Nghiên cứu khoa học đánh giá rủi ro khi tiếp xúc với hạt nano bạc từ xịt kháng khuẩn có chứa hạt nano bạc

Nghiên cứu này đánh giá nguy cơ tiếp xúc với hạt nano bạc (AgNP) từ thuốc xịt kháng khuẩn có chứa AgNPs. Sử dụng một buồng mô phỏng tiếp xúc làm cài đặt cho thí nghiệm, các thiết bị khác nhau, bao gồm bộ lọc hạt lưu động quét (SMPS), máy đếm hạt ngưng tụ (CPC), máy theo dõi bụi và bộ lọc este xenlulo hỗn hợp (MCE), được kết nối với buồng để đo mức độ phơi nhiễm của AgNPs khi sử dụng thuốc xịt. Để đánh giá rủi ro tiềm ẩn đối với người tiêu dùng, phương pháp tiếp cận biên độ phơi nhiễm (MOE) đã được sử dụng để đánh giá rủi ro trong đó MOE được tính toán được so sánh với MOE mục tiêu. Khi đánh giá rủi ro của thuốc xịt kháng khuẩn đối với phơi nhiễm qua đường hô hấp bằng MOE, xịt toàn bộ và xịt vào máy điều hòa không khí đều dẫn đến mức độ rủi ro cao với MOE nằm trong khoảng từ 59 đến 146, thấp hơn nhiều so với mức có rủi ro là >1000, trong khi một số lần xịt cho thấy MOE 2049 không có- mức độ lo ngại rủi ro. Mức độ tiếp xúc qua da với một lớp quần áo được ước tính là 2–50 μ g / kg / ngày với MOE từ 20.000 đến 500.000. Do đó, các kết quả hiện tại cho thấy khả năng tiếp xúc với đường hô hấp có nguy cơ cao với AgNP được giải phóng khi sử dụng thuốc xịt kháng khuẩn.

Giới thiệu

Sự an toàn của các sản phẩm chứa vật liệu nano bạc vẫn là một trở ngại cho việc thương mại hóa công nghệ nano. Tiêu chuẩn quốc tế (ISO TS 13830) “Hướng dẫn dán nhãn tự nguyện cho các sản phẩm tiêu dùng có chứa các vật thể nano được sản xuất” đã được phát triển trong ISO TC 229 (công nghệ nano) để cho phép người tiêu dùng lựa chọn sáng suốt khi mua và sử dụng [ 1 ]. Trong khi tiêu chuẩn ghi nhãn ban đầu đề xuất bao gồm các phần tử giải phóng vật liệu nano nếu vật liệu nano được sản xuất được phát hành trong vòng đời sản phẩm, đề xuất này hiện không khả thi do thiếu công nghệ để phát hiện sự giải phóng vật thể nano trong vòng đời sản phẩm. Do đó, tiêu chuẩn ghi nhãn hiện tại chỉ liệt kê các đối tượng nano bạc được sản xuất có trong một sản phẩm.

Một nỗ lực hợp tác quốc tế khác nhằm tiêu chuẩn hóa phép đo các hạt nano được giải phóng từ một sản phẩm là Chương trình Sản phẩm Tiêu dùng Nanorelease do ILSI (Viện Khoa học Đời sống Quốc tế) tổ chức. Chương trình có 3 giai đoạn: (1) lựa chọn vật liệu nano, (2) đánh giá phương pháp, và (3) nghiên cứu liên phòng với một nhóm thử nghiệm liên phòng [ 2 ]. Sau khi xem xét 24 vật liệu nano, MWCNTs trong polyme được xác định là vật liệu nano ưu tiên hàng đầu. Các phương pháp đo lường khác nhau và các kịch bản phơi nhiễm / phát hành đã được xem xét trong các hội thảo khác nhau. Do đó, một số nghiên cứu liên phòng hiện đang được tiến hành để phát triển và hoàn thiện phương pháp [ 2 ].

Theo dõi ứng dụng mở rộng của vật liệu nano, danh mục sản phẩm tiêu dùng được tạo ra bởi dự án về công nghệ nano mới nổi [ 3 ] hiện liệt kê 1.628 sản phẩm, trong đó AgNP được bao gồm trong 383 sản phẩm. Đặc biệt, chức năng kháng khuẩn của AgNPs đã dẫn đến việc chúng được sử dụng rộng rãi trong thuốc xịt, bộ đồ giường, máy giặt, lọc nước, băng vết thương, kem đánh răng, dầu gội và nước rửa, núm vú và bình sữa cho con bú, vải, chất khử mùi, bộ lọc, đồ dùng nhà bếp, đồ chơi, chất xúc tác quang , và máy tạo ẩm. Do đó, khả năng người tiêu dùng tiếp xúc với AgNPs ngày càng tăng.

Thuốc xịt kháng khuẩn được sử dụng trên nhiều loại bề mặt, bao gồm bồn rửa, bồn cầu, thiết bị gia dụng, điều hòa không khí, bàn và ghế. Do đó, AgNPs trong thuốc xịt kháng khuẩn có thể được tìm thấy trong không khí hoặc trên các bề mặt, có nghĩa là người tiêu dùng có thể tiếp xúc qua đường hô hấp hoặc qua da. Ngoài ra, AgNPs phun vào bồn cầu, bồn rửa, bồn tắm có thể xâm nhập vào hệ thống nước và cuối cùng ảnh hưởng đến các sinh vật sống trong môi trường nước [ 4 ]. Trong khi thuốc xịt kháng khuẩn được quy định bởi FIFRA (Đạo luật về thuốc diệt côn trùng liên bang, thuốc diệt loài gặm nhấm) ở Hoa Kỳ và đạo luật về chất diệt khuẩn ở EU, nhiều nơi khác trên thế giới không có quy định cụ thể.

Theo đó, báo cáo này mô phỏng việc sử dụng bình xịt chứa AgNP trong một hệ thống buồng để đánh giá mức độ phơi nhiễm AgNP qua đường hô hấp và qua da. Các tác động đến sức khỏe con người khi tiếp xúc với AgNPs qua đường hô hấp và qua da do sử dụng thuốc xịt cũng được đánh giá.

Vật liệu và phương pháp

1. Thuốc xịt kháng khuẩn

Hai loại bình xịt kháng khuẩn có chứa AgNP đã được sử dụng, trong đó các thành phần được liệt kê trên lon bao gồm hương thơm, AgNP và hương. Các bình xịt của Công ty A và Công ty B lần lượt chứa 0,08  μ g / g và 1,1  μ g / g (Ag). Lượng Ag trung bình này được liệt kê trong Bảng 1

2. Buồng mô phỏng tiếp xúc và giám sát sol khí thời gian thực

Kích thước của buồng mô phỏng phơi sáng là 1.800 mm × 700 mm × 700 mm và nó được làm bằng acrylic, như trong Hình 1 . Để tạo điều kiện thuận lợi cho các phép đo khác nhau, chẳng hạn như số lượng hạt AgNP, phân bố kích thước và nồng độ khối lượng, tất cả các bộ lọc SMPS, CPC, màn hình bụi và MCE đều được kết nối với buồng mô phỏng tiếp xúc. SMPS kết hợp giữa máy phân tích độ linh động vi sai (DMA, 4220, HCT Co., Ltd., Icheon, Korea) và CPC (4312, HCT Co., Ltd.) được sử dụng để theo dõi sự phân bố kích thước hạt với đường kính độ linh động điện từ 7,37-289,03 nm, trong khi màn hình bụi (Model 1,109, Grimm) được sử dụng để quan sát sự phân bố kích thước hạt có đường kính khác nhau, 0,25-32  μ m. CPC khác (3775, TSI Co., Ltd., 1–10 ⁷hạt / cm ³ , phạm vi phát hiện) cũng được sử dụng để theo dõi nồng độ , trong khi bộ lọc MCE được sử dụng ở các khu vực lân cận và gần đó để lấy mẫu cá nhân và khu vực.

Xịt kháng khuẩn được áp dụng cho máy điều hòa không khí trong 15 giây và trong 10 phút tiếp theo, bao gồm cả 15 giây xịt, máy điều hòa không khí không được sử dụng. Sau đó, máy điều hòa không khí đã được bật trong 50 phút. Toàn bộ thí nghiệm diễn ra trong một giờ và được lặp lại ba lần. Mỗi thí nghiệm lặp lại được thực hiện trong một buồng mô phỏng sạch sẽ, nơi CPC không quan sát thấy hạt nào.

3. Lấy mẫu không khí

Mẫu không khí được lấy bằng cách hút không khí qua bộ lọc MCE trong các băng lấy mẫu (0,45  μm, bao gồm đệm đỡ 37 mm) thu được từ SKC Inc. Tổng hạt lơ lửng (TSP) sau đó được đo, tiếp theo là phân tích thành phần kim loại của TSP và phân tích thành phần kim loại. Các mẫu khu vực được thu thập từ sàn buồng và cao hơn 30 cm bằng cách sử dụng máy bơm lấy mẫu MSA (Escort Elf pump, Zefon International Inc., USA) với tốc độ dòng chảy 2,07–2,17 L / phút. Xịt kháng khuẩn được áp dụng cho máy điều hòa không khí trong 15 giây và trong 10 phút tiếp theo, bao gồm cả 15 giây xịt, máy điều hòa không khí không được sử dụng. Sau đó, máy điều hòa không khí đã được bật trong 15 phút. Toàn bộ thí nghiệm diễn ra trong 25 phút và được lặp lại ba lần. Mỗi thí nghiệm lặp lại được thực hiện trong một buồng mô phỏng sạch sẽ, nơi CPC không quan sát thấy hạt nào.

4. Ước tính mức độ phơi nhiễm qua da

Để ước tính mức độ phơi nhiễm qua da, các băng lọc MCE được đặt trong buồng để lấy mẫu thụ động mà không có dòng bơm. Sau đó, các bộ lọc được phân tích nồng độ Ag của chúng, như được mô tả trong Phần 2.5 , được biểu thị bằng μ g / cm ² / phút.

5. Phân tích kim loại

Sau khi phân hủy ướt, nồng độ lọc của kim loại dư được phân tích bằng máy quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) được trang bị lò than chì Zeeman (GF, pinAAcle 900T, Perkin Elmer, Waltham, MA) dựa trên Viện Quốc gia về An toàn và Sức khỏe Nghề nghiệp (NIOSH) ) Phương pháp thủ công 7302 [ 7 ]. Các bộ lọc được phân hủy trong lò vi sóng (CEM MARS Xpress, Matthews, NC) trong 60 phút ở 120 ° C với sự có mặt của axit nitric và axit pecloric với tỷ lệ 4: 1. Sau đó, các mẫu được để nguội và phân tích. bởi AAS / GF. LOD và LOQ cho phân tích AAS Ag lần lượt là 0,098 và 0,323 ppb.

6. Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM)

TEM, bao gồm một máy phân tích tia X phân tán năng lượng (EDS), được sử dụng để đo các hạt nano dựa trên phương pháp phân tích NIOSH 7402 [ 8 ]. Các hạt nano trên bộ lọc được gắn trên lưới TEM (lưới đồng) và được hiển thị dưới kính hiển vi điện tử truyền phát xạ trường (FE-TEM, JEM2100F, JEOL, Nhật Bản). Các hạt được đo ở độ phóng đại 100000 và các hạt nano được phân tích bằng máy quang phổ tia X phân tán năng lượng (EDS, TM200, Oxford, Vương quốc Anh) ở điện áp gia tốc 75 kV.

7. Phân tích rủi ro

Phương pháp tiếp cận MOE được sử dụng để đánh giá rủi ro, trong đó MOE được tính toán được so sánh với MOE mục tiêu. Do đó, khi MOE được tính toán nhỏ hơn MOE mục tiêu, điều này thể hiện mức lo ngại rủi ro, trong khi khi MOE được tính toán lớn hơn MOE mục tiêu, điều này thể hiện mức lo ngại không có rủi ro. Trong nghiên cứu này, MOE mục tiêu được đặt ở mức 1000. = POD / liều lượng (NOAEL) / nồng độ phơi nhiễm, trong đó POD là điểm xuất phát độc tính theo liều lượng ước tính mà con người sẽ tiếp xúc và NOAEL là không-quan-sát-bất-lợi-mức-độ. Trong nghiên cứu này, POD là 133  μ g / m ³ dựa trên NOAEL từ một nghiên cứu hít vào động vật phụ điện tử AgNP trong phòng thí nghiệm [ 5]. Trong một nghiên cứu độc tính cấp tính trên da trước đây dựa trên Hướng dẫn Kiểm tra OECD 402, AgNPs không gây ra bất kỳ dấu hiệu bất thường hoặc tử vong nào lên đến 2.000 mg / kg và không có phát hiện tổng thể bất thường nào được báo cáo cho bất kỳ nhóm nào được điều trị khi bị hoại tử [ 9 ]. Trong một thử nghiệm độc tính qua da lặp lại 28 ngày khác dựa trên Hướng dẫn xét nghiệm 410 của OECD, NOAEL là 1.000 mg / kg đã thu được. Do đó, để ước tính nguy cơ AgNP trên da, nghiên cứu này sử dụng NOAEL là 1.000 mg / kg. Để tính toán tổng mức phơi nhiễm mỗi ngày, mức phơi nhiễm tối đa mỗi ngày được đặt là bốn giờ trong trường hợp xấu nhất dựa trên tình huống sử dụng mô phỏng của chúng tôi (phun 15 giây, sấy 10 phút và sử dụng 10 phút). Hệ số hấp thụ qua da được đặt là 0,01 [ 10 ], diện tích bề mặt cơ thể cho một người trưởng thành được đặt là 1,5 m ², và trọng lượng cơ thể được đặt ở mức 70 kg [ 11 ]. Mức giảm 50% được giả định trong trường hợp chỉ có một lớp quần áo dựa trên hướng dẫn phơi nhiễm thay thế PHED đại diện của EPA Hoa Kỳ [ 12 ]. Do đó, sự tiếp xúc qua da hàng ngày như sau:

Tiếp xúc qua da / kg / ngày = (nồng độ tiếp xúc qua da x diện tích bề mặt x thời gian tiếp xúc) x (hệ số hấp thụ qua da) / trọng lượng cơ thể

Kết quả

1. Hít phải Tiếp xúc với AgNPs từ Phun

Nồng độ Ag được đo sau khi sử dụng các lần phun từ Công ty A và Công ty B (15 giây phun, tổng thời gian lấy mẫu 25 phút) và Công ty B.1 (10 phút phun, tổng thời gian lấy mẫu là 25 phút). Nồng độ Ag cho thuốc xịt từ Công ty A, Công ty B, Công ty B.1 là , và μ g / m ³ , tương ứng. MOE cho các lần phun từ Công ty B và Công ty B.1 lần lượt là 146 và 59, cho thấy mức độ rủi ro. Tuy nhiên, MOE đối với việc phun từ Công ty A là 2049, cho thấy mức độ lo ngại không có rủi ro (Bảng 1 ).

2. Sự phân bố kích thước hạt và nồng độ số lượng trong quá trình sử dụng thuốc phun

Nồng độ số hạt đối với lần phun từ Công ty A dao động từ 5.901,6 đến 365.500 hạt / cm ³ khi đo bằng CPC và từ 1.703,3 đến 9.521,8 hạt / cm ³ khi đo bằng máy theo dõi bụi sau 25 phút tiếp xúc mô phỏng, và nồng độ dần dần giảm đến 100 phút (Hình 2 (a) ). Sự phân bố kích thước hạt nằm trong khoảng từ 10 nm đến 200 nm, cho thấy cực đại ở 30 nm, khi được đo bằng SMPS (Hình 2 (b) ).

Trong khi đó, nồng độ hạt đối với thuốc phun từ Công ty B dao động từ 23.952,1 đến 582.100 hạt / cm ³ khi đo bằng CPC và từ 5.152,8 đến 9.843,3 hạt / cm ³khi đo bằng thiết bị theo dõi bụi sau 25 phút tiếp xúc mô phỏng, và nồng độ giảm dần đến 100 phút (Hình 3 (a) ). Sự phân bố kích thước hạt nằm trong khoảng từ 10 nm đến 200 nm, cho thấy một đỉnh ở 40 nm, khi được đo bằng SMPS (Hình 3 (b) ). Cuối cùng, nồng độ số hạt đối với chất phun từ Công ty B.1 dao động từ 16.331,8 đến 1.908.000 hạt / cm ³ khi được đo bằng CPC sau 25 phút tiếp xúc mô phỏng, và nồng độ giảm dần đến 100 phút (Hình 3 (c) ). Sự phân bố kích thước hạt nằm trong khoảng từ 10 nm đến 200 nm, cho thấy đỉnh ở 40 nm, khi được đo bằng SMPS (Hình 3 (d) ).

Hình 4 (a) cho thấy sự khác biệt về phân bố kích thước hạt khi sử dụng thuốc phun từ Công ty B.1: Đỉnh 10–20 nm sau 15 giây phun, 40 nm sau 10 phút phun và 80 nm sau 20–30 phút phun. Hình 4 (b) cho thấy sự phân bố kích thước hạt khi sử dụng chất phun từ Công ty B: đỉnh 30 nm sau 15 giây phun, 60 nm sau 10 phút sau khi phun, và 80 nm ở 20–30 phút sau khi phun. Hình 4 (c) cho thấy sự phân bố kích thước hạt khi sử dụng chất phun từ Công ty A: đỉnh 30 nm sau 15 giây phun, 50 nm sau 10 phút sau khi phun, và 50 nm ở 20–30 phút sau khi phun. Các hạt bị bắt trong bộ lọc MCE được phân tích bởi TEM-EDS cho thấy AgNP phân tán bao gồm Ag với một số thành phần Zn và Si (Hình 5), cho thấy bình xịt Ag kháng khuẩn có chứa các hạt khác.

3. Da tiếp xúc với AgNPs từ thông qua đường phun

Mức độ tiếp xúc của da với AgNPs khi phun toàn bộ và trong 25 phút mô phỏng (15 giây phun; 19 phút làm khô; 15 phút thông gió) đối với phun từ Công ty B lần lượt là và μ g / cm ² / phút. MOE khi sử dụng toàn bộ bình xịt từ Công ty B là 10.000 đối với không có quần áo và 20.000 đối với một lớp quần áo. Đối với mô phỏng 25 phút, MOE cho lần phun từ Công ty B là 125.000 đối với không có quần áo và 250.000 đối với một lớp quần áo, trong khi MOE đối với phun từ Công ty A là 333.333 đối với không có quần áo và 500.000 đối với một lớp quần áo (Bảng 2 ). Do đó, không có tình huống phun AgNP nào thể hiện mức độ rủi ro đối với việc tiếp xúc với da.

Thảo luận về số liệu nghiên cứu

Biết về sự an toàn của các sản phẩm chứa vật liệu nano là một bước quan trọng cho sự phát triển bền vững của công nghệ nano, đặc biệt là khi việc sử dụng chúng đang dần tăng lên. Một số sản phẩm có chứa vật liệu nano đã bị rút khỏi thị trường do lo ngại của người tiêu dùng về các rủi ro an toàn và sức khỏe liên quan đến việc giải phóng vật liệu nano từ các sản phẩm có chứa vật liệu nano.

Việc giải phóng AgNPs từ các sản phẩm tiêu dùng, chẳng hạn như vải bít tất hoặc đồ nội thất gia đình, đã được đánh giá [ 13 , 14 ]. Kết quả là, việc giải phóng nano-Ag dao động tới 45 microgam trên mỗi sản phẩm và các phần nhỏ kích thước lớn hơn và nhỏ hơn 100 nm. Sau khi xem xét 54 nghiên cứu về sự giải phóng vật liệu nano từ vật liệu nano rắn, các bản phát hành thường xuyên là (1) chỉ các hạt ma trận, (2) các hạt ma trận có vật liệu nano nhúng một phần hoặc toàn bộ, (3) vật liệu nano phân ly hoàn toàn khỏi chất nền, và (4) ion hòa tan các dạng vật liệu nano được thêm vào [ 15 ].

Vào năm 2010, US EPA đã công bố một nghiên cứu điển hình về Ag kích thước nano trong thuốc xịt khử trùng và chỉ ra rằng khả năng gây độc cho người và sinh vật nano-Ag phụ thuộc vào mức độ tiếp xúc với nano-Ag và các hợp chất Ag liên quan từ các sản phẩm này, cùng với tổng hợp tiếp xúc với nano-Ag từ các sản phẩm khác có chứa nano-Ag [ 4 ]. Ngoài ra, sau cuộc họp của Ban Cố vấn Khoa học FIFRA vào năm 2009, EPA Hoa Kỳ đã công bố đăng ký có điều kiện cho sản phẩm thuốc trừ sâu HeiQ Material Ag (HeiQ) có chứa nano-Ag như một thành phần hoạt tính. Trong trường hợp này, US EPA đã sử dụng cách tiếp cận MOE và dữ liệu bao gồm hóa học của sản phẩm, số phận và tác động của môi trường, sự phơi nhiễm của con người và độc chất học để đánh giá rủi ro khi tiếp xúc với HeiQ [ 16 ].

Trong bài báo này, mô phỏng phơi nhiễm AgNP với một buồng mô phỏng được thiết lập vì rất khó đánh giá tình trạng phơi nhiễm thực tế khi sử dụng thuốc xịt kháng khuẩn do các ứng dụng sử dụng trong điều kiện khác nhau về thời lượng, cường độ và tần suất. Hơn nữa, không giống như sự phơi nhiễm của người lao động tại nơi làm việc, chẳng hạn như gắn thiết bị lấy mẫu cá nhân vào vùng thở, việc đánh giá mức độ phơi nhiễm đối với người tiêu dùng không phải là việc dễ dàng do những khó khăn trong việc đạt được sự đồng ý về mức độ phơi nhiễm, sắp xếp đánh giá mức độ phơi nhiễm và yêu cầu điều kiện sử dụng thực tế. Do đó, một buồng mô phỏng đã được sử dụng để kiểm soát các biến số cho tình huống phơi nhiễm. Nghiên cứu trong phòng đã đưa ra một số lợi thế trong việc ước tính mức độ phơi nhiễm dẫn đến đánh giá rủi ro. Nó cung cấp một điều kiện thích hợp cho việc phun, bằng cách cho phép đánh giá nồng độ AgNP về số lượng và khối lượng, và đưa ra ước tính chính xác về mức độ tiếp xúc của các hạt nano tránh bị nhiễm bẩn từ các hạt khác trong điều kiện không khí xung quanh. Sử dụng nền tảng buồng mô phỏng, nguy cơ người tiêu dùng tiếp xúc với AgNP khi sử dụng bình xịt kháng khuẩn có thể được đánh giá một cách thích hợp. Ngoài ra, đánh giá rủi ro bằng cách sử dụng phương pháp MOE cung cấp một công cụ có giá trị để ước tính rủi ro phơi nhiễm, không thể xảy ra trong tình huống tiếp xúc thực tế của người tiêu dùng. Hạn chế của nghiên cứu trong buồng này có thể là đánh giá quá cao mức phơi nhiễm khi so sánh với kịch bản thực tế, vì thử nghiệm cung cấp tần suất và cường độ tiếp xúc cao hơn mà không có không khí xung quanh lưu thông.

5. Kết luận

Bài báo này đã sử dụng phương pháp tiếp cận MOE để đánh giá nguy cơ người tiêu dùng tiếp xúc với nano-Ag thải ra từ thuốc xịt kháng khuẩn có chứa AgNPs. Để ước tính mức độ phơi nhiễm qua đường hô hấp và tiếp xúc qua da với AgNPs, thuốc xịt kháng khuẩn được sử dụng trong một buồng mô phỏng và nồng độ trong không khí của AgNPs được đo theo khối lượng và nồng độ số lượng, trong khi mức độ phơi nhiễm qua da được ước tính dựa trên việc lấy mẫu bộ lọc thụ động. Kết quả phơi nhiễm qua da cho thấy không có rủi ro mức độ quan tâm đối với các loại thuốc xịt đã thử nghiệm. Cách thức và phương pháp mô phỏng hiện tại có thể hữu ích để ước tính mức độ tiếp xúc của người tiêu dùng với vật liệu nano.

NANO NNA VIỆT NAM

Nguồn tham khảo: Case Study on Risk Evaluation of Silver Nanoparticle Exposure from Antibacterial Sprays Containing Silver Nanoparticles