Чтение онлайн

Рис. 79. Структура наногибридного композиционного материала: 1 – предварительно полимеризированный наполнитель (около 0,7 нм); 2 – наполнитель на основе бариевого стекла (0,4 мкм); 3 – наполнитель на основе диоксида кремния (20–50 нм)

Изолированные друг от друга неагломерированные частицы значительно повышают содержание наполнителя в материале (по объему – 71,4 %, по весу – 87 %). При этом увеличение содержания наполнителя и снижение его дисперсности до нанометрического размера обеспечивают:

• высокие прочностные (антиизносные) свойства (высокая долговечность);

• снижение полимеризационой усадки;

• превосходную полируемость;

• повышение эстетических свойств и светостабильности.

Кроме того, нанокомпозиционные материалы обеспечивают оптимальный баланс рабочих характеристик (свойств) материала: снижение объема полимеризационной матрицы; низкую прилипаемость материала к инструменту; легкость моделирования (формирования и пакуемости при реставрации зубов) и другие преимущества по сравнению с обычными материалами.

К сожалению, в этой области главенствующую роль занимают импортные материалы, хотя появляются и отечественные аналоги, а также собственные разработки.

Можно привести множество других примеров, подтверждающих, что в целом российская медицина имеет все потенциальные возможности для широкого внедрения нанотехнологий как зарубежных, так и отечественных производителей.

Например, российская компания ООО «РА» разработала аппарат для мембранного лечебного и/или донорского плазма-фереза и гемосорбции АМПлд-ТТ «ГЕМОФЕНИКС» и плазмо-фильтр «РОСА» на основе новейших мембранных технологий.

Плазмаферез является не только высокоэффективным, но и наиболее физиологичным, безопасным, доступным и относительно недорогим методом лечения. Разработанное оборудование предназначено для устранения последствий воздействия на организм человека отрицательных токсических факторов. Клинические исследования показали высокую эффективность применения данного оборудования в терапии многих острых, хронических и профессиональных заболеваний, в акушерстве и гинекологии, перинатологии, онкологии, хирургии, педиатрии, в лечении наркомании и алкоголизма, медицине катастроф, при массовых отравлениях.

Академик Российской академии медицинских наук (РАМН), главный акушер-гинеколог России Владимир Николаевич Серов высоко оценивает роль экстракорпоральных методов в комплексной терапии акушерских осложнений, эфферентной терапии в оказании медицинской помощи беременным, роженицам, новорожденным.

Не только ведущие специалисты из 94 лечебных учреждений страны, но и зарубежные ученые-медики подтвердили эффективность методики лечебного мембранного плазмафереза в оказании медицинской помощи. При этом отмечается, что отечественные медицинские учреждения остро нуждаются в установке такого оборудования для экстракорпоральных методов лечения.

Медицинские нанотехнологические исследования также развиваются стремительными темпами. При этом уже сейчас полученные на подопытных животных результаты обещают значительные перспективы в лечении людей.

В средствах массовой информации рассказывается об исследовании так называемых реликтовых бактерий, относящихся к плейстоценовому периоду (возраст 30–35 тыс. лет), которые были обнаружены при бурении арктических скважин и прекрасно сохранили свою жизнеспособность.

Исследования, проведенные в научно-образовательном центре «Биокосные системы криосферы Земли» Тюменского государственного нефтегазового университета на опытных мышах, показали, что эти бактерии способны наделять организмы млекопитающих своей уникальной жизнестойкостью.

По словам доктора медицинских наук, профессора, заместителя председателя президиума Тюменского научного центра СО РАН Юрия Геннадьевича Суховея, уже прошли успешные исследования влияния препаратов, выделенных из этих реликтовых бактерий, на теплокровных животных. В результате подопытные мыши, которые должны были бы давно умереть, прекрасно ориентируются в пространстве, мышечная сила у них увеличилась в 5-10 раз, при этом они продолжают интенсивно размножаться.

В настоящее время готовится переход на клинические исследования влияния разработанных препаратов на человеческий организм. Для восстановления, заживления и регенерации тканей будут созданы особые гели и мази, для других целей – инъекции или специальные биостимуляторы.

Если к нанотехнологиям отнести эти и подобные исследования, а также достижения в генной инженерии, результаты вообще окажутся фантастическими, но в целом это уже другое направление, которое потребует написания отдельной книги, которую должны выпустить специалисты в данной области.

Как уже отмечалось ранее, к медицинским нанотехнологическим исследованиям и созданию нового лабораторного и клинического оборудования на основе нанотехнологий также необходим комплекс мероприятий по привлечению молодых специалистов и повышению квалификации (обучению) уже работающего персонала клиник и больниц.

При этом, конечно, нельзя говорить о том, что у нас в стране полностью отсутствуют высшие учебные заведения, где уже готовятся медицинские кадры в области нанотехнологий. Таких вузов более десятка, и их количество постоянно увеличивается.

Следует отметить, что мир населен самыми разными (биологического и небиологического вида) объектами наноразмерного уровня (не более 100 нм хотя бы в одном измерении). В основном, все они достаточно недружественны для нашего организма. К ним относятся и вирусы, и обыкновенная сажа, присутствующая в отработавших газах дизельных двигателей, и наночастицы износа автомобильных шин, и даже обыкновенная нить паутины, представляющая собой жгут из множества переплетенных нановолокон.

Многие специальные медицинские исследования выявили, что наночастицы с размерами, позволяющими им достигать наиболее чувствительных тканей легких, вызывают воспаление. Так, Джон Джеймс (John James) из Космического центра Джонсона (Johnson Space Center) NASA в Хьюстоне и его коллеги вводили наночастицы в дыхательные пути мышей и затем наблюдали за ними в течение трех месяцев. Фуллерены не вызывали явных повреждений тканей, но углеродные нанотрубки влияли на работу легких и провоцировали смерть нескольких животных.

Как отмечает научное издание Science Daily, установлено, что даже воздух, окружающий нас, часто содержит частицы, которые вредны для здоровья человека. Особенно разрушительны для ДНК частицы, находящиеся в воздухе метро, считает Ханна Карлссон (Hanna Karlsson), ученая из Karolinska Institutet (Швеция). По ее мнению, частицы, содержащиеся в кислороде стокгольмской подземки, оказывают на ДНК человека более сильное воздействие, нежели частицы из автомобильных выхлопов. Исследование показало, что воздух в метро наполнен частицами железа, которые образуются вследствие трения колес о рельсы. Наибольший вред человеческому организму они наносят при попадании в легкие, в результате чего в клетках организма образуются свободные радикалы. Свободные радикалы – это быстро-движущиеся молекулы, которые как раз и наносят наибольший вред ДНК человека. При этом, как отмечает Карлссон, повреждение клетки, нанесенное радикалами, может быть устранено самой клеткой, однако если оно остается «невылеченным», это увеличивает риск заболевания раком.

Нанотехнологии несут в себе ряд реальных и потенциальных опасностей. Так, в 2002 году американское Агентство по защите окружающей среды (EPA), NASA и международная неправительственная группа по защите прав человека в технологическую эру (ETC Group) в результате совместного исследования заявили, что вдыхание нанотрубок, которому случайно подверглась группа астронавтов, привело к заболеванию легких. Такие углеродные трубки весьма похожи по негативному воздействию на обычную сажу. Кроме того, наночастицы могут легко проникать в клетки через поры стенок и накапливаться в органах.

Поэтому при работе с наноматериалами рекомендуется использовать специальные средства защиты органов дыхания и рук. Учитывая высокую проникающую способность наночастиц, кожные покровы целесообразно защищать специальными кремами, создающими буферные слои на поверхности.

Аналогичные частицы возникают в результате трения автомобильных шин об асфальт и также приводят к различным воспалительным заболеваниям в организме.

В отличие от промышленных и автотранспортных выбросов, загрязняющих атмосферу, выбросы мобильной сельскохозяйственной техники распространяются, хотя и неравномерно, на все обрабатываемые площади. При этом загрязняющие вещества попадают в атмосферу на высоте до 4 м от уровня почвы, что повышает их экологическую опасность.

На первом месте по количественному содержанию и степени отрицательного воздействия на человека, животный и растительный мир стоят газообразные выбросы мобильной техники. В глобальном масштабе автотракторным парком в мире выбрасывается в атмосферу 20–27 млн т оксида углерода, 2–2,5 млн т углеводородов, 6–9 млн т оксида азота, 200–230 млн т оксида углерода (IV), а также до 100 тыс. т сажи. В Российской Федерации только дизелями тракторов и комбайнов выбрасывается свыше 5 млн т вредных веществ в год.

Наиболее опасны сажа, бензапирен, оксиды азота, альдегиды, оксид углерода (II) и углеводороды. Степень их воздействия на человеческий организм зависит от концентрации вредных соединений в атмосфере, состояния человека и его индивидуальных особенностей.

Одно из первых мест в общем уровне токсичности занимает сажа, так как, во-первых, ее выбросы значительны (определяют повышенную дымность) и достигают по массе 1 % от расхода топлива, во-вторых, она выступает в роли накопителя полициклических ароматических углеводородов (ПАУ). Выбросы сажи дизелем 6Ч 15/18 в смену достигают 1,2–1,6 кг, а дизелем 6Ч 13/14 – до 3 кг. Наличие сажи в отработавших газах (ОГ) приводит к появлению неприятных ощущений, загрязненности воздуха и ухудшению видимости. Частицы сажи высокодисперсны (диаметр – 50-180 нм, масса – не более 10-10 мг), поэтому они долго остаются в воздухе, проникают в дыхательные пути и пищевод человека. Подсчеты показывают, что частицы сажи размером до 150 нм могут находиться в воздухе во взвешенном состоянии около восьми суток. Если относительно крупные частицы сажи размером 2-10 мкм легко выводятся из организма, то мелкие (размером 50-200 нм) задерживаются в легких и вызывают аллергию.

Высокое содержание сажи (20–90 %) обычно для частиц в ОГ дизельных двигателей. Частицы сажи сформированы в так называемой газовой стадии и вызваны неполным процессом сгорания. При этом частицы меньше 50 нм, обнаруживаемые в дизельной эмиссии, в основном образованы из серы, которая все еще входит в состав дизельного топлива.

Касаясь важнейшей проблемы защиты человека и окружающей среды, следует рассматривать не столько возможные негативные последствия, сколько положительное влияние, которое нанотехнологии могут оказать на развитие окружающей среды и здоровье человека.

Рассматривая экологическую проблему больших городов, отдельных помещений и целых городских массивов, следует еще раз вспомнить работы А. Л. Чижевского. В 1933 году им было экспериментально установлено, что направленный поток аэроионов убивает микроорганизмы и осаждает пыль из воздуха, очищая его от основных загрязнений.

Полученные Чижевским опытные результаты и созданный им прибор по искусственной генерации легких ионов кислорода воздуха отрицательной полярности (электроэффлювиального аэроионизатора – знаменитая люстра Чижевского) нашли применение в современной медицине (аэроионотерапия), сельском хозяйстве, промышленной и бытовой гигиене. Во многих офисных помещениях можно встретить достаточно простые приборы, основанные на данном принципе, которые создают эффект горного воздуха и помогают людям справляться с многочисленными экологическими проблемами больших городов.

На аналогичных принципах в настоящее время разрабатываются устройства синтеза озона (с размерами частиц 1,5 нм в коронном электрическом разряде) непрерывного действия, используемые для поточной технологии очистки и обеззараживания рециркуляционного и внутреннего вентиляционного воздуха в системах микроклимата животноводческих помещений. Эти устройства позволяют снизить энергозатраты до 60 %, улучшить экологию внутри и вне зданий животноводческих ферм и повысить продуктивность животных на 5-10 %.