Đánh giá về số phận, sự vận chuyển, độc tính và nguy cơ sức khỏe của các hạt nano trong hệ sinh thái tự nhiên: Những thách thức mới nổi trong thời đại hiện đại và các giải pháp hướng tới môi trường bền vững

Các hạt nano (NP) được gọi là hạt có kích thước từ 1 nm đến 100 nm. Các NP này có thể được thiết kế nhân tạo hoặc được sản xuất tự nhiên và có thể xâm nhập vào hệ sinh thái trái đất thông qua các quá trình khác nhau như cháy rừng, phun trào núi lửa, xói mòn đất và các hoạt động của con người như giải phóng NP từ khí thải xe cộ, hoạt động khai thác cũng như việc sử dụng và thải bỏ. của các sản phẩm hỗ trợ hạt nano (Hochella Jr và cộng sự, 2019; Stone và cộng sự, 2010). Việc sử dụng các hạt có kích thước nano đã tăng lên đáng kể trong các lĩnh vực khoa học, dược phẩm, công nghiệp, điện tử và truyền thông. Đáng chú ý, NP oxit kim loại đã được ứng dụng rộng rãi trong nông nghiệp, sản phẩm tiêu dùng và năng lượng (Hendricks và cộng sự, 2023; Kerin và cộng sự, 2023). Ví dụ: NP MnO ₂  đóng vai trò là chất xúc tác trong các sản phẩm thương mại (Al-Tamimi, 2021). Họ cũng đã tìm thấy các ứng dụng trong nhiều công nghệ khác nhau, bao gồm chip máy tính, bộ chuyển đổi xúc tác và mảnh vụn mòn của bộ phận cấy ghép chỉnh hình (El-Kady và cộng sự, 2023; Singh và cộng sự, 2009). Ngoài ra, việc sản xuất hơn 400 tấn NP Ag hàng năm đã dẫn đến lượng bạc đầu vào đáng kể do con người đưa vào môi trường (Padhye và cộng sự, 2023). Việc thúc đẩy sử dụng NP trong các lĩnh vực thương mại và công nghiệp làm dấy lên mối lo ngại nghiêm trọng về việc liệu lợi ích đáng chú ý của chúng có lớn hơn chi phí, tác động môi trường và các mối nguy hiểm tiềm ẩn chưa biết liên quan đến ứng dụng của chúng hay không. Các NP này có thể biểu hiện các cấu trúc đa dạng, như hình ống, hình que, hình dây hoặc hình cầu. Do đó, độc tính của NP đối với các hệ thống sinh học khác nhau, bao gồm sức khỏe con người, thực vật, động vật và vi sinh vật, đã trở thành một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng (Mishra và Sundaram, 2023).

Việc tiếp xúc với các hạt nano tự nhiên (NNP) và các hạt nano được thiết kế (ENP) có thể dẫn đến nhiều tác động bất lợi khác nhau khi chúng tích tụ trong các khoang sinh học (Sharma và cộng sự, 2022; Sharma và cộng sự, 2015; Smita và cộng sự, 2012). NP có thể dễ dàng xuyên qua hàng rào sinh học và màng tế bào, gây tổn thương tế bào khi xâm nhập vào cơ thể sống. Kích thước của NP, như được thảo luận bởi Lankveld et al. trong bối cảnh các NP Ag, đóng một vai trò quan trọng trong các vấn đề liên quan đến mô và các tác dụng phụ (Lankveld và cộng sự, 2010). Hơn nữa, NP được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất các sản phẩm tiêu dùng hàng ngày, như mỹ phẩm, bao bì thực phẩm, thực phẩm và đồ uống, ứng dụng gia dụng, dệt may, ô tô và đồ chơi. Việc sử dụng rộng rãi này đặt ra những cân nhắc quan trọng về những ảnh hưởng độc hại tiềm ẩn đối với sức khỏe con người (Minh-Ky và cộng sự, 2023; Zergui, 2023). NP có thể xâm nhập vào các sinh vật sống thông qua nhiều con đường khác nhau, tức là ăn vào qua thức ăn, đất và nước. Quá trình truyền dinh dưỡng của NP trong chuỗi/lưới thức ăn bị ảnh hưởng bởi các cơ chế như tích lũy sinh học và hấp thụ sinh học. Việc kết hợp các NP trong chuỗi thức ăn này gây ra những tác động bất lợi bằng cách làm hỏng DNA/RNA, phá vỡ sự cân bằng của neutron kích hoạt và các loại oxy phản ứng (ROS) (Maharramov và cộng sự, 2019; McGillicuddy và cộng sự, 2017).

Việc sử dụng rộng rãi các NP (ví dụ: NP Ag, NP TiO ₂  , v.v.) đã dẫn đến việc chúng không thể tránh khỏi việc thải vào hệ sinh thái, thu hút sự chú ý đáng kể đến những rủi ro tiềm ẩn của chúng (Murali và cộng sự, 2022; Yang và cộng sự, 2023; Zhao và cộng sự, 2021). Do đặc điểm độc đáo và kích thước nhỏ, VQG có khả năng tương tác với động vật hoang dã và con người thông qua nhiều cơ chế khác nhau (Singh, 2023). Hơn nữa, NP thể hiện sự khác nhau về hình dạng, kích thước, thành phần hóa học và tính chất hóa lý, điều quan trọng là phải hiểu cấu hình cụ thể nào có thể gây ra tác động tiêu cực đến sức khỏe (Stone và cộng sự, 2010). Tuy nhiên, sự phát triển và mở rộng của nhiều VQG khác nhau đang diễn ra mà không có luật tiêu chuẩn hóa hoặc hướng dẫn cụ thể (Mishra và Sundaram, 2023). Việc thiếu quy định này có thể dẫn đến những thay đổi môi trường bất lợi và tác động đến các cá nhân làm việc ở cả môi trường trong nhà và ngoài trời. Hầu hết các ENP đều bao gồm carbon, kim loại, oxit kim loại, silicon và được cho là có ảnh hưởng tiêu cực trực tiếp hoặc gián tiếp đến sức khỏe con người và môi trường bên cạnh các NP xuất hiện tự nhiên (Giese và cộng sự, 2018; Maharramov và cộng sự, 2019; Mishra và Sundaram, 2023). Ví dụ về các khoáng chất vô cơ như vậy bao gồm amiăng, ống nano carbon (CNT), silica, fullerene, graphene, oxit kim loại, sắt và titan, tất cả đều có thể gây ra tác động đáng kể đến môi trường và sinh học. Mặc dù việc sử dụng NP ngày càng tăng, nhưng tương đối ít cuộc điều tra đã xem xét tác động độc tính và sinh thái của chúng đối với các hệ sinh thái trái đất khác nhau. Sự khan hiếm nghiên cứu có hệ thống và kiến ​​thức hạn chế về các đặc tính hóa lý và hành vi của NP làm nổi bật sự cần thiết phải nghiên cứu hành vi và tác động của NP đối với sức khỏe con người và môi trường. Để giải quyết những khoảng trống này, các khuyến nghị về hướng nghiên cứu về độc chất sinh thái nano đang được phát triển, bao gồm các chiến lược kiểm soát sự tiếp xúc của con người với các NP độc hại và các biện pháp phòng ngừa.

Nghiên cứu hiện tại khám phá các con đường khác nhau mà qua đó NP có nguồn gốc và tác động bất lợi của chúng đối với sức khỏe con người, thực vật, động vật và hệ sinh thái tổng thể của trái đất. Nó nhấn mạnh yêu cầu nghiên cứu toàn diện để hiểu được tác động của các loại NP khác nhau đối với các thực thể này. Đánh giá này cung cấp sự hiểu biết về các NP trong hệ sinh thái trái đất và nêu bật những thách thức và tiến bộ tiềm ẩn trong độc chất nano. Các đặc tính đặc biệt của NP, độc tính tiềm tàng của chúng và tác động mà chúng gây ra đối với sức khỏe con người và hệ sinh thái góp phần tạo nên tầm quan trọng của việc nghiên cứu hành vi/số phận, sự vận chuyển và độc tính của NP trong môi trường tự nhiên. Đây là một lĩnh vực mới nổi và quan trọng đòi hỏi nỗ lực và sự chú ý nghiên cứu liên tục. Việc kiểm tra sự tương tác giữa các VQG và hệ sinh thái xung quanh chúng là rất quan trọng để kiểm tra và quản lý các rủi ro tiềm ẩn trong tương lai của chúng.