Zinkoxid skulle vara den perfekta solskyddsmedlet om den resulterande produkten inte såg riktigt dum ut. Tjock, vit och pasty, det sågs en gång mest på livräddare, surfare och andra som behövde allvarligt solskydd.

Men när solskyddsmedel är gjorda med nanopartiklar blir de tydliga - vilket gör dem mer användarvänliga.

Förbättrade solskyddsmedel är bara en av de många innovativa användningsområdena för nanoteknik, vilket innebär att man drastiskt krymper och förändrar strukturen hos kemiska föreningar i grunden. Men produkter tillverkade med nanomaterial väcker också i stort sett obesvarade säkerhetsfrågor - till exempel om partiklarna som gör dem effektiva kan absorberas i blodomloppet och är giftiga för levande celler.

Mindre än två decennier gammal, nanotekniska industrin blomstrar. Nanopartiklar - uppmätta i miljarddels meter - finns redan i tusentals konsumentprodukter, inklusive kosmetika, läkemedel, antimikrobiella spädbarnsleksaker, sportutrustning, livsmedelsförpackningar och elektronik. Förutom att producera transparenta solskyddsmedel, nanomaterial hjälper till att göra lätta och robusta tennisracketar, kläder som inte fläckar och stinker fria strumpor.

Partiklarna kan förändra hur produkter ser ut eller fungerar eftersom materia beter sig annorlunda på nanoskala, tar unika och mystiska kemiska och fysiska egenskaper. Material av nanopartiklar kan vara mer ledande, starkare eller mer kemiskt reaktiva än de som innehåller större partiklar av samma förening.

"Allt gammalt blir nytt när det miniatyriseras, sa Chad Mirkin, chef för International Institute for Nanotechnology vid Northwestern University. "Detta ger forskare en ny lekplats, en fokuserade på att bestämma vad dessa skillnader är och hur de kan användas för att göra saker bättre. "

Men utvecklingen av applikationer för nanoteknik överträffar snabbt vad forskare vet om säker användning. Samma ovanliga egenskaper som gör material i nanoskala attraktiva kan också medföra oväntade risker för människors hälsa och miljön, enligt den vetenskapliga litteraturen.

"Vi har inte karakteriserat dessa material särskilt bra än vad gäller de potentiella effekterna på levande organismer, "sa Kathleen Eggleson, forskare vid Center for Nanoscience and Technology vid University of Notre Dame.

Forskare vet ännu inte hur länge nanopartiklar finns kvar i människokroppen eller vad de kan göra där. Men forskning om djur har funnit att inandade nanopartiklar kan nå alla områden i luftvägarna; på grund av deras lilla storlek och form, de kan migrera snabbt in i celler och organ. De mindre partiklarna kan också utgöra risker för hjärtat och blodkärlen, centrala nervsystemet och immunsystemet, enligt Food and Drug Administration.

Djurstudier har visat att vissa nanoskala material kan passera den skyddande blod-hjärnbarriären, som kan göra det möjligt för läkemedel att leverera medicin direkt till hjärnan för att behandla tumörer eller andra tillstånd. Men det finns också bevis på att vissa nanopartiklar kan orsaka skador genom oxidativ stress och andra mekanismer om de kommer till hjärnan.

Fortfarande okänt är "hur betydande (potentiell skada) skulle vara, hur mycket nanomaterial skulle behövas för att orsaka märkbar skada, och hur väl kroppen skulle kunna hantera materialet och återhämta sig, "sa Andrew Maynard, chef för University of Michigan Risk Science Center.

Även om nanomaterial har använts i konsumentprodukter i mer än ett decennium, FDA erkände för första gången i april att de skiljer sig från sina bulk -motsvarigheter och har potentiella nya risker som kan kräva testning. I utkast till riktlinjer om nanomaterials säkerhet i kosmetiska produkter, det rådde företag att rådgöra med FDA för att ta reda på det bästa sättet att testa sina produkter.

Istället för att anta en metod som passar alla, FDA planerar att utvärdera nanoaktiverade produkter från fall till fall, enligt riktlinjerna. "Det finns inget i sig bra eller dåligt med ett nanomaterial, sa Mirkin, som ändå tycker att varje materialklass bör betraktas som en ny form av materia och korrekt granskas för säkerhets skull.

Flera regeringsrapporter har väckt oro över bristen på miljö, hälso- och säkerhetstester av nanomaterial som förväntas komma in på marknaden under det kommande decenniet. År 2009, utvecklare genererade 1 miljard dollar från försäljningen av nanomaterial; marknaden förväntas explodera till 3 biljoner dollar år 2015, enligt en rapport från National Research Council.

Förra året hittade Environmental Protection Agency dataklyftor i sex kritiska områden, inklusive en översyn av människors hälsa och toxikologiska data. I en januarirapport, forskningsrådet varnade för att "små framsteg har gjorts när det gäller intag av nanomaterial på människors hälsa."

Även om den federala finansiering som är avsedd för forskning om miljöhälsa och säkerhet fördubblades mellan 2006 och 2010 - från 38 miljoner dollar till 90 miljoner dollar - står den bara för en bråkdel av den federala budgeten för miljarder dollar för forskning och utveckling av nanoteknik, sa regeringens ansvarskontor i en majrapport. GAO fann också allvarliga problem med hur hälso- och säkerhetsdata samlades in och rapporterades.

Grundläggande obesvarade frågor inkluderar vilka material som är skadliga för människor eller miljö, hur exponeringen ska mätas och vad som händer med nanopartiklar när de väl kommer in i en vattendrag eller i jorden. I vissa fall, nanomaterial har kopplats till toxiska effekter men forskare vet inte varför problemen uppstår.

"Folk tror att (nanomaterialen) kan vara dåliga eftersom de är i ett storleksintervall för ett virus; så de kan gå dit virus går, kanske, utlöser ett immunsvar, "sa Nancy Monteiro-Riviere, professor i undersökande dermatologi och toxikologi vid North Carolina State University. "Celler i lymfkörtlarna kan ta upp det och distribuera det."

Men "det finns så många olika typer av nanomaterial och former och storlekar att alla måste ses som en individuell partikel, "Sa Monteiro-Riviere." Du kan inte generalisera. "

När det gäller solskyddsmedel, nanopartikeltoxicitet beror på en mängd olika faktorer, inklusive deras storlek, strukturera, ytegenskaper eller beläggning och förmåga att aggregera eller klumpa ihop sig, bildar större partiklar.

Det största bekymret handlar om huruvida partiklarna kan tränga igenom hudbarriären. "Än så länge, de har inte visat penetration, "sa Dr Steven Q. Wang, chef för dermatologisk kirurgi och dermatologi vid Memorial Sloan-Kettering Cancer Center i New Jersey. "Men vi vet verkligen inte (vad som händer) om någon blir bränd, har eksem eller hudtillstånd eller huden inte är intakt. "Även om Wang tror att nano-solskyddsmedel är säkra för de flesta människor, han sa att det också är oklart vilka risker som kan vara om ett barn skulle slicka en hand eller arm och få i sig nanosolskärmen.

Att utsätta nanomaterialen som används i solskyddsmedel för solens ultravioletta strålar genererar också fria radikaler, som kan skada cellmembranen. Faktiskt, storleken och koncentrationerna av nanopartiklar som ger den bästa solskyddsfaktorn och det transparenta utseendet kan också generera de flesta fria radikaler, enligt en studie av Amanda Barnard, en australiensisk forskare och teoretisk fysiker som specialiserat sig på att förutsäga nanopartiklarnas verkliga beteende.

Som en skyddande åtgärd, nanopartiklarna är ofta belagda med ett skal som absorberar fria radikaler, Sa Wang. Men vissa förblir oroliga över beläggningarnas potentiella toxicitet och om partiklarna kan tränga igenom celler. För att en solskyddsmedel ska listas på MightyNest.com, en marknadsplats för naturprodukter online, det måste vara mineralbaserat, bredspektrum och fri från nanopartiklar.

"Eftersom det inte är nödvändigt att en solskyddsmedel har nanopartiklar för att vara effektiva, vi spelar säkert, "säger Mighty Nest medgrundare Kristen Conn från Evanston, Sjuk., som sa att hon är orolig för möjlig produktion av fria radikaler.

I april, som svar på en framställning som kräver större tillsyn över nanoteknik, FDA bestämde att aktuell användning av nano -zinkoxid och titandioxid solskyddsmedel är säker. Med hänvisning till Monteiro-Rivières forskning, som FDA kallade "den mest definitiva hittills, "byrån hittade" minimala bevis på den ytterligare penetration ner till kapillärbäddarna som skulle vara nödvändig för systemisk leverans till organen, där det kan ha potentiellt skadliga effekter. "

Dr Martha Howard, en integrerande läkare i Chicago, är ännu inte övertygad. 70-åringen använder solskyddsmedel som inte är nano-zink när hon simmar och vandrar eftersom de är extremt effektiva och "man vet inte tillräckligt om hur länge nanopartiklar finns kvar i kroppen och var de samlas och vilken typ av skada de kan göra, " Hon sa.

Även om nanosink och titan antas användas i stor utsträckning i amerikanska solskyddsmedel, de märks sällan som sådana. Om produkten innehåller zinkoxid eller titandioxid - känd som fysiska solskyddsmedel eftersom de blockerar solens strålar - och ser vit ut när den appliceras, det är troligtvis en nano solskyddsmedel. Termer som "mikroniserade och" ultrafina "kan också referera till nanostorlekar. (Det är oklart vilket, om någon, kemiska solskyddsmedel använder nanopartiklar.)

Förespråkare för nanoteknik säger att de potentiella fördelarna når långt bortom solskyddsmedel. Kontroll av materia i atomskala hyllas som nästa "industriella revolution" eftersom det kan hjälpa till att lösa allt från klimatförändringar och världshunger till energibrist och förlust av biologisk mångfald. Inom medicin, forskare tänker sig mikroskopiska robotar som kan simma runt i blodomloppet, reparera celler och diagnostisera sjukdomar. Nanoteknik kan också släppa lös kraftfulla nya terapeutiska vapen för att behandla många av de värre formerna av cancer, kardiovaskulära problem och neurodegenerativ sjukdom.

Men när fältet springer framåt, vissa rådgör en försiktighetsåtgärd. Flera förespråkargrupper, inklusive International Center for Technology Assessment, Jordens vänner och försvarsrådet för naturresurser, har krävt ett moratorium för försäljning av "osäkra, otestad och oreglerad användning "av nanomaterial.

Miljöarbetsgruppen, en förespråkande grupp som utfärdar en årlig lista över solskyddsbetyg, överraskade vissa observatörer genom att kalla nano solskyddsmedel bland de "säkraste och mest effektiva" alternativen. Men det stöder inte nanomaterial i allmänhet, och gruppen rekommenderar att konsumenter undviker de som finns i kosmetika, som lätt kunde andas in. "Vi är fortfarande djupt oroade över den övergripande säkerheten och övervakningen av nanoteknik samt effekterna på arbetstagare och miljö, "sa David Andrews, en senior forskare vid EWG.

Eggleson tror att det skulle vara ett misstag att sätta ett moratorium på alla saker nano. "Det skulle sätta bromsarna på saker vi vill och behöver, men det vilar på oss att vara goda förvaltare av den teknik vi har, "sa hon." De mänskliga misslyckandena har varit ett större problem än själva tekniken. "

(c) Chicago Tribune 2012
Distribueras av MCT Information Services