Nano có kích thước rất nhỏ khoảng từ 1 – 100 nanomet
Trên phương diện “sức khoẻ và an toàn chức nghiệp” (occupational health and safety), người ta vẫn chưa hiểu rõ những tác hại nào có thể xảy ra khi hạt nano đi vào cơ thể mà không bao giờ bị phân hủy theo quá trình chuyển hóa tự nhiên (metabolism). Hiện nay vẫn chưa có một quy định chặt chẽ nào cho việc sử dụng và xử lý các sản phẩm vật liệu nano, điển hình là ống than nano và hạt nano. Song song với những tiến bộ khoa học, khả năng tác hại của những mối nguy hiểm ẩn tàng cần phải đặc biệt cảnh giác.
Một trong những ứng dụng quan trọng của các vật liệu nano là việc tải thuốc đến tế bào ung thư. Hạt nano và ống than nano là hai loại vật liệu được nghiên cứu nhiều nhất được dùng làm mặt nền (platform) tải thuốc và được chức năng hoá với những nhóm chức (functional group) thích hợp để cảm nhận độ PH, nhiệt và kích động sự nhả thuốc khi gặp mục tiêu.
Chúng giống như những chiếc tàu ngầm tí hon được bơm vào mạch máu, len lỏi vào các tế bào để tiêu diệt các tế bào bệnh nhưng chừa lại tế bào tốt. Ống than nano có tác dụng như cây kim đi xuyên qua tế bào mục tiêu và sau đó được kích hoạt nhả thuốc. Hiện nay, hạt sinh học lyposome chính thức được dùng để tải thuốc trị ung thư doxorubicin. Nhưng lyposome chỉ có thể tải 8 - 10 wt% thuốc trong khi ống than nano có thể tải đến 60 wt%. Ngoài ra, thuốc được tải bằng ống than nano có thể được phóng thích dễ dàng qua sự kích hoạt của tia cận hồng ngoại.
Dù có nhiều ưu điểm hơn liposome, ống than nano vẫn chưa hội đủ điều kiện cần thiết để đưa vào cơ thể con người. Thứ nhất, khi ống than nano đi vào cơ thể thì nó phải có sự tương thích sinh học (biocompatibility), không gây độc tính và dị ứng đối với cơ thể. Thứ hai, sau khi hoàn thành sứ mạng tải và nhả thuốc ống than nano phải tự phân hủy và những chất phân hủy không phải là độc tố và cần được thải ra ngoài.
Ống than nano chưa thỏa mãn hai điều kiện này. Việc thực dụng hóa trong y học sẽ bế tắc nếu hai điều kiện cơ bản trên không được giải quyết. Nhưng đã có một số công trình, dù rất khiêm tốn, được thực hiện nhằm thay đổi bề mặt của ống than nano để gia tăng tính tương thích và tự phân hủy. Một công trình nổi bật là gắn nhóm chức lên trên ống than nano và qua nhóm chức phản ứng phân hủy xảy ra dưới sự chi phối của các enzyme trong cơ thể động vật.
Tính tương thích sinh học và độc tính của các vật liệu nano bao gồm hạt nano và carbon nano (fullerene, ống than nano, graphene) là một đề tài được công chúng đặc biệt quan tâm. Có một lúc, cụm từ “công nghệ nano” được các doanh nghiệp in lên nhãn mác để lăng xê sản phẩm của mình. Nhưng gần đây, trên nhiều mỹ phẩm hay kem chống nắng lại được ghi là “không sử dụng vật liệu nano”. Giới tiêu dùng rất hoang mang vì không rõ thực hư thế nào.
Tuy rằng đã có nhiều công trình khảo sát vật liệu nano trong cơ thể sinh vật, từ nhiều năm qua số liệu thực nghiệm vẫn chưa đáp ứng kịp với sự đa dạng càng ngày càng gia tăng của sản phẩm và vật liệu nano. Ngoài ra, các kết quả lắm khi mâu thuẫn bởi phương thức thực nghiệm không giống nhau giữa các nhóm nghiên cứu. Trong nhiều hội thảo khoa học, độc tính nano lúc nào cũng là một đề tài nóng và thường đưa đến những cuộc tranh luận gay gắt giữa các nhà khoa học, luật sư và công đoàn.
Trong trường hợp ống than nano, khả năng phát viêm gây ung thư phổi giống như sợi a-mi-ăng (asbestos) là một quan ngại sâu xa trong các ứng dụng y học cũng như trong sản xuất và xử lý công nghiệp. Ngoài ra, như được đề cập ở trên việc giảm thiểu độc tính và gia tăng tính tự phân hủy bằng phương pháp chức năng hoá bề mặt ống với nhóm chức thích hợp cũng đã được chứng thực. Nhưng đây chỉ là bước đầu của một con đường dài trước mắt.
Độc tính của graphene trở thành một vấn đề cần được khảo sát cẩn thận và có hệ thống. Theo thống kê, số lượng sản xuất graphene toàn cầu đã tăng lên đến 15 tấn trong năm 2011 và tiếp tục gia tăng, nhưng dữ liệu độc tính của graphene vẫn còn trong tình trạng sơ đẳng. Một số cơ sở nghiên cứu trên thế giới đã thực hiện nhiều khảo sát độc tính trong môi trường, trên mô sinh vật hay trong cơ thể sinh vật nhưng vẫn chưa đạt được sự đồng thuận và thống nhất giữa các nhóm nghiên cứu. Thậm chí, có những kết quả thực nghiệm mâu thuẩn nhau gây ra nhiều tranh cãi.
Việc này đã xảy ra với ống than nano mà phần lớn do điều kiện thí nghiệm khác nhau và mẫu vật liệu khác nhau. Hiện nay một tiêu chuẩn và quy định quốc tế chung cho các thí nghiệm độc tính vẫn chưa được thiết lập. Ngoài ra, những yếu tố vật lý như số lớp (layer) của graphene, diện tích bề mặt hay các yếu tố hóa học như đặc tính bề mặt, sự hiện diện của oxy, hydroxide hay những nhóm chức năng trên bề mặt có ảnh hưởng sâu sắc đến những tác động sinh học của graphene. Vì vậy, sự liên hệ giữa cấu trúc và độc tính là một yếu tố quan trọng và cũng là một thách thức trong việc khảo sát độc tính graphene có hệ thống.
Trong một bài báo cáo của một nhóm nghiên cứu tại Đại học Brown (Mỹ), kết quả sơ bộ cho thấy graphene có tác dụng như chiếc lưỡi lam nano. Khi những mảnh graphene ở độ lớn khoảng 10 micomét có nhiều góc cạnh đặt trong tế bào phổi hay da con người, chúng có thể cắt xuyên tế bào để đi vào trong. Ngoài ra, sự khác biệt về độc tính giữa graphene và GO được xác nhận trong mẫu tế bào phổi của chuột. Trong khi graphene không cho tác dụng xấu thì GO gây thương tích và phát viêm trong tế bào. Chức năng hóa bề mặt nhằm tạo đặc tính tương thích sinh học và phân hủy sinh học (biodegardation) cho các ứng dụng sinh học và giảm thiểu độc tính đã cho nhiều kết quả tốt đẹp. Thí dụ, GO đã được phủ một lớp polymer như poly (ethylene glycol) hay chitosan có thể gia tăng tính tương thích sinh học và kéo dài thời gian hiện diện của GO trong môi trường sinh học.
Mặc dù có nhiều thí nghiệm về độc tính của graphene hay GO trên mô sinh vật (in vitro) hay trong sinh vật sống (in vivo), theo sự tìm hiểu của người viết trên các tư liệu nghiên cứu cho đến năm 2017, không thấy có báo cáo về những dấu hiệu đưa đến khả năng gây ung thư của graphene hay GO. Điều này tương phản với ống than nano; có một số ống than nano hành xử giống như sợi a-mi-ăng cho thấy sự phát viêm trong mô sinh vật.
Đây là một tin mừng cho graphene, nhưng không có nghĩa graphene là chất hoàn toàn vô hại. Người xưa có câu “dĩ độc trị độc”. Như đề cập bên trên graphene có tác dụng như lưỡi lam nano có thể cắt lớp da tế bào đi vào trong gây xáo trộn những quá trình sinh học của tế bào. Tuy nhiên, người ta có thể dùng đặc tính này để tải thuốc, nhất là các loại thuốc chống ung thư như doxorubicin. Các phân tử thuốc được cài lên bề mặt graphene và được đưa vào trong tế bào ung thư cho việc trị liệu.
Ngành nghiên cứu độc tính nano (nanotoxicology) đã xuất hiện. Những công trình về độc tính, tính tương hợp, cơ cấu phân hủy trong cơ thể đang gia tăng rất nhanh nhưng vẫn chưa bắt kịp với số lượng sản xuất và sử dụng vật liệu nano. Các ứng dụng của công nghệ nano trong lĩnh vực gia cường vật liệu, năng lượng, điện tử, quang điện tử, vi tính đã được thương mại hóa và xuất hiện trên thị trường. Nhưng ở thời điểm hiện tại các vật liệu nano bao gồm hạt nano, ống than nano và graphene vẫn còn được xét nghiệm và chưa sẵn sàng cho các ứng dụng y học có tiếp xúc với cơ thể con người./.
