115029 Muu stipendi

Synteettisten nanomateriaalien Työperäisen altistumisen riskien arviointi sekä hallinta -post doc tutkimustyö

Synteettisten nanomateriaalien Työperäisen altistumisen riskien arviointi sekä hallinta -post doc tutkimustyö

23.2.2015

Nanoteknologia perustuu synteettisten nanomateriaalien (SNM) käyttöön, jossa materiaalien ominaisuuksia muokataan nanometrimittakaavassa. Hanke toteutetaan Tanskan Nanoturvallisuuskeskuksessa. Tutkimushankkeen tavoitteena on tuottaa työkalu SNM altistuksen ja riskin arviointia varten läpi tuotteen elinkaaren. Työkalu koostuu eri malleista, joiden avulla arvioidaan a) lähteiden voimakkuuksia, b) hiukkasten levimämistä ilmateitse, sekä c) altistusta hengitysteite- ja ihon ja nielun kautta. Tutkimushankeen osatavoitteet koostuvat laboratoriokokeista ja työpaikalla suoritettavista hiukkasmittauksista. Näiden avulla kehitämme olemassa olevia malleja jotta niitä voidaan soveltaa SNM altistuksen arvioinnissa. Tutkimusmenetelmät ovat kuvattu väitöskirjassani yleisellä tasolla (http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-5822-73-1).

Tutkimustuloksia hyödynnetään SNM:n turvalliseen käytön ja kestävän kehityksen edistämiseen kehittämällä standardeja ja tuottamalla työkalu sekä eri malleja SNM altistumisen arviointia varten työ- ja asiantuntijayhteisöille. Työkalu suunnitellan siten, että sitä voidaan hyödyntää REACH:n asettamassa kemikaalilainsäädännössä. Työkalun suunnittelu sekä siinä käytettävien mallien kehitys tapahtuu pääosin EU rahoitteisessa Sustainable Nanotechnologies –tutkimushankkeessa. Tutkimushanke alkoi 1.5.2014 ja päättyy 1.5.2016, jonka jälkeen työterveyslaitoksen Nanoturvallisuuskeskus saattaa tutkimustulokset Suomen nanoteknologia-sektorin käyttöön.

Hankkeen vastuuhenkilö
Joonas Koivisto

Aineistoa Materials-välilehdellä.

Nanoaltistumisen arviointiin välineitä

23.9.2016

Joonas Koivisto kehitti Tanskan nanoturvallisuuskeskuksessa malleja, joilla voi arvioida altistumista synteettisille nanomateriaaleille ja altistumisen riskejä. Hän päättelee, että altistusmallinnuksien luotettavuus perustuu lähteen voimakkuuden ja vapautuneiden hiukkasten ominaisuustietojen luotettavuuteen. Myös suojainten suojaustehokkuudet ja ympäristöolot ovat tärkeitä altistusmallinnuksille.

Työsuojelurahasto tuki tätä Koiviston väitöskirjan jälkeistä (post doc) tutkimustyötä tutkijastipendillä (myös TSR 114046).

Lupaava pinta-ala-annosarviointi

Tanskassa havaittiin, että keuhkotulehdusriskin arviointi pinta-ala-annoksen perusteella on lupaava työhygieeninen työkalu, koska mittalaite on kannettava ja helppokäyttöinen.

Tutkitulla pinta-alapitoisuusmonitorilla (cm²/m³) saadaan määritettyä keuhkorakkula-alueelle kertyvien aerosolihiukkasten pinta-ala neliösentillä.

Tulehdusriskit olivat matalat polypropyleenimateriaalien muottivalussa, mutta mahdollisia hienojakoisen jauheen valmistuksessa, jos ei käytetä henkilökohtaisia suojaimia.

Tämä tulehdusriskin arviointimenetelmän käyttöönotto vaatii vielä annosvasteiden määrittämistä pinta-ala-annoksen mukaan.

Altistumismalli tuotteen koko elinkaarelle

Eräiden synteettisten nanomateriaalien on arveltu olevan hyvin myrkyllisiä. Lähteiden voimakkuuksien määritys mahdollistaa altistusmallinnukset ja kunkin lähteen mukaiset päästöjentorjuntakeinot.

Tanskassa kehitetyillä malleilla voidaan arvioida suurimmat mahdolliset altistuspitoisuudet riittävällä tarkkuudella, jos tunnetaan prosessit, materiaalit ja ympäristön ominaisuudet.

Altistumismalli on suunniteltu altistusarviointiin tuotteen eliniän eri vaiheissa, ja mallit kattavat niin hengitystie-, iho- kuin nielualtistukset.

Kun mallinnetaan pitoisuustasoja, Koiviston mukaan päätekijä on hiukkaslähteen voimakkuus. Synteettisten nanomateriaalipulvereiden päästötaajuuksia voidaan arvioida materiaalin pölyävyydellä, mutta muille prosesseille määrälliset päästöt tulee selvittää prosesseittain.

Kattavasti aiemmat tutkimukset

Hankkeessa hyödynnettiin altistumismalleja joista osa on suunniteltu työperäisen ja osa kuluttajakohtaisen altistuksen arviointiin, osa suihkeprosesseille.

Tutkijat tekivät myös kattavan kirjallisuusanalyysin tutkimuksista, joissa on tutkittu synteettisten nanomateriaalien vapautumista kuluttajatuotteista ja materiaaleista.

Näistä tutkimuksista ratkaistiin määrälliset päästöt ja vapautuneiden hiukkasten ominaisuudet 320 prosessissa. Prosessit olivat keinotekoinen ikääntyminen, mekaaninen rasite, ikäännytettyjen kappaleiden mekaaninen rasite, suihkeiden käyttö, tekstiilien pesu ja altistus keinotekoiselle hielle. Tulokset jaoteltiin päästöprosessiryhmiin ja seuraaviin tuoteryhmiin: tekstiilit, kertamuovit, kestomuovit, pinnoitteet, suihkeet ja muut tuotteet.  

Koivisto ja muut tutkijat selvittivät lisäksi päästötaajuuksia teollisesta murskausprosessista, hionnasta ja sahaamisesta kymmenelle materiaalille.

Päästökirjasto kentälle ja virastoon

Päästökirjasto liitetään osaksi tutkimushankkeen riskinarviointityökalua. Tanskan ympäristönsuojeluvirasto hyödyntää päästökirjaston ja tutkimusraportin tuloksia, kun virastossa arvioidaan, onko tarvetta rekisterille, johon kirjataan nanomateriaaleja sisältävät kaupalliset tuotteet.

Stipendikautenaan Koivisto oli tuottamassa kahdeksaa tieteellistä julkaisua, joista tehtiin neljä lehdistötiedotetta. Lisäksi valmistui raportti Tanskan ympäristönsuojeluvirastolle.

Toimittaja
Hannu Kaskinen

Aineistoa Materials-välilehdellä.

Synteettisten nanomateriaalien Työperäisen altistumisen riskien arviointi sekä hallinta -post doc tutkimustyö

Katso myös stipendi 114046 Synteettisten nanomateriaalien altistumisen ja riskinarviointi sekä riskien hallinta
 

Joonas Koivisto (21.7.2016). Synteettisten nanomateriaalialtistusten riskin arviointi sekä hallinta. Loppuraportti. 11 sivua.

Antti J Koivisto, Kirsten I Kling, Alexander CØ Jensen, Asger W Nørgaard, Anna Brinch, Frans Møller Christensen, Keld A Jensen (2015). Frigivelse af nano-materialer fra pro-dukter, Miljøprojekt nr. 1800, 2015. (http://mst.dk/service/publikationer/publikationsarkiv/2015/dec/frigivelse-af-nanomaterialer-fra-produkter/)

Järvelä M, Huvinen M, Viitanen A-K, Kanerva T, Vanhala E, Uitti J, Koivisto AJ, Junttila A, Tuomi T. (2016) Characterization of Particle Exposure in Ferrochromium and Stainless Steel Production. Journal of Occupational & Environmental Hygiene, 13:558-568.
Catalán J, Siivola K, Nymark P, Lindberg H, Suhonen S, Järventaus H, Koivisto AJ, Moreno C, Vanhala E, Wolff H, Kling KI, Jensen KA, Savolainen K and Norppa H. (2016) In vitro and in vivo genotoxic effects of straight versus tangled multi-walled carbon nanotubes. Nanotoxicology, 10:794-806.

Jensen A.C.Ø., Levin M., Koivisto A.J., Kling K.I., Saber A.T., Koponen I.K. (2015) Exposure assessment of particulate matter from abrasive treatment of carbon and glass fibre-reinforced epoxy-composites - Two case studies. Aerosol and Air Quality Research, 15:1906–1916.

Koivisto A.J., Aromaa M., Koponen I.K., Fransman W., Jensen K.A., Mäkelä J.M., Hämeri K.J. (2015) Workplace performance of a loose-fitting powered air purifying respirator during nanoparticle synthesis. Journal of Nanoparticle Research 17:177.
Mølgaard B., Viitanen A.-K., Kangas A., Huhtiniemi M., Larsen S.T., Vanhala E., Hussein T., Boor B.E., Hämeri K., Koivisto A.J. (2015) Exposure to Airborne Particles and Volatile Organic Compounds from Polyurethane Molding, Spray Painting, Lacquering, and Gluing in a Workshop. International Journal of Environmental Research and Public Health 12:3756-3773.

Koponen I.K., Koivisto A.J., Jensen K.A. (2015) Worker exposure and high time-resolution analyses of process-related dust concentrations at mixing stations in two paint factories. Annals of Occupational Hygiene. 59:749–763.
Koivisto A.J., Jensen A.C.Ø., Levin M., Kling K.I., Dal Maso M., Nielsen S.H., Jensen K.A., Koponen I.K. (2015) Testing a Near Field/Far Field model performance for prediction of particulate matter emissions in a paint factory. Environmental Science: Processes & Impacts 17:62-73.

Fonseca A.S., Viitanen A.K., Koivisto A.J., Kangas A., Huhtiniemi M., Hussein T., Vanhala E., Viana M., Querol X., Hämeri K. (2015) Characterization of exposure to carbon nanotubes in an industrial setting. Annals of Occupational Hygiene, 59:586–599.

Surface Area-Based Exposure Assessment Holds Promise for Assessing Pulmonary Inflammation Risk from Nanoparticles

5.12.2016

Certain synthetic or engineered nanomaterials (SNMs or ENMs) are potentially very toxic because of their physicochemical properties and small size. Effective SNM exposure monitoring can help in early detection of airborne SNMs.

Two Finnish Work Environment Fund-supported research projects (see also project no. 114046) set out to develop tools for estimation of SNM exposure and the associated health hazard. The research was carried out under the umbrella of the Sustainable Nanotechnologies (SUN) Project of the Seventh Framework Programme of the European Union.

An overview of SNM release from consumer products was compiled by conducting a comprehensive literature review of previous research. This yielded a library of quantitative emissions and particle characteristics on a total of 320 materials and processes.

Tests on emission rates were done on ten materials subjected to crushing, grinding and sawing, and during electrostatic coating with photoactive titanium dioxide. Occupational exposures were measured during mould casting of various polypropylene materials and production of fine-grain tungsten carbide-cobalt (WC-Co) powder. The exposure measurements were done using surface area concentration monitors which charged the particles, harvested them and measured their electric charge. Such a method allows the surface area of particles deposited in pulmonary alveoli to be determined.

Based on studies by Schmid and Stoeger (http://dx.doi.org/10.1016/j.jaerosci.2015.12.006), who have shown a correlation between surface area dose and blood neutrophil count, lung-deposited surface area (LDSA) exposures were measured during polypropylene car bumper moulding and WC-Co powder production and compared with neutrophil counts in workers’ blood.

The particle emission library will be incorporated into the decision support system of the SUN Project. Assessment of inflammation risk by portable surface area concentration monitors may prove useful in industrial hygiene. Nevertheless, further studies on the inflammatory response to various materials are needed to define the limitations of the method.


Translated and edited by
Esko Meriluoto

Project-related materials can be found under the Materials tab.

Hanketiedot

  • HakijaKoivisto Joonas
  • ToteuttajaKoivisto Joonas
  • Lisätietoja
  • Joonas Koivisto
    joonas.koivisto@ttl.fi
  • Toteutusaika
  • 1.5.2015 - 30.4.2016
  • Arvioitu valmistumisaika
  • 30.4.2016
  • Työsuojelurahaston päätös
  • 6.2.2015
    12 000 euroa
  • Kokonaiskustannukset
  • 29 876 euroa
  • Tulokset valmistuneet 21.9.2016

Aiheluokitus

  • 4. Terveyden edistäminen työelämässä
  • -4.1. työterveyteen vaikuttavat tekijät
    -4.3. arviointimallien kehittäminen
  • 5. Työelämän terveysriskit ja kuormitustekijät
  • 7. Työsuojelu ja työterveyshuolto
  • -7.1. työsuojelun ja sen toimintaedellytysten kehittäminen
    -7.2. työterveyshuollon ja sen toimintaedellystysten kehittöminen