Teknik baserad på material i nanoskala – till exempel partiklar som är mer än 10 000 gånger mindre än perioden i slutet av denna mening – spelar en växande roll i vår värld.
Kolnanofibrer stärker flygplan och cykelramar, silvernanopartiklar gör bakterieresistenta tyger och fuktgivande nanopartiklar som kallas nanoliposomer används i kosmetika.
Nanoteknik revolutionerar också medicinen och tänjer på gränserna för mänsklig prestation. Om du fick ett covid-19-vaccin i USA innehöll det nanopartiklar.
I framtiden kan nanoteknik göra det möjligt för läkare att bättre behandla hjärnsjukdomar och störningar som cancer och demens eftersom nanopartiklar lätt passerar blod-hjärnbarriären.
Nanopartiklar i ögondroppar kan tillfälligt korrigera synen. Och strategiskt implanterade nanopartiklar i ögon, öron eller hjärna kan möjliggöra mörkerseende eller hörsel som är lika bra som en hunds. Nanopartiklar kan till och med låta människor styra sina smarta hem och bilar med sina hjärnor.
Det här är inte science fiction. Dessa är alla aktiva forskningsområden.
Men ramverk för att bedöma nanopartiklars säkerhet och etik har inte hållit jämna steg med forskningen. Som kemist som arbetar inom biovetenskap oroar denna begränsade tillsyn mig. Utan uppdaterade ramverk är det svårt att avgöra om nanoteknik kommer att göra världen till en bättre plats.
Alla partiklar eller material mellan 1 och 100 nanometer i en dimension kan klassificeras som "nano". Perioden i slutet av denna mening är 1 000 000 nanometer, och ett människohår är cirka 100 000 nm i diameter. Båda är alldeles för stora för att betraktas som "nano". Ett enda coronavirus är cirka 100 nanometer i diameter, och sotpartiklar från skogsbränder kan vara så små som 10 nanometer i diameter – två exempel på naturligt förekommande nanopartiklar.
Nanopartiklar kan också tillverkas i ett laboratorium. Adenovirusvektorerna, nanolipopartiklarna och mRNA som används i COVID-19-vaccinerna är konstruerade nanopartiklar. Zinkoxiden och titandioxiden som används i rena mineralsolskyddsmedel är också konstruerade nanopartiklar, liksom kolnanofibern i flygplan och cykelramar.
Nanopartiklar är användbara eftersom de har andra egenskaper än större material, även när de har samma kemiska sammansättning. Stora partiklar av zinkoxid kan till exempel inte lösas i vatten och används som pigment i vit färg.
Zinkoxid i nanoskala används i solskyddsmedel, där det ser nästan genomskinligt ut men reflekterar solljus bort från din hud för att förhindra solbränna.
Zinkoxid i nanoskala uppvisar också svampdödande och antibakteriella egenskaper som kan vara användbara för att göra antimikrobiella ytor, men orsaken till dess antimikrobiella egenskaper är inte helt klarlagd.
Och däri ligger problemet. Medan många forskare är intresserade av att utnyttja de positiva egenskaperna hos nanomaterial, är mina kollegor och jag oroliga över att forskarna fortfarande inte vet tillräckligt om deras beteende.
Nanopartiklar är attraktiva för biomedicinska forskare eftersom de kan glida genom cellmembran. De antimikrobiella egenskaperna hos zinkoxid i nanoskala är troligen relaterade till deras förmåga att passera bakteriella cellmembran. Men dessa nanopartiklar kan också passera mänskliga cellmembran.
I USA är zinkoxid "allmänt erkänd som säker och effektiv" av Food and Drug Administration för produkter som solskyddsmedel eftersom det är osannolikt – i solskyddsmedel – att vara giftigt för människor.
Men även om forskare förstår hälsoeffekterna av stora partiklar av zinkoxid ganska väl, förstår de inte helt hälsoeffekterna av zinkoxid i nanoskala. Laboratoriestudier med mänskliga celler har gett motstridiga resultat, allt från inflammation till celldöd.
Jag tror mycket på solskyddsmedel. Men jag oroar mig också för miljöeffekterna av partiklar som är kända för att passera cellmembran.
Hundratals ton nano-zinkoxid produceras varje år, och det bryts inte ned lätt. Om vi inte förstår dess beteende bättre, finns det inget sätt att förutsäga om det så småningom kommer att bli ett problem – även om allt fler bevis tyder på att nano-zinkoxid från solskyddsmedel skadar korallreven.
Nanopartiklars förmåga att passera cellmembran gör dem effektiva i behandlingar som vacciner. Nanopartiklar visar löfte för att regenerera skelettmuskler, och de skulle en dag kunna behandla muskeldystrofi, eller den naturliga atrofi som kommer med åldern.
Men covid-19-vaccin ger en varning - nanopartikelaktiverade covid-19-vacciner antogs snabbt av USA och Europa, men länder med lägre inkomster hade mycket mindre tillgång på grund av patentskydd på vaccinet och brist på produktions- och lagringsinfrastruktur .
Nanopartiklar kan också möjliggöra förbättringar av mänsklig prestanda, allt från bättre syn till soldater som är konstruerade för att vara mer effektiva i strid.
Utan ett etiskt ramverk för deras användning skulle prestationshöjande nanoteknik som endast är tillgänglig på vissa platser kunna fördjupa välståndsklyftorna mellan hög- och låginkomstländer.
Idag behandlar olika länder nanopartiklar olika. Till exempel har Europeiska unionens vetenskapliga kommitté för konsumentsäkerhet förbjudit användningen av zinkoxid i nanoskala i aerosolsolskyddsmedel över hela EU, med hänvisning till deras potential att komma in i lungceller och därifrån flytta till andra delar av kroppen. USA har inte vidtagit liknande åtgärder.
Europeiska unionen har inrättat ett laboratorium för nanobioteknik för att studera nanopartiklars hälso- och miljöeffekter.
I USA arbetar National Nanotechnology Initiative, en samordnad regeringssponsrad forsknings- och utvecklingsinsats, för att föra juridiska och etiska experter samman med forskare. De kommer att väga fördelarna och riskerna med nanoteknik och sprida information till andra forskare och allmänheten.
Att övervinna skillnaden i distribution av nanopartiklar aktiverat vaccin är en annan fråga helt och hållet. Världshälsoorganisationens COVAX-program syftade till att säkerställa rättvis och rättvis tillgång till covid-relaterade terapier. Liknande åtgärder bör övervägas för all nanoteknikaktiverad medicin så att alla kan dra nytta av det.
Syntetisk biologi är ett område som upplever en liknande snabb tillväxt. Under de senaste 20 åren har den ideella iGEM Foundation hållit en årlig världsomspännande studenttävling, som den använder som en plattform för att lära unga forskare att tänka på de bredare konsekvenserna av deras arbete.
iGEM Foundation kräver att deltagarna överväger säkerhet, säkerhet och om deras projekt är "bra för världen". Den nanotekniska forskarvärlden skulle ha stor nytta av att anta en liknande modell. Nanoteknik som förändrar världen till det bättre kräver samordning av vetenskap och etik för att forma hur de används och kontrolleras långt efter att vi skapat dem.
Tillhandahålls av The Conversation
Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln. 
