prawie w 100% degradują grzyby Candida albicans i Aspergillus niger – czyli najczęściej wy­stępujące i najbardziej niebezpieczne dla zdrowia człowieka.

Nanokompozyty o takich właściwościach mogą zatem zrewo­lucjonizować wyposażenie piekarni, bowiem uzyskane tworzy­wo będzie można zastosować np. jako powłokę pokrywającą powierzchnię, urządzenia i maszyny wykorzystywane w pro­dukcji. Wyeliminuje to konieczność stosowania środków bak­teriobójczych. Zainteresowani wynalazkiem powinni być też producenci sprzętu AGD – nanonapełniacze mogą posłużyć do uszlachetnienia materiałów wykorzystywanych w produkcji sprzętu, np. wnętrze lodówki pokryte powłoką z nanokompo­zytu zapobiegnie rozwojowi pleśni i bakterii. Również produ­cenci opakowań mogą skorzystać z tej innowacji. Niewielki dodatek nanokrzemionki sprawia, że folia do pakowania żyw­ności wykazuje silne właściwości biobójcze, zatem pakowa­na w nią żywność może być znacznie dłużej przechowywana i pozostanie świeża.

Opakowania
Ważnym kierunkiem rozwoju i zastosowania nanotechnologii jest wykorzystanie ich do doskonalenia biodegradowalnych materiałów opakowaniowych. Istnieją także folie do żywno­ści z wbudowanymi nanorurkami węglowymi, które posiadają właściwości antybakteryjne, zwłaszcza w stosunku do bak­terii Escherichia coli.

Nanocząsteczki obecne w materiale opakowaniowym mogą wiązać i utrzymywać bioaktywne składniki żywności, takie jak: prebiotyki, probiotyki, witaminy czy flawonoidy. Umożli­wia to przedłużanie ich trwałości, a stopniowe uwalnianie ich do produktu pozwala na utrzymanie jego wysokiej wartości bio­logicznej przez cały okres przydatności produktu do spożycia.
Rozwój nanotechnologii pozwolił również na wytworzenie i wbudowanie w struktury materiałów opakowaniowych na­nosensorów, które umożliwiają wykrywanie psucia się żyw­ności opakowanej, przez ich reakcje barwne z produktami powstającymi podczas niepożądanych przemian zachodzących w przechowywanych produktach. Zastosowanie nanosenso­rów pozwala na wykrywanie w znacznie krótszym czasie ani­żeli analiza klasyczna obecności patogenów w opakowanym produkcie spożywczym.

W przemyśle spożywczym znalazły zastosowanie także nano­emulsje, których używa się do produkcji śmietany o zreduko­wanej zawartości tłuszczu czy lodów i czekolady o obniżonej kaloryczności. Jest też jadalna celuloza typu „nata de coco” stosowana w żywności dietetycznej. Ma ona nieco galareto­watą, żelową konsystencję i jest wytwarzana dzięki bakteryj­nej fermentacji wody kokosowej. Obecnie „nata de coco” jest podstawą wielu komercyjnie produkowanych deserów. Wdra­ża się również nanokapsułki, głównie liposomy i mikrosfery.

Duże znaczenie ma fakt, że technologia produkcji nanona­pełniaczy jest tania i stosunkowo nieskomplikowana. Koszt produkcji kilograma nanokrzemionki z nanosrebrem to nieco ponad 100 zł. W sytuacji gdy zaledwie kilkuprocentowy doda­tek wystarczy, by w odpowiedni sposób zmienić właściwości tworzyw, wpływ na ostateczny koszt jest niewielki. Istotne jest również to, że proces produkcji udoskonalonych tworzyw może być prowadzony na dotychczas wy­korzystywanych liniach produkcyjnych.

Bezpieczeństwo stosowania
Wraz z powstaniem nowej technologii pojawiły się pytania dotyczące jej bez­pieczeństwa. Jeżeli bowiem właściwości fizyczne opracowanych nanomateriałów różnią się od ich masowych odpowiedni­ków, czy nie mogą one stanowić zagro­żenia dla człowieka zarówno podczas ich stosowania, jak i przy wytwarzaniu lub utylizacji? Aktualnie nie ma na to pyta­nie jednoznacznej odpowiedzi. Po pierw­sze, toksyczność sama w sobie może być pożyteczna np. w terapii przeciw­nowotworowej. Należy także pamiętać, że często zależy ona od dawki oraz spo­sobu podania środka. Po drugie, jeśli toksyczność jest znana, wszelkie pro­cedury postępowania i pakowania mogą być tak dopracowane, aby zminimalizo­wać ryzyko niepożądanego działania, podobnie jak w przypadku materiałów niebezpiecznych.

Nanotechnologie mogą stwarzać nowe możliwości, ale również nowe zagro­żenia. Wykorzystanie nanomateriałów nie jest wolne od ryzyka zdrowotnego, powiązanego z wielkością cząsteczek, które mogą przenikać do różnych ko­mórek organizmu człowieka, kumulować się w nich i wywoływać różne, nieznane dotąd schorzenia (najbardziej narażone mogą być mózg i krew).

Normatywy higieniczne dla srebra w Polsce i na świecie
Obecnie w Polsce obowiązują następują­ce wartości najwyższych dopuszczalnych stężeń (NDS) srebra [51]: n srebro – frak­cja wdychalna [7440-22-4] – 0,05 mg/m3, n związki nierozpuszczalne srebra – w przeliczeniu na Ag – 0,05 mg/m3, związki rozpuszczalne srebra – w prze­liczeniu na Ag – 0,01 mg/m3. Normatywy te zostały ustalone w 1983 r. i opierają się na obserwacjach przeprowadzonych u 27 pracowników, u których po 5-let­nim narażeniu na srebro metaliczne i jego związki nierozpuszczalne w stę­żeniu 0,11 mg/m3 wystąpiły objawy srebrzycy w postaci niewielkich prze­barwień przegrody nosowej i oczu. Wy­mienione stężenie uznano za progowe. Wartość dla związków rozpuszczalnych przyjęto na podstawie uzasadnienia war­tości ustalonej przez ekspertów Amery­kańskiego Stowarzyszenia Higienistów Przemysłowych (American Conference of Governmental Industrial Hygienists). Wyniki licznych badań wskazują także, że nanosrebro stwarza znikome zagro­żenie dla środowiska, gdyż w czasie oczyszczania ścieków ulega przekształ­ceniu w niemal nierozpuszczalną sub­stancję zwaną siarczkiem srebra.

Nowe możliwości
Mimo że nanotechnologia jest młodą dziedziną nauki, rozwija się dynamicznie. Dotychczas przeprowadzone badania z użyciem nanomateriałów potwierdzi­ły, że można je stosować, tworząc nowe produkty. Wykonane w 2013 r. analizy wykazały, że liczba przedsiębiorstw, które prowadziły działalność nano­technologiczną, wyniosła 48, a działal­ność badawczą i rozwojową w dziedzi­nie nanotechnologii – aż 123 (z tego 34 przedsiębiorstwa), wielkość nakła­dów wewnętrznych poniesionych na tego typu działalność wyniosła 161,7 mln zł, ze sprzedaży wyrobów nanotechnolo­gicznych przedsiębiorstwa uzyskały kwo­tę w wysokości 279,0 mln zł, zatrud­nionych było w nich 569 osób. Znaczna część firm jest wspierana przez dotacje z Unii Europejskiej. Dzięki tak dużej licz­bie osób zajmujących się tą dziedziną opracowanie metod wdrażania nowych nanomateriałów oraz możliwość kon­troli ich właściwości fizykochemicznych przez dobór parametrów procesu po­zwala na ich praktyczne zastosowanie oraz adaptację do zmiennych potrzeb rynkowych.

Marzena Zacharska, technolog żywności, specjalista ds. żywienia