روش‌های کنترل خطر در آزمایشگاه نانو

 ۱- مقدمه

کنترل قرارگیری در معرض احتمالی نانومواد با هدف از حذف یا کاهش مواجهه با مواد بسیار خطرناک به کار گرفته ‌‌می‌شود. روش‌های مختلف کنترلی شامل کاهش میزان استفاده، جایگزینی مواد خطرناک، کنترل مهندسی، مدیریت و استفاده از شیوه‌های کاری مناسب است. سلسله مراتب کنترلی در شکل1 نشان داده شده‌است. دانشگاه‌ها و آزمایشگاه‌های نانو، با پیروی از اصول ایمنی و بهداشت در محیط کار سه نهاد دولتی NIOSH ،OSHA ،NIH، قوانین اختصاصی، الگوهای ایمن و مناسبی برای شیوه‌ی کار استاندارد و متناسب با شرایط هر آزمایشگاه تدوین می‌کنند[۱].

هنگام انتخاب اقدامات احتیاطی باید به محدودیت‌های احتمالی زیر توجه شود:

• ماهیت و دامنه‌ی اقدامات باید متناسب با سطح حفاظت انتخاب شده و وسعت آسیب وارد شده (به عنوان مثال شدت، برگشت‌ناپذیری، ماندگاری زمانی و موقعیت مکانی) باشد.
• اقدامات باید با درنظرگرفتن هزینه‌ها و مزایای مقرون به‌صرفه انتخاب شود و با توجه به اطلاعات و درک شرایط، به طور مداوم مورد بازنگری قرار بگیرد.

با توجه به جایگاه ویژه‌ی ایران در فناوری نانو و رشد سریع در فعالیت‌های پژوهشی و صنعتی، به حداقل رساندن خطرات ناشی از نانوذرات در محیط‌های علمی و شغلی، یک اولویت مهم محسوب می‌شود. به منظور رفع خطرات احتمالی بهداشت و ایمنی کارکنان، با بررسی اسناد کشورهای مختلف درمورد شیوه‌های کاربری مواد در فناوری نانو، دستورالعمل‌های مناسبی برای استفاده یا دفع نانوذرات صادر شده‌است[۲].

شکل ۱- سلسله مراتب اقدامات کنترل خطر در آزمایشگاه نانو

۲- کنترل جایگزینی یا کاهش

بسیاری از مواد شیمیایی خطرناک، در حالی به طور مرسوم استفاده می‌شوند که مواد کم‌خطرتر از آن‌ها به عنوان جایگزین می‌تواند به کار گرفته شود. در این روش کنترلی، با حذف مواد سمی یا جایگزین کردن موارد مناسب‌تر با مواد خطرناک، تا حد زیادی از خطر مواجهه با نانومواد جلوگیری می‌شود. جایگزینی مواد شیمیایی و فرآیندهای کم‌خطر برای مواد خطرناک، مزایای زیادی از قبیل حذف خطر مواد سمی، تولید زباله و هزینه‌های مربوط به دفع آن را به همراه دارد. جایگزینی، یک فرآیند پیچیده است که نیاز به تحقیق و آزمایش دارد. در بررسی و انتخاب ماده‌ی شیمیایی جایگزین، علاوه بر سمیت، باید مسیرهای ورود ماده به سامانه، فشار بخار، اشتعال‌پذیری، اندازه ذرات، دفع ایمن و بسیاری از موارد دیگر، اهمیت ویژه‌ای دارد[۱]. نمونه‌هایی از جایگزینی‌های رایج از این قبیل است:

• استفاده از سوسپانسیون به جای نانوپودر
• استفاده از حلال‌های با سمیت کمتر در فرآیندهای واکنشی

تا زمانی که اطلاعات بیشتر در دسترس نباشد، باید در هنگام استفاده از نانومواد، اقدامات احتیاطی انجام شود. با این حال در همه دستورالعمل‌ها این روش کنترلی همواره قابل اجرا نیست[۳].

۳- کنترل مهندسی

کنترل مهندسی در هر محیطی که نانومواد در آن ذخیره یا مورد استفاده قرار می‌گیرد برای حفظ ایمنی کارمندان دانشجویان و بازدیدکنندگان ضروری است. در بیشتر فرآیندها و مسئولیت‌های شغلی، قرارگرفتن در معرض نانوآئروسل‌ها، با طیف وسیعی از تکنیک‌های مهندسی کنترل می‌شود[۱]. این موارد شامل جداکردن منبع تولید از کارگر، تهویه، فیلتراسیون موضعی و تجهیزات حفاظت فردی است.

شکل ۲- کنترل‌های مهندسی و خطر مواجهه با نانوذرات[۳].

 استفاده از گلاوباکس[۴]، هود مجهز به فیلتر هوای ذرات با راندمان بالا ^[۱] برای فعالیت‌هایی که پتاسیل تولید ذرات معلق در هوا به صورت مایع یا به شکل پودر دارند، توصیه می‌شود [۵]. .برای مثال در هنگام الزام تماس با نانوپودر، سنتز نانوذرات در فاز جامد و یا مخلوط کردن مایعات حاوی نانوذرات،نباید از هودهای جریان هوای افقی استفاده شود، زیرا این دستگاه‌ها جریان هوا را به سمت کاربر هدایت می‌کنند. فعالیت در محیط بسته مثل گلاوباکس، استفاده از ظرف قفل شده برای جمع‌آوری نانوذرات از رآکتور، تا حد زیادی میزان مواجهه با نانومواد را کنترل می‌کند [۶].

شکل ۳- مثال‌هایی از سامانه‌های بسته [۳]

سیستم تهویه عمومی به تنهایی قادر به فیلتراسیون نانوذرات نیست. بنابراین توصیه می‌شود در هنگام آزمایش در محیط باز، به منظور حذف آئروسل و جلوگیری از انتشار نانوذرات در محیط، از سیستم تهویه موضعی با فیلترهای HEPA یا ULPA (نفوذ بسیار کم هوا)استفاده شود [۱] که به طور مهندسی در نزدیک‌ترین فاصله‌ی ممکن با منبع نانومواد و به طور صحیح نصب شده باشد [۷].

شکل ۴- روش‌های کنترل ایمنی: کابینت ایمنی نانو، فیلتر HEPAبالای میز، کابینت زیستی [۳].

رفتار نانوذرات بسته به ابعاد و میزان تراکم بسیار متفاوت است. نانوذرات بدون اگلومره شدن، در هوا تقریبا مثل گازها رفتار می‌کنند بنابراین به سرعت در مسافت‌های طولانی پخش می شوند. به همین دلیل سیستم‌های کنترل مهندسی مانند محفظه‌ی کار و تهویه باید مطابق با خصوصیات گازی و ذرات نانو طراحی شود[۱]. تجهیزات آزمایشگاهی و سیستم‌های تهویه که در آزمایشگاه نانو مورد استفاده قرار می‌گیرند، باید با رطوبت و رسوبگرهای الکترواستاتیک پاکسازی شوند[۱]. فیلتر HEPA باید پیش از هرگونه تعمیر، دفع و یا استفاده مجدد به خوبی تمیز شوند. تعمیر، نگهداری منظم و نظارت دوره‌ای در هر سال یکبار، برای اطمینان و حفظ عملکرد و کنترل مهندسی دستگاه‌ها ضروری است. با تنظیم امکان کنترل از راه دور تجهیزات سنتزی، مواجهه با نانومواد به حداقل می‌رسد [۷].

با استفاده از دستگاه ضد الکتریسیته ساکن، در هنگام کار با پودر ذرات خشک، تا حد زیادی می‌توان از پراکنده شدن ذرات در هوا جلوگیری کرد. سطوح کفی مخصوص برای مکان‌هایی که به طور سخت‌گیرانه نیاز به کنترل گرد و غبار دارند، به کار می‌روند (شکل۴).

شکل ۵- سمت راست تصویر دستگاه ضد الکتریسیته ساکن، سمت چپ تصویر سطوح چسبنده با قابلیت جدا کردن آلودگی‌های کف کفش [۳].

درهنگام کار با حیوانات آزمایشگاهی قبل از هرگونه تزریق یا تیمار حیوانات با نانوذرات، با دنبال کردن دستورالعمل‌های مناسب دست‌ورزی حیوانات مدل، حیوانات را با شیوه‌ی مخصوص خود مهار یا آرام کنید تا خطر تماس تصادفی پوست انسان با سوزن آلوده کاهش یابد. شستشوی مکرر دست‌ها به خصوص پیش از خوردن غذا، باید به دقت انجام شود. در آزمایشگاه‌هایی که نانومواد مورد استفاده یا ذخیره قرار می‌گیرد باید یک ایستگاه شستشوی چشم مجهز وجود داشته باشد که با الزامات اداره ایمنی و بهداشت حرفه‌ای (OSHA) و انستیتوی استاندارد ملی آمریکا (ANSI) مطابقت دارد [۵].

۴- کنترل مدیرتی و شیوه ی کار

در برخی شرایط به دلیل عدم دسترسی به فناوری و تجهیزات برتر، هزینه‌های بالا و با توجه به این که هنوز حد مجاز مواجهه با بسیاری از نانومواد تعیین نشده است، باید روش‌های کنترل مدیریتی در تمام فعالیت آزمایشگاهی درنظر گرفته شود. پیش از توسعه‌ی آزمایش‌های نانو، محققان باید از روش‌های استاندارد عملکردی ^[۲] در سنتز و استفاده از نانومواد استفاده کنند. .برنامه‌ی ایمنی آزمایشگاه نیز باید اصلاح شود تا شامل ملاحظات بهداشتی و ایمنی نانومواد برای تمام کارکنان و پژوهشگران باشد. تلاش در جهت کاهش زمان مواجهه، به حداقل رساندن تعداد کارکنان، محدود کردن دسترسی در محیط‌های کاری ویژه، آموزش کارکنان، بازرسی های متناوب و برنامه‌ریزی شده از دستگاه ها، تعمیرات پیشگیرانه منظم و تدوین برنامه کنترل وضعیت سلامتی کارکنان از وظایف مدیریت آزمایشگاه است [۸]. همچنین سازمان حمایت از حقوق حیوانات آزمایشگاهی باید روش کار مطالعات‌ درون‌تنی نانومواد را بررسی و تصویب کند.

۱-۴- آموزش

به‌طور کلی با به‌کارگیری شیوه‌های ایمن کار، خطر قرارگرفتن در معرض نانومواد را به حداقل می‌رسد. اطلاعات لازم از جمله خطرات سلامتی و ایمنی نانومواد، روش‌های استاندارد آزمایش‌های علمی نانو، دقت در انجام تزریق و اقدامات اورژانسی در صورت بروز حادثه، باید به تمام کارکنان آزمایشگاه آموزش داده شود[۵]. بنابراین درضمن آموزش پرسنل مشغول به کار با نانومواد، باید موضوعات مورد توجه قرارگیرد:

• تعریفن انوذرات
• روش‌های استاندارد استفاده ایمن از نانومواد (SOP)
• خطرات، سمیت و برگه‌های SDS مواد مورد استفاده
• استفاده از تجهیزات حفاظت شخصی (PPE)
• کنترل‌های مهندسی و نگهداری تجهیزات
• اقدامات اورژانسی در زمان ریخت‌وپاش یا آزاد شدن مواد آلاینده و روش‌های رفع آلودگی
• مدیریت پسماند (برچسب زدن به زباله‌های نانومواد، روش‌های دفع ایمن و بهداشتی پسماندها در زمان مشخص)
• ارزیابی مواجهه با نانوذرات با روش‌های سنتی و دستگاهی
• تنظیم مقررات و احتیاط‌های ایمنی ویژه و مطابق با شرایط آزمایشگاه [۶].

۲-۴- مدیریت فضای آزمایشگاه

مدیریت مناسب در آزمایشگاه‌های حوزه‌ی فناوری نانو، می‌تواند خطر قرار گرفتن در معرض نانوموارد را به حداقل برسانند. برای مثال، یک کارفرما باید دقت داشته‌ باشد که:

• فیلتر HEPA باید دارای برچسب "فقط برای استفاده از نانوذرات" باشد و فقط برای این منظور باید استفاده شود.
• جاروکردن یا گردگیری به روش خشک و استفاده از هوای تحت فشار، دمنده‌ها و یا مکنده‌های معمولی باعث تولید ذرات معلق در هوا شده و استفاده از آن‌ها ممنوع است. بنابراین در پایان هر روز با استفاده از سیستم‌های مکنده مرکزی مجهز به فیلترهای HEPA، تمام سطوح کاری که احتمال آلودگی به نانوذرات دارند (یعنی نیمکت‌ها، ظروف شیشه‌ای، دستگاه، هودهای خروجی وتجهیزات پشتیبانی) را تمیز کنید.
• دقت داشته باشید که موتورهای الکتریکی جاروهای صنعتی ممکن است باعث آتش‌سوزی نانومواد قابل اشتعال شود [۸].
• شستشو با حلال، سوزاندن، حل کردن به کمک اسید و تمیز کردن به روش پلاسما از دیگر رویکردهای پاکسازی تجهیزات آلوده از نانومواد است.
• مواد تمیز شده استفاده شده را مطابق دور ریز زباله‌های خطرناک دفع کنید [۶].

۳-۴- شیوه‌های کار

درصورت امکان نانومواد را درون محلول یا به صورت چسبیده به سطح نگه دارید تا از انتشار ذرات ریز به هوا جلوگیری کنید. قبل از استفاده از ماده شیمیایی یا نانومواد، برگه داده ایمنی مواد (MSDS) را بررسی کنید.

• هنگام کار با نانومواد محلول در مایعات
  • از دستکش‌هایی استفاده کنید که برای دست زدن به مایعات مناسب باشند.
  • از ایجاد تلاطم و آشفتگی در سطح مایعات خودداری کنید تا قطرات مایع در هوا پراکنده نشوند.
  • قطرات ریزی که از ظرف مایع خارج می‌شوند، پیش از تبخیر و یا پراکنده شدن در محیط، با روش‌های مخصوص پاکسازی کنید.

• هنگام کار با نانومواد در راکتورهای فاز گاز
  • در یک سامانه بسته با فشار معادل یا کمتر از اتمسفر جو کار کنید.
  • در فواصل بین هر راه‌اندازی دستگاه، هرگونه نشتی و خروجی دستگاه را بررسی کنید.
  • هنگام کار با سیستم‌های با فشار مثبت، از قوانین ایمنی استاندارد پیروی کنید.
  • برای تنظیمات فشار مثبت کوچک، یک هود بخار بسته کافی است.
  • یک فیلتر HEPA در قسمت خروجی این سامانه نصب کنید تا هوای آلوده به ذرات، قبل از وارد شدن به هود بخار و خروج از سامانه، از ذرات نانو پاکسازی شود.

• هنگام کار با پودرهای نانومواد
  • پودر نانومواد را به طور انحصاری در یک هود بخار بسته یا یک ظرف محصور مثل گلاوباکس، کنترل کنید.
  • اگر ناچار هستید که در محیط باز فرآیندی را انجام دهید، می‌توانید از فیلترهای تنفسی رده P۳ که حداقل ۹۹/۹۵٪ از ذرات موجود در هوا را فیلتر می‌کنند، استفاده کنید.
  • برای اهداف مشخصه‌یابی مثلآ نالیز XRD، از یک قطره روغن برای احاطه کردن پودر استفاده کنید تا از انتشار ذرات پودری جامد در فضای محیط جلوگیری کنید.
  • تمام قسمت‌هایی که با نانوذرات و لکه‌ها در تماس بوده ‌است را با استفاده از روش‌های محافظتی مناسب تمیز کنید [۶].

۴-۴- نظارت پزشکی

با اجرای برنامه پایش سلامت، مواجهه‌ و تماس کارکنان با نانومواد ارزیابی می‌شود. با توجه به مسائل مربوط به اصول اخلاقی، استقلال و رعایت حریم خصوصی افراد، هرگونه غربالگری پزشکی و پایش سلامت کارکنان باید داوطلبانه صورت بگیرد. طبق نظر OSHA کارفرمایان می‌توانند با فراهم کردن فرصتی برای مشاوره و معاینه پزشکی برای تصمیم‌گیری داوطلبانه به کارکنان کمک کند [۱].

• چندین بیماری احتمالی مانند پاسخ ایمنی مزمن به التهاب، آلرژی، اختلالات عصبی، تنفسی و مرتبط با دستگاه گوارش، انواع مختلفی از سرطان‌های ناشی از حمله اکسیداتیو به DNA و آسیب‌های بافتی، با افزایش مصرف نانومواد در حال ظهور هستند.
• برنامه منظم پایش سلامت و بررسی منظم عملکردهای ریوی، کلیوی، کبد و خونریزی برای همه‌ی کارکنان آزمایشگاه‌های نانو توصیه می‌شود.
• تشخیص زودهنگام مشکلات سلامتی با کمک پایش منظم بهداشت فردی صورت می‌گیرد و احتمال آسیب دراز مدت را به طورچشمگیری کاهش می‌دهد [۳].
• ارزیابی شرایط محل کار و پتانسیل مواجهه کارکنان با نانومواد به صورت دوره‌ای انجام شود[۶] و با استفاده از نشانگرهای زیستی، میزان اثربخشی انواع روش‌های کنترلی به‌کارگرفته‌شده را می‌توان بررسی کرد.
• تجهیزات ایمنی مورد نیاز جهت شستشوی چشم، دوش ایمنی، خاموش‌کننده‌های چندمنظوره‌ی حریق، کیت کمک‌های‌اولیه و تجهیزات حفاظت فردی، در شرایط اضطراری مثل ریختن یا پراکنده‌شدن ذرات در محیط کار باید به صورت کامل و سالم در دسترس عموم کارکنان قرار داشته‌باشد.
• درصورتی‌که هر یک از کارکنان به طور تصادفی در تماس با نانومواد قرار گرفتند، هرچه زودتر جهت بررسی و مراقبت‌های پزشکی احتمالی به نزدیک‌ترین مراکز درمانی اعزام شوند [۸].

۵- جمع‌بندی و نتیجه‌گیری

در این مقاله با توجه به دانش فعلی درمورد مسائل بهداشت و ایمنی نانوذرات مهندسی شده، دستورالعمل‌هایی درمورد چگونگی انتخاب اقدامات کنترل خطر و مدیریت ایمنی در هنگام مواجهه با نانوذرات ارائه می‌شود[۹]. حذف یا تعویض مواد خطرناک، اصلاح سطحی به منظور کاهش اثرات سمی ذرات از موثرترین راه‌های جلوگیری از مواجهه با نانومواد است. اقدامات مهندسی از طریق سیستم‌های تهویه مجهز به فیلترهای نانوذرات، محفظه‌های ایمنی برای انجام کار (مثل گلاوباکس، کابینت‌های ایمنی نانو و کابینت‌های ایمنی زیستی) تا حد زیادی خطر قرار گرفتن در معرض نانومواد را کاهش می‌دهد. آموزش کارکنان با اطلاعات سمی و ایمنی نانومواد، ارائه مقررات استاندارد کار و روش‌های محافظت فردی و طراحی رویکردهای آزمایشگاهی ایمن، راندمان بالایی در سلسه مراتب کنترل خطرات آزمایشگاه نانو دارد.

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

۶- مرجع

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

[2] 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.

[3]Nanomaterials Safety Guidelines, environmental health and safty, concordia university,2017

[4]Working Safely with Nanomaterials, OSHAFactSheet,2013

[5]Nanoparticles Safety Guide, the university of texas.

[6] Guidelines and Best Practices for Safe Handling of Nanomaterials in Research Laboratories and Industries, Nano Mission, DST, Govt of India,2016

[7]  Nanotoolkit, California Nanosafety Consortium of Higher Education, 2012

[۸] فریده گلبابایی، عبدالرسول رحمانی، دستورالعمل بهداشت و ایمنی کار با نانومواد در محیط‌های آزمایشگاهی، شبکه ایمنی نانو ایران، سال ۹۲

[9]Oksel, Ceyda, et al. "RISK MANAGEMENT OF NANOMATERIALS." (2017).

۷- پاورقی‌ها

[1]HEPA

[2] standard operating procedure (SOP)