Forskare i Europa arbetar för att motverka potentiella risker från nanomaterial som används av en rad industrier för tekniska framsteg.
Medan andra kanske drömmer stort, drömmer Dr Otmar Schmid smått. Det beror på att han arbetar med nanomaterial, som är så små att de är osynliga för blotta ögat.
Efterfrågan runt om i världen på nanomaterial växer. Branscher som elektronik, energi, livsmedel, medicin och transport är beroende av nanomaterial för att göra en mängd tekniska framsteg.
Nanomaterial inkluderar syntetiska typer – tillverkade till exempel av metaller eller kol – eller naturligt förekommande versioner som aska och cellulosa. De används i produkter som sträcker sig från datorer och kläder till cyklar och färger.
Med tanke på de vågor de skapar i många tillverkningssektorer, betraktas nanomaterial av vissa som grunden för en ny industriell revolution. Genom att påverka interaktionerna mellan atomer har dessa material ett löfte om otaliga nya produkter, allt från bättre mediciner till renare energi.
Till exempel ökar de redan mängden el som genereras av solpaneler och förbättrar byggmaterialens hållbarhet. De kan lika gärna leda till snabbare datoranvändning, självrengörande kläder och mer anpassad hälsovård.
Nobelpriset i kemi har delats ut för vetenskapliga framsteg inom nanoteknik, där tre forskare från Europa vann priset 2016 och tre USA-baserade som gjorde anspråk på det 2023.
Ändå har dessa material så mikroskopiska komponenter att traditionella regler för produktsäkerhet kanske inte längre gäller.
"Det öppnar sig en helt ny värld med dessa nya material", säger Schmid, chef för pulmonell aerosolgruppen vid Helmholtz Research Center i München, Tyskland. "Många har andra egenskaper än konventionella material, vilket kan förändra risken för människors hälsa. Det betyder inte att nanomaterial nödvändigtvis är farligare, men det betyder att vi behöver olika metoder för att se om det finns anledning till oro."
Schmid och kollegor är banbrytande sätt att avgöra när nanomaterial blir en säkerhetsrisk – och när företag och regeringar behöver vidta åtgärder.
"Vi måste konstruera dessa material på ett sådant sätt att risken minimeras", säger Miguel A. Bañares, forskningsprofessor vid det spanska nationella forskningsrådet, eller CSIC. "Detta måste vara top of mind under designfasen."
Bañares ledde ett forskningsprojekt för att utveckla datormodeller som kan förutsäga om ett nanomaterial kan vara farligt. Projektet, kallat NanoInformaTIX, avslutades i februari 2023 efter fyra år.
Bañares betonade vikten av hela forskningsområdet genom att jämföra nanomaterial med sand.
"Tänk om du har en stängd flaska sand", sa han. "Om du öppnar den flaskan kommer ingenting att hända. Om du däremot öppnar en flaska med nanopartiklar i, sprids partiklarna bara om du tar bort locket. Så du kan till exempel andas in dem."
Sammanfattningsvis har nanomaterial en annan "riskprofil" än traditionella material.
"Vi förutsäger och modellerar egenskaperna hos nanomaterialet", säger Bañares. "På detta sätt kan vi bättre förstå hur de kommer att interagera med miljön och människokroppen."
Sådan information kan vara användbar för företag när de designar dessa material och för regulatorer när de väger produktsäkerhet.
Hittills har regelverk i Europa och på andra håll uppdaterats för att täcka enkla nanomaterial. Utmaningen är att se till att reglerna håller jämna steg med utvecklingen av nästa generations nanomaterial, som kommer att ha fler komponenter och större komplexitet.
I nanomaterial är de minsta enheterna mindre än 100 nanometer. Det är tusen gånger mindre än diametern på ett människohår.
"Du behöver elektronmikroskop för att göra det synligt," sa Schmid.
Tillsammans med en kollega vid namn Dr. Tobias Stoeger koordinerar Schmid ett forskningsprojekt för att säkerställa att framtida nanomaterial är säkra.
Projektet kallas HARMLESS och pågår i fyra år fram till slutet av januari 2025 och fokuserar på material med nya former.
"Vi utvecklar mätmetoder och modelleringstekniker", säger Schmid. "Med dem kan vi och andra se hur stor risk ett material representerar."
Han använde exemplet med batterier för att belysa forsknings- och regleringsutmaningen och sa att de har en "enorm mängd" av kemisk komplexitet.
"Det finns miljarder parametrar som kan ändras för att optimera prestandan men som också kan visa sig vara farliga", sa Schmid.
Nanomaterial kan vara riskabla endast när de finns i vissa mängder eller när de appliceras tillsammans med andra material. Att lära sig mer om rätt mängder och kombinationer för nanomaterial är en prioritet för HARMLESS.
"Det finns en kunskapslucka", sa Schmid. "Vi måste förstå de underliggande biologiska mekanismerna förknippade med dessa material. Om vi vet detta kan vi bestämma vilka säkra exponeringsnivåer är."
Ett mål är att säkerställa säkerheten i designfasen av nya nanomaterial.
Kallas "Safe and Sustainable by Design", eller SSbD, skulle detta undvika den nuvarande situationen där företag skapar material först och bedömer sina potentiella risker senare.
"Företag måste göra säkra och hållbara produkter från första början", säger Schmid. "Du vill inte slösa pengar på att producera något som visar sig vara farligt."
År 2022 publicerade Europeiska kommissionen en SSbD-rapport om kemikalier och material för att skapa ett ramverk för ytterligare åtgärder från tillsynsmyndigheter och företag på detta område.
Rapporten och projekt som HARMLESS och NanoInformaTIX belyser behovet av att regeringar och industrier samarbetar om den framtida säkerheten för nanomaterial.
EU:s forskningsprojekt förser tillsynsmyndigheter med information för att skärpa sin egen kunskap om materialet och ligga steget före vad som är en snabbt utvecklande marknad.
"Regulatorer är beroende av deras kunskap", sa Bañares. "Det är mycket viktigt att informationen vi samlar in presenteras på ett begripligt sätt för dem."
Samtidigt är nya nanomaterial ofta så komplexa att visst ansvar för säkerheten kommer att ligga kvar hos företagen själva, enligt Schmid.
"Dessa material är otroligt avancerade," sa han. "De är bara väldigt svåra att reglera i förväg."
Mer information:
Tillhandahålls av Horizon:The EU Research &Innovation Magazine
