ارزیابی خطر در فعالیت‌های آزمایشگاه نانو

 ۱- مقدمه

تولید انبوه و گسترش مواد و ابزارآلات جدید در حوزه‌ی فناوری نانو، امنیت تولیدکنندگان، مصرف‌کنندگان و محیط زیست را به عنوان یک مسئله مهم مطرح کرده‌است. به عنوان مثال، افرادی که در کارخانه‌های ذوب آلومینیوم کار می‌کنند در معرض استشاق و تماس مستقیم مقادیر بالایی از ذرات بسیار ریز و نانوذرات تشکیل شده در اثر آسیاب آلومینیوم قرار دارند. نانوذرات به دلیل اندازه‌ی کمتر از ۱۰۰ نانومتر، قدرت نفوذ بالایی نسبت به سایر مواد دارند[۱]. کاهش اندازه با بروز ویژگی‌های سطحی منحصر به فرد، باعث افزایش نرخ واکنش‌پذیری مواد می‌شود. نوع فرایند سنتز، اثر قابل توجهی برخلوص، کیفیت و ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی^[۱] ساختارهای نانومتری دارد. بنابر پژوهش‌های انجام شده، بررسی رفتار سمی نانومواد مستلزم شناسایی و تعیین خصوصیات دقیق نانومواد با روش‌های مشخصه‌یابی دستگاهی و میکروسکوپی است[۲].

با توجه به این که خصوصیات مواد در مقیاس‌های بسیار ریز و در شرایط مختلف به‌شدت تغییر می‌کند، قوانین و دستورالعمل‌های مناسب اندکی، جهت کاربری ایمن نانومواد در دست است. اگرچه تاکنون چارچوب‌های نظارتی مخصوصی برای بهداشت و ایمنی شغلی کارکنان حوزه فناوری نانو تدوین شده، اما توجه کمتری درمورد مسائل ایمنی و بهداشت کارکنان آزمایشگاه‌های نانو، شده است. بنابراین پژوهشگران نانو احتمالا با خطرات و مشکلات ناشناخته‌ای روبه‌رو هستند[۳]. قدم نخست برای کنترل خطرات مواجهه‌ی کارکنان، محققان و مصرف‌کنندگان با نانوذرات، آگاهی و درک صحیح از سمیت زیستی و خطرات بالقوه‌ی ذرات، غبار و آئروسل‌های نانومتری موجود در فضای کار، آزمایشگاه و محصولات فناوری‌نانو است. در مقالات قبل مشکلات سلامتی، احتمال آتش‌سوزی و خطر فعالیت رادیواکتیویته برخی نانوذرات بررسی شد. در این مقاله سطح خطر منابع و فعالیت‌های آزمایشگاهی که به طور بالقوه دارای پتانسیل مواجهه با نانوذرات هستند، ارزیابی شده و در سه‌رده از گروه خطر1 به عنوان کمترین سطح خطر تا گروه خطر ۳ دسته‌بندی می‌شوند.

۲- کمیته‌های جهانی

اساس مدیریت سلامت، امنیت و محیط‌زیست، ارزیابی خطر در هر محیط کار مثل کارخانه یا آزمایشگاه است. امروزه مطالعات$\mathrm{HSE}$ ^[۲]، ابعاد مختلف فرآیندهای صنعتی، تولیدی، آموزشی و پژوهشی حوزه سلامت، ایمنی و محیط کار را تحت تاثیر قرار داده‌است[۴]. با این حال خلا بزرگی درمورد تدوین مقررات مروبط به ایمنی کارکنان در حوزه فناوری نانو وجود دارد. در کشور آمریکا، سه موسسه‌ی دولتی $\mathrm{NIH}$^[۳]، $\mathrm{NIOSH}$^[۴] و $\mathrm{OSHA}$^[۵] فقط به بیان مقررات عمومی و اقدامات ایمنی اساسی در محل کار پرداخته‌اند.

جدول ۱- موسسات قانون‌گذار حوزه ایمنی فناوری نانو[۳]

۳- ارزیابی خطر

خطر به عبارتی شامل هر رویداد نامعلومی است که در صورت وقوع در عرصه‌های مختلف،  به صورت پیامدهای منفی یا مثبت، نتیجه‌ای نامشخص دارد. تعیین سطح خطر به تفکیک آزمایشگاه‌های تحقیقاتی و تعیین اولویت اقدامات اصلاحی با کمک استانداردهای بین المللی موضوعات بهداشت و ایمنی، در هر فضای کاری، ضروری است[۴].

پرسنل ایمنی باید قبل از شروع کار با نانومواد، خطرات محتمل در آزمایشگاه نانو را ارزیابی کنند. هدف از ارزیابی، شناسایی روش‌های مناسب کار، کنترل‌ها و تجهیزات حفاظت شخصی برای اطمینان از ایمنی کارگران است. این ارزیابی به بررسی خصوصیات فیزیکی وشیمیایی نانومواد محدود نمی‌شود، موارد دیگر از قبیل فرایند مربوط به تولید یا مصرف نانومواد و کنترل‌های مهندسی تجهیزات آزمایشگاه (مانند هود یا گلاوباکس) نیز بررسی می‌شوند. در برخی موارد، پرسنل ایمنی برای یک ماده‌ی به خصوص، محدودیت مقدار مناسب مواجهه با نانومواد را  تعیین می‌کنند. این کار برای درک بیشتر خطرات احتمالی، شناسایی فرآیندهای خاص و تجهیزات مورد نیاز برای کنترل‌های مهندسی مناسب، انجام خواهد شد[۴]. به طور کلی برای این که هنگام کار با نانوذرات، از یک رویکرد ایمن و سلامتی استفاده کنید، باید 4 مرحله‌ی اساسی را دنبال کنید:

۱) شناسایی خطر، ۲) ارزیابی خطر، ۳) پیشگیری یا کنترل خطر، ۴) ارزیابی اثربخشی اقدامات کنترلی.

 این مراحل، باید بر اساس ماهیت شیمیایی نانوذرات و با توجه به برگه‌ی اطلاعات ایمنی مواد ($\mathrm{MSDS}$)^[۶] انجام شود. با توجه به این که اطلاعات کاملی درمورد خصوصیات فیزیکوشیمیایی مرتبط با سمیت نانومواد در برگه MSDS ذکر نشده، هرگونه به‌کارگیری نانوذرات پس از مراجعه و پیگیری مقررات کمیته‌های قانون‌گذار حوزه ایمنی فناوری نانو، باید انجام شود[۵].

۱-۳- ارزیابی خطر حریق

بر اساس اصول حریق، هرچه ماده‌ی سوختنی ریزتر و نازک‌تر باشد، بهتر می‌سوزد. برای مثال با تفاوت سوختن ورق کاغذ و تنه‌ی درخت آشنا هستید، بنابراین به همان نسبت، نانومواد در مقایسه با موارد بزرگ ‌مقیاس، آتش‌سوزی‌های گسترده و شدیدتری ایجاد می‌کنند[۶].

اشتعال‌پذیری یک ماده شیمیایی با توجه به نقطه‌ی اشتعال آن تعیین می‌شود. هر ماده شیمیایی با نقطه اشتعال زیر ۲۰۰ درجه فارنهایت (۹۳درجه سانتی‌گراد) باید به عنوان یک خطر با احتمال آتش‌سوزی در نظر گرفته شود. اگر از این مواد در مقادیر بیش از ۱۰۰ میلی‌لیتر استفاده شود باید مراتب ایمنی خطر آتش‌سوزی را دنبال کرد. به منظور نگه‌داری مقادیر بیشتر از ۵۰۰ میلی‌لیتر از مواد اشتعال‌پذیر در انبار، باید به محدودیت‌های ذکر شده در دستورالعمل‌های انجمن ملی حفاظت از آتش^[۷] توجه کرد.

۲-۳- ارزیابی خطر مواجهه با نانوذرات

با وجود این‌که تحقیقات در حال پاسخ به سوالات مربوط به سمیت نانومواد است، با کمک روش‌هایی مثل نمونه‌برداری از محیط، نمونه‌گیری شخصی از ناحیه تنفسی و یا با روش‌های دستگاهی، میزان مواجهه با نانوذرات را می‌توان ارزیابی کرد. ارزیابی شخصی، به طور دقیق، بازنمایی از مواجهه‌ی کارکنان با نانومواد است. درحالیکه ارزیابی‌های محیطی به صورت روش‌های سنتی مثل نمونه‌گیری از محیط و با روش‌های اندازه‌گیری دستگاهی در لحظه^[۸]، خلاها و نیازهای اساسی جهت بهبود کنترل‌های مهندسی و شیوه‌های ایمن کار در محیط شغلی یا آزمایشگاه را تعیین می‌کند.

تکنیک‌های مختلف برای اندازه‌گیری نانوآئروسل‌های محیط، با توجه به ویژگی‌های اندازه، جرم، مساحت سطح، غلظت، ترکیب شیمیایی و شیمی سطح، اطلاعات ارزشمندی در ارتباط با ارزیابی خطر مواجهه با نانوذرات ارائه می‌کند. در جدول ۲، لیستی از ابزارآلات و روش‌های اندازه‌گیری خطر مواجهه با نانوذرات مهندسی شده ذکر شده‌است[۷].

جدول ۲- ابزار و روش‌های ارزیابی مواجهه با نانومواد[۷].

رایج‌ترین راه ورود نانومواد به بدن انسان از راه استشاق ذرات معلق در فضای محیط کار است. نانوذرات با توجه به ویژگی‌های آئرودینامیک و ترمودینامیک خود، در مجاری تنفسی ته‌نشین می‌شوند. علايم سمی نانوذرات در افرادی که مشکلات تنفسی و ریوی دارند شدیدتر است. تماس پوستی و مسیر گوارشی از دیگر راه‌های نفوذ و گردش نانومواد در سامانه‌های زیستی است. ورود گوارشی در اثر قرارگیری ذرات موجود در هوا بر روی مواد غذایی، تماس تصادفی دست آلوده با دهان و بلعیدن مخاط حاوی نانوذرات در تمام شرایط و فعالیت‌های فردی در محیط کار مرتبط با حوزه فناوری نانو می‌تواند رخ بدهد. در هنگام آزمایش بر حیوانات مدل، تماس تصادفی سوزن آلوده با پوست، باعث تزریق نانومواد به درون بدن و انتشار آن‌ها در خون می‌شود. با استفاده از دستکش، روپوش، ماسک در هنگام کار با نانومواد تا حد زیادی از مواجهه جلوگیری می‌شود. درصورتی‌که از عینک محافظ مناسب استفاده نشود، نانوذرات معلق در هوا از راه چشم یا در اثر برخورد دست با چشم، وارد می‌شوند[۸]. مواجهه با نانوذرات، در اثر فعالیت‌های معمول و یا اتفاقات غیر مترقبه در آزمایشگاه با انتشار نانوذرات در فضا صورت می‌گیرد. لیستی از فعالیت‌های آزمایشگاهی که می‌تواند خطر احتمالی انتشار نانوذرات را افزایش دهد، عبارت است از دریافت، بسته‌بندی، ذخیره‌سازی، حمل و نقل، تحویل مواد است. عملیات آزمایشگاهی مثل توزین نانومواد پودری، نظافت و نگهداری تجهیزات نانو، مدیریت پسماند و هم‌چنین شرایط اضطراری احتمالی مثل ریختن مواد روی سطح احتمال مواجهه با نانومواد را افزایش می‌دهد[۵].

جدول ۳- احتمال مواجهه با نانومواد متناسب با فرآیند سنتز در فعالیت‌های شغلی[۹].

۱-۲-۳- عوامل موثر بر مواجهه

در فرآیند یک پروژه‌ی تحقیقاتی یا فعالیت شغلی با رعایت مقررات ایمنی، تا حد ممکن از قرار گرفتن در معرض نانومواد جلوگیری می‌شود. مقدار اولیه‌، مدت زمان استفاده، قابلیت پراکنش و میزان مهار مواد در محیط، از عوامل موثر در شدت مواجهه با نانوذرات هستند. برای مثال درمورد نانومواد موجود در هوا، خصوصیاتی از قبیل اندازه‌ یا قطر هر ذره تعیین می‌کند که آیا این ماده می‌تواند وارد مجاری تنفسی شود و یا این که در چه مواردی احتمال رسوب و ته‌نشینی ذرات در نواحی تبادل گاز وجود دارد.

با توجه به خصوصیات منحصر به فرد نانوذرات و شرایط متغیر در محل کار، امکان پیش‌بینی همه وقایع و سناریوهای محیط کار و آزمایشگاه وجود ندارد اما در مجموع سهل‌انگاری در رعایت برخی نکات در محل کار، پتانسیل مواجهه با نانوذرات را افزایش می‌دهند. به عنوان مثال:

• کار با نانومواد محلول بدون محافظت مناسب (عدم استفاده از دستکش) خطر مواجهه‌ی پوستی را افزایش می‌دهد.
• ریختن مایعات، هم‌زدن و ایجاد تلاطم در سطح محلول‌های حاوی نانوذرات، باعث ایجاد قطرات قابل استشاق در محیط می‌شود.
• سنتز نانومواد با روش فاز گاز^[۹]در سامانه‌های باز، احتمال تولید و پراکنده شدن آئروسل در محیط کار را افزایش می‌دهد.
• همانطور که در جدول۱ نیز اشاره شد، تعمیر، نگهداری و تمیزکردن فیلترهای جمع‌آوری کننده‌ی نانوذرات، پتانسیل زیادی برای قرار گرفتن در معرض تماس پوستی و استشاق نانوذرات دارد[۴].

۲-۲-۳- تعیین حد مواجهه با نانومواد^[۱۰]

محدوده‌ی مقادیر مناسب جهت مواجهه‌ با مواد خطرناک، به طور خاص درمورد نانومواد، به تعداد اندکی تعیین شده‌است. بروز خصوصیات نوظهور در مقیاس نانو باعث می‌شود که برخی از نانوذرات نسبت به ذرات بزرگتر از همان ماده، ویژگی‌های خطرناک داشته باشند. بنابراین، ممکن است رعایت محدوده‌ي مقدار تعیین شده برای مواجهه با نانوذرات نیز، محافظت کافی برای مسائل ایمنی و سلامت فردی نداشته باشد. برخی از محدوده‌های خاصی که در حال حاضر معرفی شده‌اند از این قبیل است:

• براساس توصیه‌ی OSHA، میزان مواجهه‌ی کارکنان با نانولوله‌ها و نانوفیبرهای کربنی قابل استنشاق نباید بیشتر از ۰/۱ میکروگرم به ازای هر متر مکعب باشد.
• طبق مقررات OSHA، حد مواجهه با نانوذرات اکسید تیتانیوم، نباید از ۰/۳ میلی‌گرم در متر مکعب باشد.
• محدوده‌ی مقداری که NIOSH برای مواجهه با نانوذرات اکسید تیتانیوم بزرگتر از ۱۰۰ نانومتر پیشنهاد کرده است، حدود ۲/۴ میلی‌گرم در متر مکعب است.

با توجه به این که اطلاعات دقیقی درمورد محدودیت مواجهه با سایر نانومواد در دست نیست، کارفرمایان، کارگران و پژوهشگران آزمایشگاه‌های نانو با استفاده از اقدامات کنترل خطر و به‌کارگیری بهترین روش‌های مشخص شده در مقررات کار با نانومواد، میزان قرار گرفتن در معرض نانومواد را به حداقل برسانند[۱۰].

۴- تدوین روند ایمن برای سنتز و یا استفاده از نانوذرات

 با پاسخ به سوالات شکل۱، سطح خطر نانومواد را به طور قرارداری می‌توان در سه گروه نانو۱ (مواد کم خطر)، نانو۲ (مواد با سطح خطر متوسط)، نانو۳ (مواد پرخطر) در فضای آزمایشگاه پژوهشی نانو، دسته‌بندی کرد. همان‌طور که در مطالب قبل اشاره شد، مسیرهای اصلی مواجهه با نانومواد از طریق دستگاه تنفس و تماس پوستی است. بنابراین اولین مرحله در الگوریتم تعیین سطح خطر نانومواد، تمایز انجام فرآیند در یک سیستم بسته (گلاوباکس یا محیط کاملا آبی) با سیستم باز است. در طبقه‌بندی بعدی، فعالیت با انواع نانومواد از قبیل نانوفیبر، نانوپودر، نانوذرات در سوسپانسیون و یا ماتریکس ارزیابی می‌شوند[۱۱].

۵- جلوگیری از حریق

اقدامات ضروری برای کاهش خطر حریق نانوذرات، با کنترل مهندسی تجهیزات و روش‌های ایمن کار آزمایشگاهی صورت می‌گیرد. برخی از این رویکردها عبارت از موارد زیر هستند:

• کنترل الکتریسیته ساکن با بررسی سیم اتصال به زمین دستگاه‌ها
• جلوگیری از ایجاد جرقه ناشی از جابه‌جایی و فعالیت‌های مکانیکی،‌ با استفاده از لوازم ضدجرقه مثل کلیدها، روشنایی، تهویه و هود
• جلوگیری از پراکنده شدن ذرات نانو در محیط با استفاده از هود با فیلترهای مناسب
• عدم استفاده از تجهیزات خارج از سرویس
• جلوگیری از شوک حرارتی، مکانیکی و ورود ناگهانی جریان هوا با کاهش تدریجی خلاء در دستگاه‌های تحت خلاء
• توجه به تغییرات دمایی (سرد و گرم شدن) در بدنه دستگاه‌هایی که در معرض فشار یا تحت خلاء قرار دارند.
• جلوگیری از ورود حلال به پمپ یا قرار دادن یک مانع بین پمپ و دستگاه خلاء
• جلوگیری از انفجار با گرمایش تدریجی موادی که نیاز به حرارت دارند.
• توقف در فرآیند تبخیر محلول‌های حاوی پراکسید، آزید، بیکربنات، پرکلرات پیش از رسیدن به مرحله‌ی ماده‌ی خشک به منظور جلوگیری از تجزیه یا انفجار

به طور کلی، پژوهشگران باید با مطالعه و بررسی علمی خصوصیات مواد شیمیایی فرار، ناپایدار، مشکوک به ناپایداری، در زمان سنتز ماده ناپایدار، توجه زیادی به زمان اثر احتمالی دو یا چند ماده در یک واکنش داشته باشند[۶].

۶- جمع‌بندی و نتیجه‌گیری

اطلاعات فعلی درمورد سمیت نانومواد برای تکمیل مباحث ارزیابی دقیق خطر، کافی نیست. مقدار محدوده‌ی مناسب برای مواجهه با همه نانومواد به طور اختصاصی تعیین نشده‌است و تجهیزات مناسب برای اندازه‌گیری سطح خطر نانوذرات، در دسترس نیست. با این حال، ارزیابی‌های علمی اولیه نشان می‌دهد که تماس با نانومواد، اثرات مخربی بر وضعیت سلامتی، بهداشت و امنیت کارکنان دارد. بنابراین اولین قدم برای جلوگیری از عوارض ناشی از قرار گرفتن در معرض نانومواد، آگاهی بخشی به کارکنان و رعایت اصل احتیاط در هنگام آزمایش و تماس با مواد نانومتری است. در این مقاله یک روش علمی برای تعیین سطح خطر نانومواد و راه‌های جلوگیری از آتش‌سوزی در آزمایشگاه نانو معرفی و بحث شده‌است.

تعیین سطح خطر آزمایشگاه نانو، طبق یک رویکرد کلی، مبتنی بر وضعیت نانومواد (الیاف، پودر، سوسپانسیون و ماتریکس) و فضای محیط کار (بسته یا باز) است. پیگیری مراحل این کار، امکان اتخاذ اقدامات پیشگیرانه و حفاظتی، متناسب با هر گروه خطر، برای کارکنان و پژوهشگران فراهم می‌کند[۱۱].

برای مطالعه مطالب علمی بیشتر به صفحه مقالات آموزشی سایت باشگاه نانو مراجعه نمایید.

۷- مراجع

[۱] فرشید سلیمانی، ایرج نبی پور، فاطمه فرجی، سینا دوبرادران، اثرات نانوذرات بر انسان و محیط زیست : مروری بر سمیت، مواجهه، راه‌های کنترل خطرات و چشم‌اندازهای آینده، طب جنوب، شماره سوم، سال۹۴، صفحه ۶۳۰-۶۶۳

[۲] معصومه تاران، قاسم عموعابدینی،فائزه کاشانیان، بررسی سمیت نانوذرات در مواجهه با سلول، ایمنی زیستی، شماره اول، سال ۹۲، صفحه های ۵۵ تا ۷۰

[3]Ahn, JeongJoo, et al. "Laboratory safety and nanotechnology workers: an analysis of current guidelines in the USA." NanoEthics 10.1 (2016): 5-23.

[۴] رسول یاراحمدی، پروین مریدی، ارزیابی مدیریت بهداشت، ایمنی و محیط زیست در سایت های آزمایشگاهی – تحقیقاتی، فصلنامه بعداشت و ایمنی کار، شماره سوم، سال ۱۳۹۱، صفحه‌های ۱۱ تا ۲۶

[5]Nanomaterials Safety Guidelines, environmental health andsafty,concordiauniversity

[۶] احمد ظهیر میردامادی، یداله بالاور، دانش آزمایشگاهی ایران، شماره ۱، سال۹۶، صفحه ۳۳-۳۶

[7]Hodson, Laura, Mark Methner, and Ralph D. Zumwalde. "Approaches to safe nanotechnology; managing the health and safety concerns associated with engineered nanomaterials." (2009).

[8] Guidelines and Best Practices for Safe Handling of Nanomaterials in Research Laboratories and Industries, Nano Mission, DST, Govt of India

[9]Amoabediny, G. H., et al. "Guidelines for safe handling, use and disposal of nanoparticles." Journal of Physics: Conference Series. Vol. 170. No. 1. IOP Publishing, 2009.

[10]Working Safely with Nanomaterials, OSHAFactSheet

[11]Groso, Amela, et al. "Management of nanomaterials safety in research environment." Particle and fibre toxicology 7.1 (2010): 40.

۸- پاورقی‌ها

[1]Physicochemical

[2]Health ,Safety and Environment

[3]National Institutes of Health 

[4]National Institute of Occupational Safety and Health

[5]OccupationalSafety and Health Act

[6]Material Safety Data Sheet )MSDS(

[7]American National Fire Protection Association )NFPA(

[8] Real-time

[9]Gas phase

[10]Recommended Exposure Limit (REL).