Här byggs säkra nanomaterial från scratch
Konstruerade nanomaterial är ett betydande genombrott inom materialdesign och materialutveckling. Deras omfattning, exakta arkitektur och konstruktion ger dem egenskaper som gör dem lämpliga för olika områden som medicin, elektronik, förpackningar, livsmedel, energi och luft- och rymdfart. Förhållandet mellan deras exakta design och deras beteende i biologiska system och i miljön har gjort att nanomaterial nu anses kunna konstrueras med inbyggd säkerhet. Det konceptet skulle i hög grad kunna prägla utvecklingen av nanomaterial så att de blir maximalt förmånliga för problemlösning och produktutveckling och toxicitetsriskerna blir minimala för människor och miljö.
Ingen mer tidsfördröjning mellan produktion och screening av nanomaterial
Just nu arbetar man vanligen med nanomaterial på ett sätt som bygger på partiproduktion och konventionell screening in vivo och in vitro. ”Nanomaterial som produceras partivis lagras och transporteras till det ställe där det ska screenas. Detta har emellertid sina sidor. Först och främst åldras nanomaterialet med tiden, och många av dess egenskaper har redan förändrats när det väl genomgår screening. Vidare går det åt mycket ansträngning, tid och resurser till hela metoden”, berättar Andrew Nelson, samordnare för det EU-finansierade projektet SABYDOMA. Man har därför i SABYDOMA utvecklat en alternativ metod för att designa säkrare nanomaterial, genom att upprätta plattformar med hög genomströmning där nanomaterial kan tillverkas och sedan screenas för toxicitet direkt på produktionsstället. Då behöver man inte vänta på att nanomaterialen ska transporteras iväg för bedömning, och både produktionen och säkerhetsscreeningen rationaliseras och påskyndas.
Avancerad teknik ger stöd för nanomaterial med inbyggd säkerhet
”SABYDOMA hanterar de potentiella problemen med giftiga nanomaterial redan i förväg, genom att koppla en nyskapande screeningplattform med hög genomströmning till en produktionsenhet för nanomaterial online. Vår plattform använder fysiokemiska och biologiska sensorelement, där de signaler som bildas används för att kontrollera omdesign och produktion av säkra men ändå fungerande nanomaterial i en återkopplingsslinga”, framhåller Nelson. ”Plattformarna stöds av datorsimulationer med en modell för prediktiv kontroll, som gör förutsägelser av hur nanomaterialet beter sig i framtiden.” Projektteamet använder olika screeningplattformar för att screena de fysiska, kemiska och toxikologiska parametrarna parallellt. De är direkt anslutna till produktionslinjen och skickar resultaten av screeningtesten tillbaka till den. Det blir då möjligt att justera parametrarna för produktionslinjen för nanopartiklar för att öka säkerheten. En av screeningmodulerna är en mikrofluidisk plattform som fungerar som verktyg för toxicitetsscreening inline, inom linjen. Den består av en mikrofluidisk patron med ett analyschip med mikrohål som har ett tunt genomskinligt membran av kiselnitrid ovanpå. De aktuella däggdjurscellerna placeras på kiselnitridmembranet med sina hundratals mikrohål, och sedan tillförs testämnet genom mikrofluidiska kanaler till cellerna. Om det föreligger en biologisk effekt ändrar cellerna beteende och struktur, vilket övervakas genom olika ändpunktsmätningar. Åtskilliga mål in vitro (varav vissa som utvecklats i projektet HISENTS) har också använts i andra screeningplattformar, vars reaktioner på nanomaterial kombineras till ett toxicitetsvärde.
Inbyggd säkerhet: det ultimata målet med nanoteknik
”I nya användningsområden för nanoteknik kommer man alltid att ta hänsyn till nanomaterialens toxicitet, på samma sätt som nyskapande kemikalier måste granskas rutinmässigt innan de används till några procedurer eller tillämpningar”, påminner Nelson. ”Genom SABYDOMA:s inlinemetod blir det möjligt med nanomaterial som är inbyggt säkra och även inbyggt hållbara, och att tillverka säkrare kemikalier och läkemedel, vilket minskar behovet av efterföljande tester. En sådan viktig innovation förebygger inte bara möjliga faror utan får också fart på produktionsprocessen, minskar tillverkningskostnaderna och minimerar avfallet i den cirkulära ekonomin.”
Keywords
SABYDOMA, nanomaterial, screening, toxicitet, inbyggd säkerhet, produktionslinje, inline, modell för prediktiv kontroll
