Grandes retos del siglo XXI

En cuanto a la persistencia, debe subrayarse que en algunos casos el organismo no tiene mecanismos para enfrentar la presencia de nanomateriales manufacturados y destruirlos o desecharlos, por lo que se acumulan y sus efectos se hacen evidentes a largo plazo.

Como se mencionó, los efectos de los nanomateriales son aún muy pobremente conocidos. En ambientes laborales la inhalación de nanoobjetos como vía de exposición es una de las más probables y frecuentes, por lo que su estudio ha propiciado algunos trabajos cuyos resultados indican que algunas nanopartículas pueden atravesar diversas barreras del organismo y acumularse en órganos como los pulmones, el cerebro, el hígado, la médula espinal y los huesos, causando efectos tóxicos de naturaleza pulmonar, cardiaca, reproductiva o renal. 20

Tampoco hay claridad sobre el origen de la toxicidad de los nanomateriales manufacturados. En algunos casos puede deberse simplemente a su morfología; los nanotubos de carbono muestran efectos similares a las fibras de asbesto simplemente por la similitud de sus formas. En otros casos, los efectos se deben a las propiedades químicas de sus superficies, cuya actividad es proporcional a la superficie que el nanoobjeto presenta para posibles interacciones. En estos casos, la “intensidad” de la presencia de nanopartículas no depende directamente de la masa o del volumen de éstas sino de su “área superficial” entendida como la magnitud de la superficie que presenta el nanoobjeto en cuanto a su reactividad. Un nanoobjeto poroso tiene una mayor área superficial que uno con superficie lisa, por lo cual esta porosidad le confiere un alto potencial para la actividad química.

Con la finalidad de afrontar de manera armonizada el reto de la seguridad de nanomateriales manufacturados en el ámbito global, la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económico ha establecido el grupo de trabajo Working Party for the Manufactured Nanomaterials (WPMN) dedicado al desarrollo de documentos sobre el tema con la contribución de expertos de los países miembros.

Como parámetros fisicoquímicos importantes para la seguridad de los nanomateriales manufacturados, este grupo ha identificado los siguientes: tamaño y distribución de tamaño, área superficial, estado de agregación o aglomeración y reactividad superficial. Debe notarse que estos parámetros inciden de forma directa sobre la toxicidad intrínseca de los nanomateriales manufacturados; sin embargo, aún no está madura alguna metodología general que relacione sus propiedades fisicoquímicas con su toxicidad. Una tendencia es apoyar esta relación con la cantidad de especies reactivas de oxígeno (ROS, siglas en inglés de Radical Oxygen Species), pero los resultados aún no son concluyentes.

Entonces, con información sobre la toxicidad intrínseca de los nanoobjetos, el siguiente paso es la determinación de valores máximos aceptables de concentración de cada especie de nanomaterial manufacturado en los ambientes laborales y las condiciones sobre la vía de exposición. Ante la insuficiencia de información sólida sobre los efectos de los nanomateriales, aún no se ha podido determinar de manera consensuada, armonizada, los valores mencionados.

La salud es un componente esencial de un programa efectivo de salud y seguridad ocupacionales. Las propiedades físicas y químicas de los nanomateriales, el crecimiento de las nanotecnologías en los lugares de trabajo y la información actual sugieren que la exposición a algunos materiales nanomanufacturados puede ocasionar efectos adversos a la salud en los animales de laboratorio, lo que puede extrapolarse a los trabajadores potencialmente expuestos a estos materiales. De aquí que es importante generar un sistema que recopile los datos de los estudios que se realicen sobre los efectos de los nanomateriales y sirva como guía para elaborar las regulaciones apropiadas para establecer los límites permitidos.

MEDICIONES CONFIABLES PARA TOMAR DECISIONES

En concordancia con la prioridad del wpmn-ocde acerca de los parámetros fisicoquímicos de nanomateriales manufacturados por determinar, hay avances considerables en la determinación de tamaño de la nanopartícula y su distribución. México está desarrollando una infraestructura para ello en el Centro Nacional de Metrología, cuyos resultados obtenidos hasta ahora se han expuesto a variados ejercicios internacionales de comparación entre laboratorios organizados en el contexto del Programa Asia Pacífico para la Metrologia (APMP, siglas en inglés de Asia-Pacific Metrology Program) y del Proyecto Versailles Project on Advanced Materials and Standards (VAMAS).

Conceptualmente, la medición en la nanoescala no es diferente de las mediciones en la escala macroscópica: se obtienen experimentalmente valores que pueden atribuirse razonablemente a una magnitud. A fin de lograr que las mediciones sean uniformes, esos valores deben ser consistentes con una referencia convenida para esa magnitud.

En este caso, se identifica a la magnitud con el tamaño de las nanopartículas, esto es, alguna de sus dimensiones, en cuyo caso la referencia es la definición de metro como la unidad de longitud acordada en el sistema internacional de unidades. 21

Por tanto, el acto de medir implica hacer un experimento cuyo resultado sea el valor de la longitud que razonablemente pueda atribuirse al tamaño de la nanopartícula, con referencia al metro. La dificultad estriba en las ocho o nueve órdenes de magnitud que existen entre el tamaño del metro y el tamaño de las nanopartículas. La dificultad se agrava cuando se requiere que tales mediciones sean hechas en el ámbito industrial, en donde es necesario medir de manera expedita y a bajo costo.

Una manera de superar esta dificultad, al menos parcialmente, es que la relación con la referencia se haga a través de varias etapas, que conforman lo denominado como cadena de trazabilidad, esta última definida como 22 propiedad de un resultado de medida por la cual el resultado puede relacionarse con una referencia mediante una cadena ininterrumpida y documentada de calibraciones, cada una de las cuales contribuye a la incertidumbre de medida.

Figura 2. Cadena de trazabilidad de mediciones de longitud.

La figura 2 ilustra la cadena de trazabilidad para mediciones de longitud, cuyo origen o referencia es la definición de metro, implementada mediante un patrón nacional y tantos otros como sean necesarios en un instituto nacional de metrología con responsabilidades para el efecto; en el caso mexicano, es el Centro Nacional de Metrología. Éste, a su vez, disemina las características metrológicas a laboratorios para que finalmente las mediciones realizadas con las industrias estén relacionadas a la definición del metro. Los patrones pueden tomar diversas formas incluida la de materiales de referencia certificados. 23

No es asunto sencillo implementar cadenas de trazabilidad cuando las mediciones de longitud en la industria están en la nanoescala. Por ejemplo, para fines regulatorios sobre nanomateriales manufacturados, la Unión Europea ha recomendado la siguiente definición: 24 “Nanomaterial: material natural, incidental o manufacturado que contiene partículas libres, o como agregados o aglomerados, que contribuyan por lo menos con 50% de la distribución de tamaño en número, y con una o más dimensiones en el intervalo de 1 nm a 100 nm”.

De hecho, la referencia citada contiene una amplia discusión sobre las dificultades para implementar la definición recomendada por los retos que plantea para los sistemas de medición y la interpretación de los resultados, entre los que incluye la dificultad de convertir resultados experimentales a distribuciones de tamaño de partículas de materiales polidispersos con suficiente exactitud, y la de contar partículas en el extremo inferior del intervalo, de 1 nm a 10 nm, con las técnicas de medición validadas disponibles.