Основы появления и развития нанотехнологий и риски, связанные с их использованием

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ГОУВПО «Пермский государственный университет»

Географический факультет

                                                                                          Кафедра биогеоценологии и охраны природы

ОСНОВЫ ПОЯВЛЕНИЯ И РАЗВИТИЯ НАНОТЕХНОЛОГИЙ И РИСКИ, СВЯЗАННЫЕ С ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ

Курсовая работа

Студента 3 курса 3 группы

Шарапова А.В.

Научный руководитель: ассистент

Боронникова Е.А.

Пермь 2010

Оглавление

Введение

Нанотехнологии - детище современной фундаментальной науки, междисциплинарная область деятельности, основанная на достижениях химии, физики, биологии, механики и других классических наук, а также на связанном с закономерной эволюцией этих и других областей исследований прорыве в разработке методов синтеза и анализа веществ и материалов. В этом плане нанотехнологии - зачастую существенное улучшение свойств многих практически важных устройств, но не всеобъемлющий переворот наших знаний, как иногда полагают [6].

Цель – изучение истории возникновения нанотехнологий и рисков, которые возникают в процессе их использования.

Задачи:

1. изучение истории возникновения и развития нанотехнологий;
2. изучение понятий, связанных с нанотехнологиями;
3. определение перспектив рынка нанотехнологий;
4. изучение физико-химических свойств и связанной с этим токсичности наночастиц;
5. изучение перспектив применения нанотехнологий в природоохранной практике.

В настоящее время всё возрастающее внимание во всем мире уделяется перспективам развития нанотехнологий, то есть технологий направленного получения и использования веществ и материалов в диапазоне размеров до 100 нанометров. Особенности поведения вещества в виде частиц таких размеров, свойства которых во многом определяются законами квантовой физики, открывают широкие перспективы в целенаправленном получении материалов с новыми свойствами, такими как уникальная механическая прочность, особые спектральные, электрические, магнитные, химические, биологические характеристики. Такие материалы могут найти и уже находят применение в микроэлектронике, энергетике, строительстве, химической промышленности, научных исследованиях [11].

Примером первого использования нанотехнологий можно назвать – изобретение в 1883 году фотопленки Джорджем Истмэном, который впоследствии основал известную компанию Kodak [11].

 1. Понятие и развитие нанотехнологий

1.1 История развития нанотехнологий

Один нанометр (от греческого «нано» - карлик) равен одной миллиардной части метра. На этом расстоянии можно вплотную расположить примерно 10 атомов. Пожалуй, первым ученым, использовавшим эту единицу измерения, был Альберт Эйнштейн, который в 1905 г. теоретически доказал, что размер молекулы сахара равен одному нанометру [11].

Но только через 26 лет немецкие физики Эрнст Руска, получивший Нобелевскую премию в 1986 г., и Макс Кнолл создали электронный микроскоп, обеспечивающий 15-кратное увеличение, он и стал прообразом нового поколения подобных устройств, позволивших заглянуть в наномир [11].

1932 г. Голландский профессор Фриц Цернике, Нобелевский лауреат 1953 г., изобрел фазово-контрастный микроскоп - вариант оптического микроскопа, улучшавший качество показа деталей изображения, и исследовал с его помощью живые клетки (ранее для этого приходилось применять красители, убивавшие живые ткани) [11].

Днем рождения нанотехнологий считается 29 декабря 1959 г., когда профессор Калифорнийского технологического института Ричард Фейман выступил с лекцией на ежегодной встрече Американского физического общества в Калифорнийском технологическом институте. В этом докладе, названном «На дне много места», он выразил идею «управления и контроля материалов на микроскопическом уровне», подчеркивая, что речь идет не только о миниатюризации, но и о таких возможностях, как размещение всей Британской Энциклопедии на кончике булавки [11].

Хотя Фейман никогда не упоминал понятие «нанотехнологии», он обратил внимание на возможность создания микроскопических приборов и невероятно маленьких компьютеров, которые как хирурги могли бы проникать в наши тела и выполнять определенные задачи [11].

60-е годы. Американский физик Рассел Янг, работавший в Национальном бюро стандартов, придумал пьезодвигатель, применяемый сегодня в сканирующих туннельных микроскопах и для позиционирования наноинструментов с точностью до 0,01 ангстрем (1 нм = 10 A°). В 1968 г. исполнительный вице-президент компании Bell Альфред Чо и сотрудник ее отделения по исследованиям полупроводников Джон Артур обосновали теоретическую возможность использования нанотехнологий в решении задач обработки поверхностей и достижения атомной точности при создании электронных приборов [11].

В 1974 г. японский физик Норио Танигучи, работавший в Токийском университете, предложил термин «нанотехнологии» (процесс разделения, сборки и изменения материалов путем воздействия на них одним атомом или одной молекулой), быстро завоевавший популярность в научных кругах [11].

80-е годы. В Цюрихском исследовательском центре IBM физики Герд Бинниг и Генрих Рорер (Нобелевские лауреаты 1986 г. вместе с Эрнстом Руской) создали сканирующий туннельный микроскоп (СТМ), позволяющий строить трехмерную картину расположения атомов на поверхностях проводящих материалов [11]. Трое американских химиков: профессор Райсского университета Ричард Смэлли, а также Роберт Карл и Хэрольд Крото (Нобелевские лауреаты 1996 г.) открыли фуллерены - молекулы, состоящие из 60 атомов углерода, расположенных в форме сферы. Эти ученые также впервые сумели измерить объект размером 1 нм [11].

Герд Бинниг разработал сканирующий атомно-силовой зондовый микроскоп, позволивший наконец визуализировать атомы любых материалов (не только проводящих), а также манипулировать ими [11].

Американский ученый Эрик Дрекслер, работавший в лаборатории искусственного интеллекта Массачусетского технологического института, написал книгу «Машины созидания» («Engines of Creation»), в которой выдвинул концепцию универсальных молекулярных роботов, работающих по заданной программе и собирающих что угодно (в том числе и себе подобных) из подручных молекул. Ученый уже тогда довольно точно предсказал немало грядущих достижений нанотехнологий, и, начиная с 1989 г. его прогнозы сбываются, причем нередко со значительным опережением сроков [11].

В 1987-1988 гг. в НИИ «Дельта» под руководством П. Н. Лускиновича заработала первая российская нанотехнологическая установка, осуществлявшая направленный уход частиц с острия зонда микроскопа под влиянием нагрева [11].

90-е годы. В 1991 г. японский профессор Сумио Лиджима, работавший в компании NEC, использовал фуллерены для создания углеродных трубок (или нанотрубок) диаметром 0,8 нм. На их основе в наше время выпускаются материалы в сто раз прочнее стали [11].

В 1991 г. в США заработала первая нанотехнологическая программа Национального научного фонда. Аналогичной деятельностью озаботилось и правительство Японии. А вот в Европе серьезная поддержка таких исследований на государственном уровне началась только с 1997 г. [11].

В этом же году в Японии запущена программа «Astroboy» по развитию наноэлектроники, способной работать в условиях космического холода и при жаре в тысячи градусов [11].

В 1999 г. американские ученые - профессор физики Марк Рид (Йельский университет) и профессор химии Джеймс Тур (Райсский университет) - разработали единые принципы манипуляции как одной молекулой, так и их цепочкой [11].

2000 г. Немецкий физик Франц Гиссибл разглядел в кремнии субатомные частицы. Его коллега Роберт Магерле предложил технологию нанотомографии - создания трехмерной картины внутреннего строения вещества с разрешением 100 нм. Проект финансировала компания Volkswagen [11].

Правительство США открыло Национальную нанотехнологическую инициативу (NNI). В бюджете США на это направление выделено 270 млн. долл., коммерческие компании вложили в него в 10 раз больше. Реальное финансирование NNI превысило запланированное (422 млн. долл.) на 42 млн [11].

2002 г. Сиз Деккер соединил углеродную трубку с ДНК, получив единый наномеханизм [11].

2003 г. Профессор Фенг Лью из университета Юты, используя наработки Франца Гиссибла, с помощью атомного микроскопа построил образы орбит электронов путем анализа их возмущения при движении вокруг ядра [11].

В последние годы произошел бум нанотехнологических исследований, а также внедрения большого количества разработок в производство. Ежегодно сотни проектов реализуются в ведущих странах мира. Нанотехнологии все увереннее входят в нашу жизнь.

В перспективе ожидается тесный контакт человека и других биологических объектов с наноматериалами, поэтому изучение вопросов потенциальных рисков их использования представляется первостепенной задачей. За рубежом проблема безопасности наноматериалов в настоящее время выдвигается на первый план. Такие исследования проводятся в США Управлением по контролю за качеством пищевых продуктов и лекарственных препаратов – FDA (Food and Drug Administration), Евросоюзе, а также в ряде международных организаций – Всемирной Организации Здравоохранения, Продовольственной и сельскохозяйственной организацией (FAO, Food and Agriculture Organisation),  ILSI (International Life Sciences Institute) [11].

1.2 Понятия, связанные с  нанотехнологиями

Существует порядка десяти типов наночастиц, таких как фуллерены, нанотрубки, наноблоки, неорганические нанокристаллы, пленки Ленгмюра—Блоджетт и др. [12]

В последние два десятилетия в научную лексику стремительно «ворвались» ряд новых слов с префиксом «нано»: наноструктура, нанотехнология, наноматериал, нанокластер, нанохимия, наноразмерный материал, наноколлоиды, нанореактор и т.п. Издается ряд новых журналов, посвященных исключительно этой тематике, появились монографии, в названии которых присутствует префикс «нано», а также «нано»-профилированные институты, кафедры и отдельные лаборатории, проводятся многочисленные конференции. В большинстве случаев новые названия даны давно известным объектам или явлениям. Но есть объекты, которых по-существу не было в арсенале исследователей еще 20 лет назад  и без которых сегодня уже невозможно представить современное развитие науки – это наночастицы во всем их многообразии начиная от фуллеренов, нанотрубок, нанопроводов до квантовых точек и квантовых кораллов [1].

Уменьшение частиц до нанометровых размеров приводит к проявлению в них так называемых «квантовых размерных эффектов». В сфероидальных наночастицах имеет место трёхмерное квантование уровней, что позволяет говорить, в зависимости от состава наночастиц, об образовании «квантовых точек», «квантовых кристаллитов» и других объектов с нулевой размерностью [1].

Одной из главных причин изменения физических и химических свойств малых частиц по мере уменьшения их размеров является рост относительной доли «поверхностных» атомов, находящихся в иных условиях (координационное число, симметрия локального окружения и т.п.), нежели атомы внутри объемной фазы. С энергетической точки зрения уменьшение размеров частицы приводит к возрастанию роли поверхностной энергии [1].

Магнитные наночастицы широко распространены в природе и встречаются во многих биологических объектах. Так, например, высокоупорядоченные квази-одномерные цепочечные ансамбли магнитных наночастиц оксидов железа (Fe3O4 с примесью g-Fe2O3) присутствуют в магнитных бактериях magnetotactic spirillum и играют важную функциональную роль, обеспечивая возможности ориентации бактерий в магнитном поле Земли [1].

Нано-объект - это физический объект исследований (и разработок), размеры которого принято измерять в нанометрах [1].

Нанотехнология – набор технологий и методик, основанных на манипуляции с отдельными атомами и молекулами (т.е. методик регулирования структуры и состава вещества) в масштабах 1-100 нм [2].

Нанотехнология имеет дело как с отдельными нано-объектами, так и с материалами на их основе, а также процессами на нано-уровне. К наноматериалам относятся такие материалы, основные физические характеристики которых определяются содержащимися в них нанообъектами [1].

Наноматериалы делятся на компактные материалы и нанодисперсии; к первым относятся так называемые «наноструктурированные» материалы, т.е. изотропные по макросоставу материалы, повторяющимися элементами, структуры которых являются группировки (области), имеющие размеры нескольких нанометров, иногда десятки нанометров и более; иными словами, наноструктурированные материалы состоят из непосредственно контактирующих между собой нанообъектов. В отличие от этого, нанодисперсии состоят из среды диспергирования (вакуум, газ, жидкость или твёрдое тело), в которой распределены изолированные друг от друга нано-объекты. Расстояние между нано-объектами в нанодисперсиях может меняться в достаточно широких пределах от десятков нанометров до долей нанометра; в последнем случае мы имеем дело с нанопорошками, где нано-объекты разделены тонкими (часто – моноатомными) слоями из лёгких атомов, препятствующих их агломерации [1].

Наночастица – это квази-нульмерный объект, у которого все характерные линейные размеры имеют один порядок величины, как правило, наночастицы имеют сфероидальную форму, если в наночастице наблюдается выраженное упорядоченное расположение атомов, то такие частицы называют нанокристаллитами. К квази-одномерным объектам относятся наностержни, нанопроволоки, в них один характерный размер объекта, по крайней мере, на порядок превышает два другие. К другим типам нанообъектов относят нанодиски, нанокораллы и т.д [1].

1.3. Современный уровень и прогноз развития нанотехнологий

Эксперты аналитической компании RNCOS попробовали взглянуть, что будет с рынком нанотехнологий в ближайшие четыре года. По их мнению, до 2013 года объем рынка нанотехнологий будет расти, в среднем, на 20% ежегодно. При этом рынок товаров, произведенных с использованием нанотехнологий, будет расти вдвое быстрее и к 2013 году достигнет объема в 1,6 трлн долларов. Согласно прогнозу, наибольшие темпы роста рынка будут наблюдаться в Азиатско-тихоокеанском регионе. Совокупный среднегодовой темп роста там составит около 52% за исследуемый период. На втором месте по темпам роста будут находиться страны Европы. Также аналитики указывают на перспективы роста рынка нанотехнологий в России, Китае и Индии [7].

Признанный авторитет в области изучения мирового рынка нанотехнологий – компания Lux Research – оценивает увеличение совокупного объема всей продукции с использованием нанотехнологий от 1,4 трлн. долл. в 2007 до 4,0 трлн. долл. в 2015 году. В отличие от сформировавшихся, развивающиеся нанотехнологии не основаны на известных ранее процессах и материалах. Масштабы данного сектора в настоящее время оцениваются в 147-149 млрд. долл. и 3,1 трлн. долл. к 2015 г. Рынок сформировавшихся технологий начнет постепенно сворачиваться до 0,9 трлн. долл. к 2015 г. [4]

В развитых странах разрабатываются, утверждаются и постоянно дополняются концепции, связанные с разработкой, развитием и внедрением нанотехнологий. В США в 2000 году была утверждена национальная нанотехнологическая инициатива. В 2001 году в Японии была завершена разработка плана «Нанотэк для нового общества» [2].

Сегодня Россия значительно отстает от мировых нанотехнологических лидеров - США, Японии, стран Евросоюза по абсолютным показателям развития науки, технологий, степени промышленного освоения и коммерциализации разработок наноиндустрии. Россия более чем в 10 раз уступает США по числу нанотехнологических центров. Её доля в числе международных нанотехнологических патентов составляет менее 0,2%. Несмотря на то, что фундаментальные, поисковые исследования и разработку нанотехнологий, а также образовательную деятельность в сфере наноиндустрии в настоящее время в России осуществляют около 250 организаций и около 60 российских организаций производят и реализуют продукцию наноиндустрии, Россия все еще значительно уступает США по общему числу научных статей в области наноматериалов и нанотехнологий, числу международных патентов в области нанотехнологий и умению инкорпорировать нанотехнологические прорывы в новое производственное оборудование и готовые продукты [16].

На реализацию государственной политики в области развития наноиндустрии нацелена государственная корпорация "Российская корпорация нанотехнологий", созданная в соответствии с Федеральным законом от 19 июля 2007 г. № 139-ФЗ [5].

Нанотехнологии открывают широкие перспективы для повышения коэффициента полезного действия существующих установок, использующих природную энергию. На замену фреонам, разрушающим озоновый слой, могут прийти нанотехнологичные вещества. Также нанотехнология позволяет надеяться на создание веществ, которые могли бы заменить хлорсодержащие пластики, при сжигании которых в мусоросжигающих установках образуются загрязняющие окружающую среду диоксины, и создать высокочувствительные биодатчики, позволяющие измерять и контролировать уровень содержания загрязняющих веществ в окружающей среде. Кроме того,  на замену в двигателях внутреннего сгорания могут прийти водородные топливные элементы. Развитие таких процессов сдерживалось их низкой эффективностью. Однако химики научились создавать новые кристаллические формы (наноуглеродные трубки), способные адсорбировать значительные количества водорода [2].

2. Физико-химические свойства наночастиц

2.1. Особенные свойства наночастиц

Наночастицы и наноматериалы обладают комплексом физических, химических свойств и биологическим действием, которые часто радикально отличаются от свойств этого же вещества в форме сплошных фаз или макроскопических дисперсий. Эта специфика наноматериалов определяется известными законами квантовой физики. В наноразмерном состоянии можно выделить следующие физико-химические особенности поведения веществ:

• увеличение химического потенциала веществ на межфазной границе высокой кривизны. Вследствие этого существенно изменяется растворимость, реакционная и каталитическая способность наночастиц и их компонентов;
• большая удельная поверхность наноматериалов. Очень высокая удельная поверхность (в расчете на единицу массы) наноматериалов увеличивает их адсорбционную емкость, химическую реакционную способность и каталитические свойства. Это может приводить, в частности, к увеличению продукции свободных радикалов и активных форм кислорода, и далее к повреждению биологических структур (липиды, белки, нуклеиновые кислоты, в частности, ДНК);
• небольшие размеры и разнообразие форм наночастиц. Наночастицы, вследствие своих небольших размеров, могут связываться с нуклеиновыми кислотами (вызывая, в частности, образование аддуктов ДНК), белками, встраиваться в мембраны, проникать в клеточные органеллы и, тем самым, изменять функции биоструктур. Следует обратить внимание на то, что наночастицы могут не вызывать иммунный ответ. Процессы переноса наночастиц в окружающей среде с воздушными и водными потоками, их накопление в почве, донных отложениях могут также значительно отличаться от поведения частиц веществ более крупного размера;
• высокая адсорбционная активность. Из-за своей высокоразвитой поверхности наночастицы обладают свойствами высокоэффективных адсорбентов, то есть, способны поглощать на единицу своей массы во много раз больше адсорбируемых веществ, чем макроскопические дисперсии. Возможна, в частности, адсорбция на наночастицах различных контаминантов и облегчение их транспорта внутрь клетки, что резко увеличивает токсичность последних. Многие наноматериалы обладают гидрофобными свойствами или являются электрически заряженными, что усиливает как процессы адсорбции на них различных токсикантов, так и их способность проникать через барьеры организма;
• высокая способность к аккумуляции. Возможно, что из-за малого размера наночастицы могут не распознаваться защитными системами организма, не подвергаются биотрансформации и не выводятся из организма. Это ведет к накоплению наноматериалов в растительных, животных организмах, а также микроорганизмах, передаче по пищевой цепи, что, тем самым, увеличивает их поступление в организм человека [13].

Совокупность изложенных факторов свидетельствует о том, что наноматериалы могут обладать совершенно иными физико-химическими свойствами и биологическим (в том числе токсическим) действием, чем вещества в обычном физико-химическом состоянии, в связи с чем, они относятся к новым видам материалов и продукции, характеристика потенциального риска которых для здоровья человека и состояния среды обитания во всех случаях является обязательной [13].

2.2. Токсичность наночастиц

Имеющиеся в настоящее время в небольшом количестве исследования в области токсичности наночастиц указывают на то, что наноматериалы могут быть токсичными, тогда как их эквивалент в обычной форме в этой же концентрации безопасен. Показано, что даже однократная ингаляция углеродных нанотрубок вызывает у экспериментальных животных воспалительный процесс в легочной ткани с последующим некрозом клеток и развитием фиброза, что, возможно, в дальнейшем способно привести к раку легких [13].

• Наноматериалы обладают нейротоксичностью, в том числе, по-видимому, за счет прохождения через гематоэнцефалический барьер, вызывая окислительный стресс в клетках мозга;
• кардиотоксичность и гепатотоксичность наноматериалов также определяется развитием окислительного стресса и воспалительной реакции, что приводит к апоптозу и некрозу клеток;
• имеются отдельные сведения, что наночастицы могут усиливать ответы на аллергены [13].

Возрастает число разработок т.н. «нанопищи», то есть использования некоторых нутриентов (главным образом жирорастворимых витаминов, макро- и микроэлементов, биологически активных веществ) в виде наночастиц или в комплексе с инертными наноматериалами – носителями с целью обогащения как продуктов массового потребления, так и специализированных продуктов питания для профилактики алиментарно-зависимых состояний у населения [13].

Однако эффективность использования в питании человека продуктов, содержащих наночастицы пищевых веществ, в настоящее время практически не изучена. Это обусловливает необходимость оценки биодоступности и усвояемости компонентов пищевых продуктов, получаемых нанотехнологическим путем [13].

Токсичность наноматериалов, согласно имеющимся литературным данным, обусловлена, в первую очередь, развитием окислительного стресса и повреждением ДНК, что может приводить к развитию воспалительной реакции, апоптозу и некрозу клети. Нельзя исключать, однако и наличия других механизмов токсичности наноматериалов, связанных, в частности, с их повреждающим действием на клеточные мембраны и органеллы, усилением транспорта потенциально токсичных компонентов через барьеры организма, а также возможной генотоксичностью и аллергезтрующим действием [13].

Токсикологическая  концепция  наночастиц  на  сегодняшний  день  базируется  на  относительно  систематическом изучении  10 типов частиц: оксиды алюминия,  титана,  цинка, железа,  диоксид кремния, селенид кадмия, наночастицы золота,  серебра,  дендримеры,  углеродные  наночастицы  (наноалмазы,  фуллерены, нанотрубки) [3].

Особенные свойства наночастиц обусловлены рядом их физико-химических свойств, которые могут проявляться, например, в высокой дисперсности наночастиц, чрезвычайно высокой кривизне поверхности наночастиц, громадной удельной поверхности, избыточной свободной  поверхностной энергии наночастиц и др. [3].

Особенные  свойства  наночастиц,  в свою очередь, ведут к качественным изменениям  физико-химических  свойств, таких как  температура плавления и  затвердевания;  давление  паров;  растворимость;  адсорбционная активность; возможность активации молекул в электростатическом поле наночастиц; изменение  реакционной  способности  и  характера кинетики химических процессов и т.д. [3]

Ожидается, что при уменьшении размера может изменяться  температура  кипения,  плавления,  летучесть  и  растворимость  компонентов нанокомпозитов, следовательно, будет увеличиваться биологическая активность. Биологическая активность  наночастиц  может  пропорционально увеличиваться с ростом удельной поверхности  наночастицы,  а удельный заряд  частиц  может  сильно  влиять  на реакционную  способность  наночастицы,  каталитическую активность, физико-химические  свойства  (летучесть,  растворимость, устойчивость наносистем) [3].

Изучение относительной реакционной способности  и  каталитической  активности в модельных реакциях, имитирующих биохимические  процессы  в  организме, возможно в реакциях перекисного окисления  липидов  по  относительной  инициирующей  или  ингибирующей  способности наночастиц  в  радикально-цепных реакциях перекисного окисления углеводородов,  сложных  эфиров,  спиртов [3].

Особенность скрининговых реакций  in  vitro то,  что  обычно в них проводятся исследования клеток и клеточных  культур  от  восьми  репрезентативных  органов,  которые  могут  быть подвержены  воздействию  при  экспозиции  наночастицами  перорально,  ингаляционно  и  парентерально.  При  этом наблюдаются такие явления, как оксидативный  стресс, воспаление, иммунотоксичность,  цитотоксичность,  генотоксичность [3].

При  исследовании  общей  токсичности  наночастиц  меди,  диоксида  титана, нанотрубок,  политетрафлюороэтилена  в реакциях  in  vivo  обнаружены  летальные эффекты  при  внутрижелудочном,  интратрахеальном,  ингаляционном  введениях. Отмечены изменения в биохимических, физиологических и морфологических показателях крови при исследовании наночастиц  оксида  алюминия,  диоксида  кремния, диоксида  титана,  квантовых точек,  дендримеров,  фуллеренов,  нано-волокон. Эффекты  оксидативного стресса,  воспаления,  эффекты  площади поверхности,  наноэффекты,  вновь  возникшие/отставленные эффекты, механизмы  клиренса,  изучались  для  наночастиц Al2O3, CeO2, CuO,  Fe2O3, NiO,  TiO2, ZnO, дендримеров, наночастиц  золота, много- и однослойных нанотрубок [3].

Эффекты  кожной  абсорбции и местного накожного действия изучались для квантовых точек, наночастиц железа и серебра [3].

В экспериментах было установлено, что наночастицы диоксида титана могут  вызывать  патоморфологические  изменения  в  печени  и  почках,  изменения показателей  АЛТ,  АСТ,  альбумин-,  фермент- и глюкозурию [3].

Одними из первых объектов с уникальными свойствами, которые известны с давних времен, являются металлические наночастицы и образуемые ими нанокластеры. Среди всех металлических наноматериалов следует выделить наночастицы золота и серебра [19].

Коллоидное золото известно еще с древности и использовалось в лечебных целях. С XX века золото стало применяться в изучении оптических и фрактальных свойств, механизмов агрегации и стабилизации коллоидов, биологии и медицине, физике и аналитической химии, гистохимии. Тип и способ модификации поверхности наночастиц золота оказывает воздействие на развитие токсического эффекта in vitro, а также на функциональную активность макрофагов [19].

Изучение токсичности наночастиц золота на эмбрионах показало, что эмбриотоксические свойства сильнее проявляются у наночастиц размером 0,8 нм, чем 1,5 нм. В то же время тератогенный эффект характерен вне зависимости от их размера [19].

Наночастицы серебра размером 5-50 нм обладают сильной антибактериальной и цитотоксической активностью in vitro по отношению к гепатоцитам крыс. Механизм развития токсичности связан с окислительным стрессом, нарушением функций митохондрий и увеличением проницаемости мембраны. Токсичность наночастиц серебра зависит от используемых клеточных линий in vitro и включения наночастиц в дендримеры [19].

Наночастицы железа. Были проведены широкомасштабные исследования воздействия наночастиц железа на мышей, крыс, крупнорогатый скот, птиц, рыб, некоторые растительные объекты. Так, острое пероральное введение мышам суспензии наночастиц железа в дозе 50, 100 и 500 мкг/кг не вызывало каких-либо токсических эффектов. Только дробное введение доз 1000, 2000 и 5000 мкг/кг приводило к развитию воспалительного процесса на слизистой желудка и кишечника, а также сдвигов в гемопоэзе [19]. Хроническое воздействие наночастицами железа в дозах 20 и 40 мкг/кг в течение 90 дней не приводило к значимым отклонениям от биохимических и гематологических показателей контрольной группы. Кроме того, было показано, что дозы 2 – 6 мкг/кг стимулируют рост животных, бактерицидную активность сыворотки крови и увеличение общего белка в крови. 
Предпосевная обработка семян нанопорошками железа в концентрации 0,001% положительно влияла на энергию прорастания, однако увеличение концентрации до 0,01 % приводило к подавлению прорастания. Была рассчитана оптимальная доза предпосевной обработки (2-6 мг на 1 га), дающей от 5 до 30% повышения урожайности и улучшения товарного вида растительной продукции [19].