Nanohiukkaset voivat toimia uudella ja arvaamattomalla tavalla myös ihmisen kehossa.

Julkaistu Tiede-lehdessä 5/2013

Nanohiukkaset voivat toimia uudella ja arvaamattomalla tavalla myös ihmisen kehossa.

Teksti: Kirsi Heikkinen

Nanotekniikalla voidellaan suksia, pinnoitetaan kankaita ja puhdistetaan vettä. Nanoa käytetään kaljatölkeissä, öljyn lisäaineena, autonkoreissa, kännyköissä, maaleissa, ripsivärissä, kosteusvoiteissa, vitamiinikapseleissa ja ketsupissa.

Nanotuotteita on kuluttajien ulottuvilla jo tuhansia.

 – Jos insinöörillä olisi enemmän mielikuvitusta, niitä olisi paljon enemmän, naurahtaa tutkimusprofessori Kai Savolainen Työterveyslaitoksen nanoturvallisuuskeskuksesta.

Nanotekniikka auttaa myös sairaita, koska sen avulla lääkeaineet saadaan kuljetettua entistä tehokkaammin ja täsmällisemmin perille soluihin. Syöpää nujertava nano-ohjus nosti solubiologi Erkki Ruoslahden ScienceWatchin vuoden 2012 nobelveikkauslistan kärkikolmikkoon.

Nanoaineksilla voidaan lisätä ruoan hyviä ominaisuuksia ja karsia huonoja. Elintarviketurvallisuutta parannetaan nanopakkauksin ja biohälyttimin. Jääkaappeja ja nestepakkauskartonkeja vuorataan antibakteerisin nanohiukkasin. Ruokapakkauksiin on kehitteillä nanotunnistimia, jotka paljastavat sisältöä pilaavat mikrobit. Testeihin asti on edennyt  fluoresoivia nanovärejä, jotka syttyvät törmätessään salmonellan tai kolibakteerin vasta-aineisiin.

Michiganin yliopistossa kehitetään nanohälytintä, joka voitaisiin istuttaa suoraan lehmän sylkirauhaseen. Siellä se tunnistaisi kytevän hullun lehmän taudin yhdestä ainoasta prionin osasesta.

Pienellä eri ominaisuudet

Nanohiukkasten omat turvallisuusriskit ovat kuitenkin vielä hämärän peitossa. EU:n kemikaalilainsäädännön mukaan aineet, joita tuotetaan yli tonni vuodessa, pitää rekisteröidä Euroopan kemikaalivirastossa. Jos vuosituotanto ylittää kymmenen tonnia, aineesta täytyy toimittaa myös terveys- ja turvallisuustiedot EU-viranomaisille. Useimpien synteettisten nanohiukkasten tuotanto ei ylitä tonnirajaa, joten tietoja ei tarvitse toimittaa.

– Yhdestäkään nanohiukkasesta ei ole myrkyllisyystietokantaa, joka vaaditaan synteettisiltä aineilta.

Määräykset eivät ota huomioon hiukkaskokoa. Pikkiriikkisen hiukkasen pinta-ala on hyvin laaja suhteessa sen massaan. Synteettisten nanohiukkasten ominaisuudet voivat olla yllättävän erilaisia kuin muuten samanlaisten mutta isompikokoisten.

Nanohiukkasilla tarkoitetaan hiukkasia, joiden koko on 1–100 nanometriä eli millimetrin miljoonasosaa. Sellaisia on ennenkin pöllynnyt ilmaan polttouuneista, liikenteestä, energiantuotannosta, metsäpaloista ja tulivuorenpurkauksista. Tekesin vuoden 2006 pienhiukkasraportin mukaan mukaan ne muun muassa pahentavat astmaa ja sepelvaltimotautia.

Olennaista on koko: se ratkaisee, miten hiukkaset pääsevät elimistöön. Halkaisijaltaan 50 nanometrin hiukkasista vain kaksi prosenttia imeytyy keuhkorakkuloista verenkiertoon ja loput tulevat ulos hengitysilman mukana. Sen sijaan viiden nanometrin kokoisista imeytyy jo puolet.

Teollisissa nanohiukkasissa uutta on, että ne voidaan räätälöidä aivan erilaisiksi kuin ennestään ilmassa esiintyvät hiukkaset.

– Useimpia aineita voidaan tutkia siten, että katsotaan, mitä se aiheuttaa ihossa, hengitysteissä tai elimistössä. Na­nohiukkaset ovat hankalia, koska niiden ominaisuudet riippuvat siitä, missä ne ovat ja minkä kanssa joutuvat tekemisiin, Kai Savolainen sanoo.

Elimistöön päätyessään nanohiukkanen törmää väistämättä proteiineihin, rasvoihin tai sokereihin ja päällystyy joko happamilla tai emäksisillä molekyyleillä – millä, riippuu hiukkasen koostumuksesta ja pintarakenteesta. Kuorrutus muuttaa hiukkasen kokoa ja samalla sitä, miten se pääsee läpi solukalvosta tai muista biologisista kalvoista.

– Kuorrutus myös elää eli muuttuu, kun sitä ympäröivä pH muuttuu, Savolainen lisää.

Tästä syystä alun perin liukenematon aine voi muuttua liukenevaksi tai myrkytön myrkylliseksi.

Savolainen ottaa esimerkiksi sinkkioksidin, jota on muun muassa vaippaihottuman hoitoon tarkoitetussa sinkkipastassa. Se tekee pastasta hengittävämmän. EU:n ulkopuolella sitä käytetään myös aurinkovoiteissa pysäyttämässä uv-säteilyä.

Sinkkioksidi pääsee nanokokoisena helpommin sisään soluihin. Solussa se päätyy solun puhtaanapitolaitokseen, lysosomiin, joka on hyvin hapan. Siellä sinkkioksidihiukkanen halkeaa osasikseen ja ionisoituu. Sinkki-ionit taas ovat myrkyllisiä ja aiheuttavat solukuolemaa.

Kun sinkki lysosomeissa vapautuu ioneina, elimistön sinkkipitoisuudet voivat kohota paljon suuremmiksi kuin yleensä sinkille altistuttaessa. Sinkkioksidinanohiukkaset pystyvät siis salakuljettamaan suuria määriä sinkkiä soluun kuin Troijan hevoset.

Hiilinanoputkien haitat kuin asbestilla

Nanohiukkasten kulkeutumisreitit elimistössä tunnetaan toistaiseksi huonosti. Mahdolliset terveysriskit liittyvät todennäköisimmin niiden hengittämiseen. Ihoa ne näyttävät läpäisevän huonosti.

Nanohiukkasten ei ole todettu läpäisevän veri-aivoestettä eli pääsevän verestä aivoihin. Metallioksidihiukkaset voivat kuitenkin päästä aivojen hermosoluihin nenän kautta, hajuja aistivalta limakalvolta. Esimerkiksi mangaanioksidin on suurina annoksina havaittu vaurioittavan hiiren aivosoluja ja muuttavan välittäjäainepitoisuuksia. Iso kerta-annos titaanidioksidia taas vaurioitti hiirten ruokatorvea ja kertyi maksaan ja pernaan.

Kuitumaiset hiilinanoputket voivat puolestaan vahingoittaa samalla tavoin kuin asbesti: ne arpeuttavat keuhkoja ja aiheuttavat keuhkopussin ja vatsaontelon syöpiä. Asbesti on kuitumaista silikaattimineraalia, jota käytettiin 1920–1990-luvuilla rakennusmateriaaleissa, kunnes se havaittiin terveydelle erittäin haitalliseksi.

Kun Edinburghin yliopiston tutkijat laittoivat hiirten vatsaonteloon pienen kerta-annoksen moniseinäisiä hiilina­noputkia, niille syntyi jo yhden seurantaviikon aikana tyypillisiä asbestin aiheuttamia muutoksia.

Jotkin nanohiukkaset saattavat päästä istukan läpi si- kiöön. Saksalaisen Helmholtz-keskuksen tutkijat testasivat asiaa antamalla kantaville rotille nanohopeahiukkasia. Vuorokauden kuluttua niitä löytyi niin istukasta kuin sikiöistä.

Kierrätyksen yhteydessä nanomateriaaleja vapautuu ympäristöön, vesistöihin tai maaperään. Siellä niiden vaikutuksia on vaikea arvioida. Sinänsä haitattomista pallohiilistä eli fullereeneista esimerkiksi saattaa tulla myrkyllisiä, jos ne yhdistyvät ruskeavetisten luonnonvesien humushapon kanssa.

Myrkyllisestä yhtymisestä luonnonhapon kanssa on näyttöä. Ilpo Vattulainen Tampereen teknillisestä yliopistosta ja Emppu Salonen Aalto-yliopiston Teknillisestä korkeakoulusta ryhmineen osoittivat, ettei solujen toiminta häiriinny, kun ne altistuvat erikseen fullereeneille ja gallushapolle, jota esiintyy lähes kaikissa kasveissa. Mutta jos soluliuoksessa on yhtä aikaa fullereeneja ja gallushappoa, ne järjestyvät rakenteiksi, jotka sitoutuvat solujen pintaan ja tappavat ne kymmenessä minuutissa.

Vattulaisen ja Salosen tutkimukset paljastavat, kuinka vaikeaa on kartoittaa nanohiukkasten terveysvaikutuksia. Nanohiukkasten ja erilaisten biomolekyylien mahdollisia yhdistelmiä on suunnaton määrä, joten kaikkia on käytännössä mahdotonta tutkia. Hiilipohjaisia nanomateriaaleja on kymmeniätuhansia, muita vielä paljon enemmän.

Valtava määrä tutkittavaa

Epävarmuudet eivät pääty vielä siihen. Vaikka nanohiukkaset aiheuttaisivat muutoksia hiirissä tai soluviljelmissä, se ei kerro vielä todellisista terveysriskeistä ihmisille. Saman aineen hiukkaset voivat vaikuttaa eri tavalla eri kokoisina ja eri annoksina.

– Todennäköisesti valtaosa nanohiukkasista on täysin haitattomia tai myrkyllisiä vain silloin, jos niille altistuu hyvin suurina määrinä. Mutta miten tunnistetaan ne haitalliset? Kai Savolainen miettii.

Nanomateriaalit pitäisi tutkia sekä aerosolina että liuok­sena, mutta ei ole konsteja tehdä sitä kattavasti, nopeasti ja huokeasti. Savolaisen mukaan yhden aineen kunnolliseen tutkimiseen menee helposti miljoona euroa. On laskettu, että markkinoilla olevien synteettisten nanohiukkasten tutkiminen EU:n kemikaalilainsäädännön edellyttämälle tasolle veisi nykymenetelmin ja -voimavaroin 34–56 vuotta.

– Resurssit eivät riitä varmistamaan, että markkinoilla olevat nanomateriaalit on tutkittu kunnolla. Ja materiaaleja ja sovelluksia tulee lisää kaiken aikaa.

Puutetta alkaa paikata tänä keväänä Savolaisen johtama Nanosolutions-hanke, johon osallistuu kiinalaisia, eurooppalaisia, brasilialaisia ja yhdysvaltalaisia tutkimusryhmiä. Hankkeessa käytetään suurta määrää menetelmiä, joilla analysoidaan perin pohjin kymmenkunta nanomateriaalia.

Tavoitteena on määrittää se informaation vähimmäismäärä, jonka avulla haitallisuus voidaan tunnistaa. Tältä pohjalta on tarkoitus kehittää edullinen turvallisuusluokittelun työkalu viranomaisten ja yritysten käyttöön.

Vahinko pilaisi maineen

Savolaisen johtama Nanoturvallisuuskeskus tutkii nanoturvallisuutta myös työoloissa, onhan yksikkö osa Työterveyslaitosta.

– Eniten nanohiukkasille altistutaan niiden valmistuksen ja työstämisen aikana, joten jos mitään huolestuttavaa ei ilmene tuotannossa, sitä tuskin ilmenee muuallakaan.

Suomessa nanomateriaaleja hyödyntää noin 300 yritystä. Suurin osa niistä suhtautuu Savolaisen mukaan vastuullisesti vaikutuksiin, joita materiaaleilla voi olla.

Turvallisuus pitää Savolaisen mielestä saada hallintaan, koska nanoala kasvaa voimakkaasti. Sen yhteenlaskettu tuotanto maailmassa on ensi vuonna arviolta 2 000 miljardia euroa. Kyse on terveyden ja ympäristön lisäksi myös rahasta. Jos tuotteiden turvallisuuteen ei luoteta, niitä ei osteta.

– Jos tietämättömyytemme aiheuttaa vahinkoja, nanotekniikan maine pilaantuu. Se olisi suuri menetys, koska ala pystyy tuottamaan kaikkea hyödyllistä.

Kirsi Heikkinen on terveysaiheisiin ja aivotutkimukseen erikoistunut tiedetoimittaja.

Mikä nano?Hiukkanen on nano, kun sen yksi tai useampi halkaisija on 1–100 nanometriä eli millimetrin miljoonasosaa. Nanometri on bakteereita pienempi. Virukset kuuluvat kooltaan nanoluokkaan.

Nanohiukkaset ovat pienempiä kuin näkyvän valon aallonpituudet eivätkä siksi näy valomikroskoopilla. Nanohiukkaset voivat olla palloja, hiutaleita, putkia, vaijereita tai nuppuja.

Polttouuneissa ja moottoreissa syntyvistä hiukkasista osa on nanoa. Luonnossakin esiintyy nanokoon rakenteita. Virukset sekä maastopalojen ja tulivuorten pienimmät hiukkaset ovat sellaisia.

Synteettisiä nanomateriaaleja on tuhansia, kaupallisesti merkittäviä noin 200. Synteettisissä nanohiukkasissa voi olla ominaisuuksia.

Nanohiukkasten pitoisuus hengitysilmassa on yleensä alhainen, koska vapauduttuaan ne leviävät tehokkaasti ilmakehään. Teollisia nanohiukkasia voi leijua runsaasti työpaikan sisäilmassa.

Missä synteettistä nanoa?

Elektroniikassa, lääkkeissä, kosmetiikassa, rakennusmateriaaleissa, elintarvikkeissa, kulkuneuvoissa, vaatteissa, huonekaluissa ja urheiluvälineissä.

Merkintöjä tulossa meikkeihin ja ruokaan

N-kirjain voide- tai ripsiväriputkilossa kertoo pian, että tuote sisältää nanohiukkasia. EU on määrännyt nanomerkinnän pakolliseksi kosmetiikkatuotteisiin, jotka valmistetaan heinäkuun 2013 jälkeen. Myös elintarvikkeisiin on tulossa nanomerkintä. Synteettistä nanomateriaalia sisältävät ainekset on merkittävä elintarvikkeiden ainesosaluetteloon sanalla ”nano” ensi joulukuusta alkaen. Elintarvikkeiden nanomuotoiset ainesosat tarvitsevat ennakkohyväksynnän, ja pakkauksiin voidaan jo nyt määrätä nanomerkintä, jos sitä pidetään kuluttajalle tarpeellisena.

Hyvä harrastus – ja helppo. Lukemista löytyy aina. Kuva: Shutterstock

Kieli rikastuu, ajattelu syvenee ja sosiaalinen taju kehittyy.

Tietokirjan järki on selvä: saa tietoa, jolla jäsentää maailmaa ja vaientaa mutuilijat. Riittävästi tietoa hankkimalla tulee asiantuntijaksi, ja sillä on selvä hyötyarvo.

Entä missä on fiktion lukijan tulosvastuu? Mitä itua on kuluttaa aikaansa tuntitolkulla hatusta vedettyjen ihmisten hatusta vedettyihin edesottamuksiin? Paljonkin: romaani tai novelli opettaa toimimaan muiden ihmisten kanssa.

Fiktio simuloi sosiaalista maailmaa, esittää asiaa tutkinut Toronton yliopiston psykologian professori Keith Oatley. Niin kuin lentosimulaattori opettaa lentotaitoja, sosiaalisten tilanteiden simulaattori – romaani – opettaa sosiaalisia taitoja.

Kokeet vahvistavat, että fiktiota lukeneet tajuavat paremmin so­siaalisia kuvioita kuin tietotekstiä lukeneet. 

Suvaitsevaisuus kasvaa

Kuvitteellisesta tarinasta on sekin ilo, että pääsee väliaikaisesti jonkun toisen nahkoihin. Samastuminen tarinan henkilöön voi muuttaa lukijan käyttäytymistä ja pistää asenteet uusiksi, ovat kokeillaan osoittaneet Ohion yliopiston tutkijat.

Samastumisella on vaaransa. Romaanin aiheuttama itsemurha-aalto koettiin 1700-luvun lopulla, kun nuoret onnettomat miehet matkivat Johan Wolfgang von Goethen päähenkilön tekoa Nuoren Wertherin kärsimyksissä.

Ohiolaistutkimuksessa vaikutus oli rakentavampi: kun nuoret aikuiset olivat lukeneet tarinan miehestä, joka meni äänestämään, he menivät hanakammin vaaliuurnille vielä viikon kuluttua lukemisesta. He olivat saaneet kansalaishyvetartunnan.

Valkoihoisten suvaitsevaisuutta taas kasvattivat tarinat, joissa päähenkilö osoittautui homoseksuaaliksi tai afroamerikkalaiseksi. Lukijoilta karisi myös stereotypioita. Tämä kuitenkin edellytti, että päähenkilön ”erilaisuus” paljastui vasta tarinan myöhemmässä vaiheessa ja lukijat olivat ehtineet asettua hänen nahkoihinsa.

Stressi väistyy

Kun uppoutuu lukemaan, maailman meteli jää kauas ja paineet hellittävät. Tuttu tunne, josta on myös tieteelliset näytöt: lukeminen poistaa stressiä.

Terveystieteen opiskelijat saivat Yhdysvalloissa tehdyssä tutkimuksessa lukeakseen netistä ja aikakauslehdestä poimittuja artikkeleita, jotka käsittelivät historiallisia tapauksia ja tulevaisuuden innovaatioita. Aihepiirit olivat siis kaukana tenttikirjojen pakkolukemistosta.

Puolentunnin lukutuokio riitti laskemaan verenpainetta, sykettä ja stressin tuntua. Huojennus on yhtä suuri kuin samanpituisella joogahetkellä tai televisiohuumorin katselulla. Mikä parasta, apu löytyy helposti, lukemista kun on aina saatavilla.

Sanasto karttuu

Kirjoitettu kieli on ylivoimaisesti suurempi uusien sanojen lähde kuin puhuttu. Erot lasten sanavaraston runsaudessa voi johtaa suoraan siihen, miten paljon he altistuvat erilaisille teksteille, vakuuttavat lukemisen tutkijat Anne Cunningham ja Keith Stanovich.

Tiuhimmin uutta sanastoa kohtaa tieteellisten julkaisujen tiivistelmissä: tuhatta sanaa kohti harvinaisia on peräti 128. Sanoma- ja aikakauslehdissä harvinaisten sanojen tiheys nousee yli 65:n ja aikuisten kirjoissa yli 50:n.

Lastenkirjakin voittaa sanaston monipuolisuudessa televisio-ohjelman mennen tullen. Lapsilukija kohtaa kirjassa yli 30 harvinaista sanaa tuhatta kohti, kun aikuisten telkkariviihdettä katsoessa niitä tulee vastaan 23 ja lastenohjelmissa 20.

Juttelukaan ei pahemmin kartuta sanavarastoa. Aikuispuhe sisältää vain 17 epätavallista sanaa tuhatta kohti.

Syntyy omia ajatuksia

Ihmisen aivoja ei ole ohjelmoitu lukemaan. Kun taito kehittyi 5 500 vuotta sitten, näkemiseen, kuulemiseen, puhumiseen ja ajatteluun rakentuneet alueet alkoivat tehdä uudenlaista yhteistyötä.

Nyt olemme jälleen uudenlaisen lukukulttuurin alussa. Verkkolukeminen on tullut jäädäkseen, ja jotkut pelkäävät, että tyhmistymme, kun totutamme aivomme ärsyketulvaan ja pikaselailuun netissä. Tiedonvälitys on lisääntynyt räjähdysmäisesti mutta niin myös häly.

Syventyvän lukemisen kohtalosta kantaa huolta professori Maryanne Wolf Tufts-yliopistosta. Tapaa näet kannattaisi vaalia. Aivokuvaukset paljastavat, että paneutuva lukija käyttää laajasti molempia aivopuoliskojaan. Hän ei vain vastaanota kirjoittajan sanomaa vaan vertaa sitä aiemmin hankkimaansa tietoon, erittelee sitä ja rakentaa omaa ajatteluaan. Pintalukijalla ei tähän ole aikaa.

Mikko Puttonen on Tiede-lehden toimittaja.

Julkaistu Tiede-lehdessä 12/2012 

Täysin raittiiden suomalaisnuorten osuus on moninkertaistunut vuosituhannen alusta.

Nuoruus raitistuu, kertoo Helsingin Sanomat jutussaan.

Nuorten alkoholin käyttö kasvoi vuoteen 1999, joka oli myös kaikkein kostein vuosi. Silloin vain joka kymmenes yhdeksäsluokkalainen ilmoitti, ettei ollut koskaan käyttänyt alkoholia.

Sittemmin täysin raittiiden osuus on moninkertaistunut, ilmenee vuoteen 2015 ulottuneesta eurooppalaisesta, nuorten päihteidenkäyttöä käsittelevästä Espad-tutkimuksesta.

Jopa muut eurooppalaiset jäävät jälkeen. Suomessa täysin raittiita 15–16-vuotiaista nuorista on joka neljäs, kun Euroopassa heitä on keskimäärin joka viides.

Terveyden ja hyvinvoinnin laitoksen THL:n erikoistutkija Kirsimarja Raitasalo kollegoineen on ­koettanut tunnistaa niitä nuoruuden muutoksia, jotka voisivat selittää humalan hiipumista.

Ratkaisevaa näyttää olleen ainakin se, että alaikäisten on yhä vaikeampi saada alkoholia. Nykynuoret kokevat sen selvästi hankalammaksi kuin aiemmat ikäpolvet.

Kauppojen omavalvonta on osaltaan tehonnut. Kassoilla kysytään kaikilta alle 30-vuotiaan näköisiltä papereita.

Vanhemmat ja muutkin aikuiset ovat tiukentaneet asenteitaan nuorten juomiseen.

”Tietoisuus alkoholin haitoista on ehkä lisääntynyt. On tullut paljon tutkimustietoa esimerkiksi siitä, miten alkoholi vaikuttaa nuorten aivojen kehitykseen”, Raitasalo pohtii.

Nuorten omakin maailma on muuttunut toisenlaiseksi. Älylaitteet, pelit ja sosiaalinen media kyllästävät arkea. Pussikaljoittelu joutuu kilpailemaan monen muun kiinnostavan ajanvietteen kanssa ja on ehkä osittain hävinnyt niille.

Juovuksissa olemisesta on ehkä tullut myös tyylirikko. Nuoret eivät enää näytä arvostavan kännissä örveltämistä.

Kysely

Mikä mielestäsi raitistaa nuoria?

Neutroni
Seuraa 
Viestejä25796
Liittynyt16.3.2005

Viikon gallup: Mikä mielestäsi raitistaa nuoria?

Käyttäjä4809 kirjoitti: Eiköhän syy ole -90 luvulla alkaneen laman menetetyt työpaikat ja samalla supistettu koulutus, minkä seurauksena vuodestä -99 alkaen vanhemmilla ei enää ole ollut niin paljon rahaa annettavaksi nuorisolle. Sekä myös nuorisolle soveltuvien työpaikkojen vähentyminen ja samaan aikaan tapahtunut kohtuuton vuokrien nousu, vasinkin pääkaupunkiseudulla. En tiedä, mutta en usko rahaan. Esimerkiksi kilju, 10 % juoma joka maksaa joitain senttejä litralta, tuntuu olevan...
Lue kommentti
molaine
Seuraa 
Viestejä1189
Liittynyt3.8.2011

Viikon gallup: Mikä mielestäsi raitistaa nuoria?

En kyllä usko, että rahalla on iso merkitys ja veikkaan, että käytettävissä olevat rahat on vain kasvaneet, jos verrataan vaikka omaan nuoruuteen. Ei viina suomessa ole niin kallista, etteikö köyhälläkin olisi varaa dokailla. Oma junnu ei läträä lainkaan viinan kanssa. Iso osa kavereistakaan ei, vaikka osa ilmeisesti jonkin verran lipittelee. Kyllä nuorten asenteet on mielestäni muuttuneet ihan selkeästi. Ehkä alkoholipolitiikka on toiminut? Kotoa ei meillä kyllä tällaista ole opittu...
Lue kommentti

Panterarosa: On selvää, että "Partitava kisaa kurupati-kuvaa" ei oikein aukene kehitysmaalaisille N1c- kalmukinperseille.