Gıda Sektöründe Nanoteknoloji Uygulamaları ve Riskler
Transkript
Gıda Sektöründe Nanoteknoloji Uygulamaları ve Riskler
Türkiye’de Gıda Sektöründe Nanoteknoloji ve İnsan Sağlığı Gıda Sektöründe Nanoteknoloji Uygulamaları ve Riskler Doç. Dr. Gürer G. Budak (MD, PhD, EMBA) Başkan; Uluslararası Nanotıp Akademisi (IANM) Genel Kurul Üyesi; Avrupa Birliği Nanotıp Teknoloji Platformu (ETP‐NM) Üye; NATO HFM 177 RTG Başkan; MSB Ar‐Ge KBRN‐TP Biyolojik Çalışma Grubu 15.05.2012 ‐ İstanbul Gıda Sektöründe Nanoteknoloji Uygulamaları ve Riskler Gelecek 10 yılda sosyo‐ekonomik etkisi en fazla olacak alanlar (*) (*)The Institute for Global Futures Gıda Sektöründe Nanoteknoloji Uygulamaları ve Riskler SORU: Nanoteknolojinin sosyo‐ekonomik etkisi neden önemlidir? 1‐ Nanoteknoloji organik ve inorganik maddeler üzerinde atomik seviyede yeni tasarımlar‐üretimler yapmaya fırsat vermektedir. 2‐ Nanoteknoloji uygulamaları tüm alanlarda temel bilimsel kuramları ve üretim teknolojilerini değiştirmektedir. Gıda Sektöründe Nanoteknoloji Uygulamaları ve Riskler ¾2010 yılında nanoteknoloji temelli son ürünlerin global ekonomideki katma değeri 150 milyar USD oldu (*) ¾Bu değer 2014 yılında 2.6 trilyon USD olacak (**) (National Science Foundation (NSF) 2001 yılında yaptığı 2015 yılı projeksiyonu 1 trilyon USD) (*) Mitsubishi Institute (**) Lux Research Gıda Sektöründe Nanoteknoloji Uygulamaları ve Riskler Sanayide Nanoteknoloji Uygulamaları (nanoteknoloji yatırımı yapan bazı firmalar) Gıda Sektöründe Nanoteknoloji Uygulamaları ve Riskler European Commission, DG Research, Unit “Nano S&T ‐ Convergent Science and Technologies” Dünyada nanoteknoloji market projeksiyonu (2015) (milyar USD) Gıda Sektöründe Nanoteknoloji Uygulamaları ve Riskler Türkiye %33 %20 %35 15 Gıda Sektöründe Nanoteknoloji Uygulamaları ve Riskler Gıda Sektöründe Nanoteknoloji Uygulamaları ve Riskler Gıda ve Tarım Sektöründe Nanoteknoloji Uygulamalarının Avantajları Sosyal ¾Yüksek teknolojili tarımsal üretime olanak vermesi ¾Üretimin objektif kriterlerle denetlenmesi ¾Gıda kalitesi ve güvenliğinin artması ¾Çiftçinin ve tüketicilerin sağlığının korunması ¾Küçük üreticinin korunabilmesi ¾Eğitimli, bilinçli çiftçilerin desteklenebilmesi Çevre ¾Pestisit ve zirai ilaç kullanımını azaltması ¾Çevrenin korunması Ekonomik ¾Ürünlerin verimliliğinin arttırılması ¾İyi tarım ürünlerine yönelik tüketici talebinin arttırılması ¾Ürünün pazarda uygun değerden satılması ¾Dış pazarlara ihracatın kolaylaşması Gıda Sektöründe Nanoteknoloji Uygulamaları ve Riskler Gıda ve Tarım Sektöründe Nanoteknoloji Uygulamalarının Avantajları Gıda Sektöründe Nanoteknoloji Uygulamaları ve Riskler Gıda ve Tarım Sektöründe Nanoteknoloji Uygulamaları 1‐ Tarımsal Üretim • • • • • Nanopestisit ve Nanoherbisitler (düşük doz, yüksek etkinlik) Nanofertilizörler (kontrollü salınım, düşük doz, nitrojen kaybında azalma, verim artışı) Nanosensörler (mikro‐iklim şartları, pestisit, hastalık ve zararlıların saptanması) Akıllı ilaç dağılım sistemleri (bitki hastalıklarının düşük doz ilaçlarla ve yüksek oranda tedavisi) Nanokaplamalar (titanium dioxide, depolamada ortam kontaminasyonunun önlenmesi) Gıda Sektöründe Nanoteknoloji Uygulamaları ve Riskler Gıda ve Tarım Sektöründe Nanoteknoloji Uygulamaları 1‐ Tarımsal Üretim • • • • • Nanopestisit ve Nanoherbisitler (düşük doz, yüksek etkinlik) Nanofertilizörler (kontrollü salınım, düşük doz, nitrojen kaybında azalma, verim artışı) Nanosensörler (mikro‐iklim şartları, pestisit, hastalık ve zararlıların saptanması) Akıllı ilaç dağılım sistemleri (bitki hastalıklarının düşük doz ilaçlarla ve yüksek oranda tedavisi) Nanokaplamalar (titanium dioxide, depolamada ortam kontaminasyonunun önlenmesi) Gıda Sektöründe Nanoteknoloji Uygulamaları ve Riskler Gıda ve Tarım Sektöründe Nanoteknoloji Uygulamaları 1‐ Tarımsal Üretim • • • • • Nanopestisit ve Nanoherbisitler (düşük doz, yüksek etkinlik) Nanofertilizörler (kontrollü salınım, düşük doz, nitrojen kaybında azalma, verim artışı) Nanosensörler (mikro‐iklim şartları, pestisit, hastalık ve zararlıların saptanması) Akıllı ilaç dağılım sistemleri (bitki hastalıklarının düşük doz ilaçlarla ve yüksek oranda tedavisi) Nanokaplamalar (titanium dioxide, depolamada ortam kontaminasyonunun önlenmesi) Gıda Sektöründe Nanoteknoloji Uygulamaları ve Riskler Gıda ve Tarım Sektöründe Nanoteknoloji Uygulamaları 2‐ Gıda Güvenliği ve Beslenme • • • • • Nanokaplamalar (Nanocomposites, gıda paketleme ve taşınmasında kontaminasyonun önlenmesi) Nanodiyagnostikler (Real‐time PCR, tür tayini, gıda patojen ve mikroorganizmalarının saptanması) Nano‐besin katkıları (hayvan yemlerine bağlı hastalıkların azalması, aflatoksin eradikasyonu) Akıllı ilaç dağılım sistemleri (hayvan hastalıklarının düşük doz ilaçlarla ve yüksek oranda tedavisi) Nanosensörler (mikro‐iklim şartları, pestisit, hastalık ve zararlıların saptanması) Gıda Sektöründe Nanoteknoloji Uygulamaları ve Riskler Gıda ve Tarım Sektöründe Nanoteknoloji Uygulamaları 3‐ Su Güvenliği • • Nanofiltrasyon (carbon nanotubes, nanoporous ceramics, magnetic nanoparticles) Detoksifikasyon (nanoscale zeolites, metal oxides, carbon nanotubes, nanofibers) Gıda Sektöründe Nanoteknoloji Uygulamaları ve Riskler Risk var mı? Gıda Sektöründe Nanoteknoloji Uygulamaları ve Riskler Risk var mı? Nano-Fashion Nano-Fobia Gıda Sektöründe Nanoteknoloji Uygulamaları ve Riskler Gıda Sektöründe Nanoteknoloji Uygulamaları ve Riskler Gıda Sektöründe Nanoteknoloji Uygulamaları ve Riskler -Dr. Gürer G. Budak (Moderatör): -Dr. Volkan Özgüz: -Dr. Yusuf Menceloğlu: -Dr. Umut Ekmekçi: -Murat Oğuz Arcan: Gıda Sektöründe Nanoteknoloji Uygulamaları ve Riskler Nanomalzemelerin Fizyopatolojik Etkileri Doğal Nanomalzeme ? – Üretilmiş Nanomalzeme ? Variables prior to cell experiments Variables during the cell experiments NP type Cell type NP size Cell number NP charge Incubation time NP shape Incubation temperature NP concentration (mg/ml) Experimental medium type (eg, PBS, cell media) Number of washing steps Note: Standard protocols will be applied to the cell samples for flourescence and TEM imaging (fixation, postfixation steps) Experimental medium pH Determination Methods For qualitative analysis: TEM For quantitative analysis: Flourescence, UV-Vis and ICP-MS Gıda Sektöründe Nanoteknoloji Uygulamaları ve Riskler Nanomalzemelerin Fizyopatolojik Etkileri Nano-barriers for nano-carriers BBB ~35 nm renal ~ 8-12 nm Alveolar ~10-24 nm Dermal ~ 20-30 nm (flexible) GI mucosal <500 nm Gıda Sektöründe Nanoteknoloji Uygulamaları ve Riskler Nanomalzemelerin Fizyopatolojik Etkileri Cell membrane: endocytosis up to ~ 100 nm Nuclear membrane <40 nm Approx 99% dose of any administered medicinal drug does not hit its target and just stays in body cells and tissues Gıda Sektöründe Nanoteknoloji Uygulamaları ve Riskler Nanomalzemelerin Fizyopatolojik Etkileri •Polymer conjugates and bio-conjugates •Biodegradable nanoparticles/nanocapsules •Virus-like particles for gene delivery •Delivery of small nucleic acids or mimetics •Delivery of vaccines •Synthetic biomimetics © G. M. J. Segers-Nolten, V. Subramaniam, University of Twente © Scientific American •Liposomes •Micellular and micro-emulsion Systems •Liquid crystal based formulations •Nanocrystals •Antibodies and conjugates •Naturally occurring proteins as delivery systems Gıda Sektöründe Nanoteknoloji Uygulamaları ve Riskler Nanomalzemelerin Fizyopatolojik Etkileri Gıda Sektöründe Nanoteknoloji Uygulamaları ve Riskler Nanomalzemelerin Fizyopatolojik Etkileri Gıda Sektöründe Nanoteknoloji Uygulamaları ve Riskler Nanomalzemelerin Fizyopatolojik Etkileri Gıda Sektöründe Nanoteknoloji Uygulamaları ve Riskler Nanomalzemelerin Fizyopatolojik Etkileri Gıda Sektöründe Nanoteknoloji Uygulamaları ve Riskler Nanomalzemelerin Fizyopatolojik Etkileri Input neuron Value Types of NPs PMMA (1), Silica (2), PLA (3) Diameter size of NPs 50 nm and 100 nm for PMMA and Silica 150 nm for PLA Surface charge of NPs Positive (+1) and Negative (‐1) Concentrations of NPs 0,001 ‐ 0,01 mg/l Incubation time 0,3, 6, 12, 24, 36, 48 hours for PMMA, Silica and PLA 0,1.5, 4, 9, 18, 30, 42 hours for silica Gıda Sektöründe Nanoteknoloji Uygulamaları ve Riskler Nanomalzemelerin Fizyopatolojik Etkileri Fizyopatoloji - Organik moleküllerle etkileşim: DNA, protein, lipid - Hücre membranı ile etkileşim (ökaryod hücre, bitki hücresi, bakteri hücre duvarı) - Hücre sistem ve metabolizma üzerine etkiler • Mitosis •Apoptosis/necrosis •Inflammation •Oxidative stress •Immune response •Mutagenicity/DNA repair •Mitochondrial function •Membran transport effect Toksisite - Birikim (Bioaccumulation) - Yapısal değişiklikler (biotransformation, translocation) - Adsorption Gıda Sektöründe Nanoteknoloji Uygulamaları ve Riskler Nanomalzemelerin Fizyopatolojik Etkileri • Prevent them from being opsonised or cleared before reaching the target cells • Interaction of nano-structures with plasma proteins • Removal of nano - structures from the circulation by the reticuloendothelial system • Absorption of nanostructures to cells • Uptake and recycling of nanostructures • Trans-endocytosis of nanostructures • Endosomal escape of nanostructures Gıda Sektöründe Nanoteknoloji Uygulamaları ve Riskler Gıda – Nanomalzeme Etkileşimi • • • • • • • • • • • • • • Hoet et al., 2004 Des Rieux et al., 2006 Hillyer and Albrecht, 2001 Wang et al., 2007 Pante and Kann, 2002 John et al., 2003 Cedervall et al., 2007 Kim et al., 2008 Sadauskas et al., 2007 Wiebert et al., 2006 Semmler‐Behnke et al., 2007 Yu et al., 2007 De Jong et al., 2008 ……… Gıda Sektöründe Nanoteknoloji Uygulamaları ve Riskler Gıda – Nanomalzeme Etkileşimi • • • • • • • • • • • • • • Hoet et al., 2004 Des Rieux et al., 2006 Hillyer and Albrecht, 2001 Wang et al., 2007 Pante and Kann, 2002 John et al., 2003 Cedervall et al., 2007 Kim et al., 2008 Sadauskas et al., 2007 Wiebert et al., 2006 Semmler‐Behnke et al., 2007 Yu et al., 2007 De Jong et al., 2008 ……… • • • • • • Nanomalzemenin gıdaya bulaşması ??? (istemli/istemsiz) Gıdada nanomalzemenin saptanması ??? Gıdada ve/veya insanda ortaya çıkabilecek toksisitenin saptanması ??? In‐vitro >> In‐vivo testler ??? Toksisite testlerindeki metodoloji ??? Doz‐Etki‐Yan Etki çalışmaları ??? NANOBİOMED Eğitim Bilişim Danışmanlık Ar-Ge Ş.ti TEŞEKKÜRLER