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

Tiivistelmä

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

Antti Joonas Koivisto

Tiedote

Nanoaltistumisen arviointiin välineitä

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

Aineisto

Joonas Koivisto (21.7.2016). . Loppuraportti. 11 sivua. Avaa

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.

Katso myös stipendi 114046

Synteettisten nanomateriaalien altistumisen ja riskinarviointi sekä riskien hallinta. https://www.tsr.fi/tutkimustietoa/tata-on-tutkittu/hanke?h=114046