Makale

Karasal Bitkiler Üzerindeki Tehdit: Nanopartiküller

Şule Nur Karavuş Nanoteknoloji boyutları 1-100 nanometre arasında olan farklı tür maddeleri inceleme, modelleme, ölçüm ve düzenlemeyi esas alan bilim dalıdır. Son...

· >

Şule Nur Karavuş

Nanoteknoloji boyutları 1-100 nanometre arasında olan farklı tür maddeleri inceleme, modelleme, ölçüm ve düzenlemeyi esas alan bilim dalıdır. Son yirmi yılda nanoteknoloji alanındaki gelişmeler sürekli bir ivme ile büyük bir yol kat etmiştir. Elde edilen birikime rağmen, bu teknolojinin hala keşif aşamasında olduğu ve daha da büyüyeceği öngörülmektedir. Sürekli artan endüstriyel talebi karşılamak için nano boyutta malzemeler yüksek miktarlarda üretilmektedir. Bu durum, çevre bilimi araştırmalarını nanomalzemelerin ekolojik etkilerini incelemeye yönlendirmiştir. Yapılan çeşitli araştırmalarda nanopartiküllerin ekosistemler ve bu sistemler üzerinden dolaylı olarak gıda zinciri üzerindeki bazı toksik etkileri bildirilmiştir. Bu derlemede güncel literatürden faydalanarak karasal ekosistem üzerinde biriken nanopartiküllerin, gıda olarak tüketilen bitkiler üzerinde göstermiş olduğu toksik etkilerin incelenmesi hedef alınmıştır.

Bir malzemenin boyutu 100 nm’nin (10-9 m) altına düşürüldüğünde bileşenlerin iletkenlik, ısı transferi, erime sıcaklığı, optik özellikler ve mıknatıslanma gibi çeşitli özelliklerini etkileyen makroskopik Newton mekaniğinden ziyade kuantum mekaniğine dayanan olağandışı özellikler sergiler. Yeni ürünler geliştirmek için bu özelliklerin avantajlarından yararlanmak nanoteknolojinin temel amacıdır. Bu alandaki araştırmaların başlangıcı, Richard Feynman’ın 1959’da yaptığı “There is plenty of room at the bottom” adlı konuşmasına dayanmaktadır. Feynman’ın konuşması birkaç atomun manipüle edilerek nano boyutlarda ve istenilen şekilde partiküller elde edilebileceği fikrini ortaya atmıştır. Konuşmasından kısa bir süre sonra fullerene (60 karbon atomunun sıralandığı nano boyutta molekül) ve karbon nanotüp içeren ürünlerin piyasaya sürülmesi onun bu fikrini haklı çıkaran ilk girişimlerden olmuştur. Devamında süregelen farklı şekil ve element kompozisyonlarının tasarlanması ve endüstride kullanım avantajlarının keşfedilmesi, bugün fazlasıyla aşina olduğumuz nano teriminin küresel olarak yayılmasına öncülük etmiştir.

Günümüzde nano boyutta üretim, su filtreleme tekniği, kozmetik ürünlerin kalitesinin iyileştirilmesi, uzun süre tazelik vadeden buzdolapları, ilaç taşıyıcı sistemleri gibi birçok farklı alanda yaygın olarak kullanılmaktadır. StatNano tarafından Mart 2016’da yayınlanan yıllık rapora göre, hem Avrupa Patent Ofisi’nde hem de Amerika Birleşik Devletleri Patent ve Ticari Marka Ofisi’nde (USPTO), nanoteknoloji alanında 2006’dan 2015’e kadar belirgin bir patent başvurusu artışı görülmüştür. StatNano yıllık raporuna göre; nanomalzeme kullanımında elektronik (%36) inşaat (%13), kozmetik (%11), sağlık (%3), tekstil (%7), spor ve fitnes (%7), petrol (%4), beyaz eşya (%5) gibi çeşitli alanlarda geniş yayılım göstermektedir.

21. Yüzyılın başından bu yana, yeni ve daha iyi nanomalzeme tasarlanmasını teşvik edilmiş ve nanomalzeme kullanan ürün sayısında hızlı bir büyüme kaydedilmiştir. 2000 yılında ilk olarak Amerika Birleşik Devletleri tarafından başlatılan Ulusal Nanoteknoloji Girişimi’ne (NNI) 2017 yılında ayrılan bütçe 1.4 milyar dolar olarak belirlenmiştir. Birçok ülke tıpkı NNI gibi büyük yatırımlar yaparak nanoteknoloji alanında lider olmak için birbiri ile yarışmaktadır. Bu yarış hali, nano boyutta materyal üretim hızının giderek artmasına sebep olmaktadır.

Nanomalzemelerin sahip olduğu büyük potansiyel, insan sağlığı ve doğa için muhtemel riskleri de beraberinde getirmektedir. Üretimde total risk değerlerinin hesaplanması, yarar-zarar dengesinin anlaşılması çok önemlidir. Fakat bu alanda alınan önlemlerin oldukça kısıtlı olmasının sebep olduğu temel endişeleri, bu alandaki hızlı teknoloji değişimi, ticarileşme yollarına ve düzenleyici çerçevelerin uygunluğuna ilişkin belirsizlik gibi durumlar da beslemektedir. Nanopartiküller (NP) üzerinde artan tartışmalar farklı disiplinler tarafından toksisite ve risk değerlendirme çalışmalarının artmasına sebep olmuştur.

Eko-toksikoloji araştırmaları NP’lerin neden olduğu toksik etki incelemelerinin yoğun olarak sürdürüldüğü alanlardan biridir. Yeni keşfedilen ölçüm ve tespit metotları sayesinde NP’lerin doğal sistemler üzerindeki toksik etkinliklerine ilişkin veriler giderek artmaktadır. Çeşitli yollardan doğaya karıştığı bilinen işlenmiş nanomalzemelerin su, toprak ve hava gibi farklı ekosistemler üzerindeki atıkları incelendiğinde, toprakta bulunan miktarının hava ve suya göre daha fazla olduğu görülmüştür. Ekosistemlerde tespit edilen işlenmiş NP’lerin doğaya temel olarak üç ayrı senaryo üzerinden yayıldığı düşülmektedir; (i) nano boyutta hammadde üretim aşamasında salınma, (ii) kullanım aşamasında salınma, (iii) NP içeren ürünlerin elden çıkarılmasından sonra salınma. Ulaşılabilir üretim hacimlerinden elde edilen datalara göre; titanyum oksit ve silisyum oksit NP doğaya yayılımı kantitatif olarak en fazla olan türlerdir. 2010 yılında yıllık üretim miktarları her ikisinin toplam 10.000 tonun üzerinde olduğu tespit edilmiştir. İşlenmiş NP’lerin indirekt (NP içeren beyaz eşya, ilaçlar, tekstil vb. ürün atıklarının karışması) yollarla doğaya karışması mümkün olduğu gibi tarımsal faaliyetlerde kullanılan nano-pestisitler, NP içerikli gübreler aracılığı ile direkt olarak da karışabilmektedir. Direkt kullanımlardan bir diğeri de, NP’lerin kirli toprakların iyileştirilmesinde ve stres altındaki bitkilerin detoksifikasyonunda kullanılmasıdır.

NP’ler toprak altı tabaklara direkt ve indirekt yollarla ulaştıktan sonra, toprakta yetişen mikroorganizmalar, bitkiler ve diğer canlılar ile etkileşime girerek kimyasal ve biyolojik değişikliklere sebep olmaktadır. Son zamanlarda analiz teknolojilerinin gelişmesi sonucunda ölçüm metodlarına eklenen yeni yöntemlerle beraber NP’lerin bitkiler üzerinde sebep olduğu fitotoksik etkiler ile ilgili araştırmalar giderek hızlanmıştır. Bu alanda yapılan bir dizi araştırma NP’lerin toksik etkilerine ilişkin risk değerlendirmelerinin, değişen iklim şartları, CO2 miktarı ve yağış hacmi karşısındaki etkinliklerinin kapsamlı olarak araştırılması gerektiğini savunmaktadır. NP’lerin toprağa karıştıktan sonra pH, toprağın organik madde içeriği, fosfat miktarı, iyon şiddeti, toprak biyolojisi gibi parametrelerle etkileşerek kompleks yanıtlar verdiği bilinmektedir. Aynı zamanda NP’lerin bitkiler üzerinde oluşturduğu morfolojik, fizyolojik değişiklikler ve fitotoksisite miktarları bitkinin yapısal değişikliklerinden etkilenmekte ve farklılık göstermektedir (tablo 1).T

Tablo 1: Farklı NP türlerinin gıda olarak tüketilen bitkiler üzerinde sebep olduğu morfolojik ve fizyolojik değişiklikler.

Gıda olarak tüketilen bitkiler üzerinde yürütülen çalışmalarda, NP’lerin bulunduğu toprakta yetişen bitkilerin besin değerlerinin ve mahsül kalitesinin (Resim 1) olumsuz yönde etkilendiği görülmektedir. Karşılaştırmalı analizlerin yürütüldüğü bir diğer araştırmada marul, lahana gibi yüzey alanı geniş sebzelerde NP birikiminin daha fazla olabileceği vurgulanmıştır. Besin zincirine katılan diğer bitkiler üzerinde NP biyoakumülasyonu ile ilgili veriler için ileri araştırmalara ihtiyaç duyulmaktadır.

page43image3928096
page43image3927872
Resim 1: (a) Artan MCN (mezaporöz karbon nanopartikül) NP konsantrasyonlarında Oryza sativa Lgövdesinin uzama sürecinde gösterdiği farklılıklar.
(b) * günün ardından yer fıstığının tohumlanma sürecinin karşılaştırmalı fotoğrafları ** 4 günün ardından tohumların uzunluklar

NP’lerin direkt kullanımda (kozmetik ürünler, ilaçlar vb.) insan sağlığı üzerindeki toksik etkinliği kanıtlanmış olmasına rağmen indirekt maruziyet (Resim 2) sonrasında oluşabilecek toksik etkilerin neler olabileceği henüz hala tam olarak anlaşılamamıştır. Uzun süredir nanomalzemelerin insan sağlığı üzerindeki zararlı etkileri tartışılmaktadır. Son yıllarda sürdürülen araştırmalara göre nanomalzemelerin farklı ekosistemlerde (toprak, su ve hava) sebep olduğu bilinen toksik etkileri yanı sıra birçok açıdan hala belirsizliğini korumaktadır. Bununla beraber çevreye yayılan NP’lerin insan sağlığı üzerindeki etkisi ile ilgili çalışmalar oldukça sınırlıdır. İnsanların NP’lere indirekt maruziyeti; NP ile kontamine olan su kaynaklarının kullanılması, motorlu taşıtlardan havaya karışan NP’lerin solunması ve NP içeren toprakta yetişen sebze, meyvelerin tüketilmesi gibi farklı yollar üzerinden olabilmektedir. Karasal ekosistemde diğerlerine göre daha fazla olan NP’ler burada yetişen bitkilerin tüketimi ile besin zincirine katılmaktadır. Yakın zamanda yapılan bir araştırmada, CeO2 NP içeren toprakta yetiştirilen barbunya fasulyesi ile beslenen böceklerdeki seryum (Ce) miktarları incelenmiş, besin zincirinin alt basamaklarında (bitkiler) biriken seryumun daha yüksek basamaklara (böcekler) aktarımının olduğu bildirilmiştir. NP’lerin besin zinciri ile beraber bitkilerden daha yüksek basamaklara (insanlar) aktarımı ile ilgili kapsamlı bilgiler için ek çalışmalara ihtiyaç duyulmaktadır.

Bugün bilinen çevre üzerindeki toksik etkinliğine karşın nanomalzemeye dayalı teknolojiler, mevcut yaklaşımların ötesinde, çevresel iyileştirme için umut vadeden, verimli ve düşük maliyetli çözümlerden biri olarak ortaya çıkmıştır. Yeşil nanoteknoloji ile NP üretiminde zararlı kimyasalların kullanımının azaltılması, bunun yerine bitki ekstreleri veya mikroorganizmalar kullanılmasıyla doğa dostu üretimin mümkün olduğu savunulmaktadır. NP’lerin tarım faaliyetlerindeki olumlu etkilerinin sürdürülmesi gerektiğini savunan araştırmacılar, NP’lerin üretiminde yeşil nanoteknoloji ile eko-toksikolojik etkilerin azalabileceğini ileri sürmektedir.

Hem Avrupa’da hem de ABD’de, nanoteknoloji ile bağlantılı olarak artan risklerle mücadele etmek için sıkı düzenlemeler geliştirilmiştir. REACH, Avrupa’da kullanılan kimyasallarla ilgili önde gelen mevzuattır. Nanomalzemeleri mevcut yasalar üzerinden düzenlemeye çalıştığı için nanopartikülleri yapıldığı ana malzemeyle (Zn, Ti, Ag vb.) aynı şekilde değerlendirmiştir. Fakat nanopartiküllerin ana malzemelerinden önemli ölçüde farklı özelliklere sahip olmaları nedeniyle düzenlemede karışıklıklar ve eksiklikler oluşmaktadır. REACH’in aksine, Avrupa Gıda Güvenliği Otoritesi (EFSA) düzenlemelerinde nanomalzemeleri ana maddesi üzerinden değerlendirmemiş ve kullanılan ürünün aktif bileşeninin bir nanomalzeme olmasına dikkat etmiştir.

Resim 2: İnsanların NP’lere direkt ve indirekt maruz kalma yolakları. (Kumar Vineet, Dasgupta Nandita RS. Environmental Toxicity of Nanomaterials. Vol 91.; 2017)

Gelişen nanoteknoloji endüstrisinin hayati bir parçası olan nanomalzemelerin karasal bitkiler üzerindeki etkileriyle ilgili araştırmalar halen devam etmekte ve bu alanda daha fazla inceleme gerekmektedir. Mevcut bilgilere dayanarak, nanomalzemelerin karasal bitkiler üzerinde çok yönlü toksik etkiler oluşturduğu ve bu durumun birçok faktöre bağlı olduğu sonucuna varılabilir. Nanopartiküller düşük konsantrasyonlarda bitki büyümesi üzerinde zararlı haşeratlara karşı koruma, hızlı büyüme gibi faydalı etkiler gösterebilir. Ancak nanopartiküllerin daha yüksek konsantrasyonlarının tam tersine büyüme üzerinde inhibe edici etki, membran bozulmaları, hücre duvarı lizisi, gen ekspresyonu, stres hormon salınımı gibi önemli olumsuz sonuçları olduğu kanıtlanmıştır. Ekosistemde oluşturduğu birçok toksik etkinin kanıtlanmasına karşın, nanomalzeme üretiminin büyük bir hızla artmaya devam etmesinin ilerleyen yıllarda yol açacağı sonuçların ulaşabileceği boyutlar endişe vericidir. İncelenen literatür ışığında, nanoteknoloji uygulamalarının inovasyonu, etiği ve sosyal etkilerinin çok yönlü olarak değerlendirilmesi ve kontrol altına alınması gerektiği sonucuna varılabilir.

Tıbbi İnsani Yardım Defilesi

Makale
  ·  

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir