Analisi citogenetiche in cellule umane A549 esposte in vitro a nanoparticelle di CuO

Gran parte dei pericoli addotti alle nanoparticelle sono dovuti a una loro importante caratteristica: la percentuale di atomi costituenti la superficie diventa più significativa rispetto al numero totale di atomi che li costituiscono, determinando quindi un rapporto superficie-volume molto elevato.

Questa caratteristica rende le nanoparticelle molto reattive e con una più accentuata attività sulle molecole biologiche (Ying e Jackie, 2001). Questo incremento potenziale nell'attività biologica può avere non solo valenza positiva (attività antiossidante, penetrazione delle barriere cellulari per il rilascio di farmaci), ma anche negativa (ad esempio tossicità, induzione di stress ossidativo o di disfunzione cellulare).

Dall'analisi delle caratteristiche fisicochimiche si evince un netto contrasto tra i potenziali benefici derivanti dalla nanotecnologia e gli effetti indesiderati che potrebbero sorgere in seguito a una non intenzionale esposizione nanoparticellare determinata dalle varie applicazioni industriali. Sia le proprietà fisiche che chimiche delle particelle derivano in modo complesso dalle caratteristiche degli atomi e delle molecole che le compongono, visto che si parla di nanoaggregati.

A contatto con l’ambiente, quindi con il suolo, le acque e i sedimenti, le nanoparticelle assumono diversi comportamenti, ovvero possono aggregarsi/ disperdersi nei liquidi o essere assorbiti su altre superfici.

Questi processi sono influenzati da molteplici fattori ambientali, come pH, salinità, presenza di sostanza organica, e dalle caratteristiche strutturali della particella, tra le quali forma, dimensioni, sub-struttura morfologica della sostanza (cristallinità, porosità e ruvidità superficiale), proprietà chimiche del materiale grossolano, solubilità, stato di dispersione, area e carica superficiale (Handy et al., 2008).

In soluzione, le nanoparticelle possono dissolversi o formare dispersioni colloidali, che possono rimanere disperse oppure creare aggregati. La capacità di aggregazione dipende da diversi fattori, quali la frequenza di collisione tra le particelle, dalle loro proprietà attrattive-repulsive, dalla viscosità e polarità del fluido in cui sono immerse, ma anche dalla carica superficiale.

Infatti, si è visto che possono influenzare il tasso di aggregazione sia una variazione del pH, in una quota dipendente della carica superficiale delle particelle coinvolte, sia la presenza di materia organica. Quest’ultima tende ad avvolgere la superficie delle nanoparticelle, favorendone la tendenza a rimanere disperse piuttosto che ad aggregarsi (Hyung et al., 2007, Giasuddin et al,. 2007).

La tendenza delle nanoparticelle ad aggregarsi condiziona il loro destino nei diversi ecosistemi acquatici, le interazioni con gli organismi che in essi vivono ed i possibili effetti tossici (Smith et al., 2007, Handy et al., 2008). Le nanoparticelle presentano proprietà chimiche e fisiche specifiche dovute strettamente alle ridotte dimensioni, perché quando si scende a dimensioni nanometriche, le proprietà ottiche, magnetiche ed elettriche cambiano radicalmente.

Ad esempio, si è scoperto che le particelle di ossido di zinco hanno la proprietà, di gran lunga superiore a masse più grandi, di bloccare i raggi UV. Questa è una delle ragioni per la quale vengono spesso utilizzate nella preparazione di lozioni per creme solari.

Particelle con dimensioni che vanno da pochi nanometri ad alcune decine di nanometri prendono il nome di „cluster?, a causa del basso numero di atomi presenti in esse e del loro volume ridotto: nella struttura elettronica si manifesta una discretizzazione dei livelli energetici (quantizzazione), fenomeno denominato "quantum size effect" (Böonnemann et al., 2001). Da tale effetto dipenderanno caratteristiche elettriche del tutto nuove e discordanti con quelle tipiche del materiale a dimensioni macrometriche.