Дизельные двигатели испускают в воздух бессчетное количество наночастиц, не ограниченных никакими правительственными документами, регулирующими выбросы, и, естественно, фильтрами в двигателе. Моделирование, проведенное в Университете Мичигана (University of Michigan), показывает, что эти наночастицы могут «застрять» в легких и блокировать функцию легочной жидкости, облегчающей процесс дыхания.

Легочные поверхностно-активные жидкости содержат протеины и молекулы липидов. Функция этих жидкостей – уменьшить напряжения в легких, предотвратить их сворачивание и помочь в окончательной транспортировке из легких инородных частиц. В то же самое время, наночастицы, попавшие в легкие при вдохе, ведут себя иначе, чем большинство инородных частиц. Компьютерное моделирование, проведенное в Университете Мичигана показывает, что такие частицы не будут выведены из легких, но, наоборот, будут захвачены поверхностно-активным веществом, притянуты и связаны жирными липидными молекулами. Таким образом, присутствие наночастиц может мешать основным функциям легочной поверхностно-активной жидкости, прерывая взаимодействие между пептидами и липидами.

Профессор Анджела Виоли

Руководитель работ – Анджела Виоли (Angela Violi) – адъюнкт-профессор инженерного факультета Университета Мичигана (U-M College of Engineering) доложила результаты работы на собрании Американского Химического Общества (American Chemical Society) 20 августа с.г.

Предыдущие исследования показывали, что накопление наночастиц в легких может привести к воспалительным процессам, закупорке кровяных сосудов, изменениях в дыхательном процессе и ритме работы сердца. По-видимому, обсуждаемая работа является первой, в которой исследователи показали как наночастицы могут быть захвачены в легких и влиять на функции легочной жидкости. В работе отмечено, что имеется быстро нарастающее количество данных, свидетельствующих о том, что малые частицы имеют гораздо болшее негативное влияние на здоровье, чем это предполагалось ранее. Нановыбросы дизельных двигателей и других подобных источников загрязнения воздуха являются серьезной проблемой не только из-за малых размеров, но и потому, что предположительно являются канцерогенами (химические вещества, способные при попадании в организм человека или животных приводить к образованию злокачественных опухолей). Эта проблема усугубляется тем обстоятельством, что пока нет эффективного регулирования и контроля за выбросами наночастиц.

В настоящее время предписания, регламентирующие выбросы дизельных двигателей в США и Европе, определяют размер частиц, начиная только с 2,5 мкм.

Как показывают исследования группы Виоли – это практически на три порядка больше, чем размер наночастиц, имеющихся в выбросах. Углеродные наночастицы составляют только 0,1–1,5% от всей массы выбросов дизельных двигателей, но если говорить о количестве частиц, то наночастицы составляют 35–97% в выбросах в зависимости от режима движения.

Компьютерная модель, построенная Виоли для имитирования исследуемого процесса, может также и предсказать сколько и какие наночастицы следует ожидать в выбросах, а также их форму и распределение в зависимости от состава топлива. Модель позволяет также определить степень влияния выбросов на легкие и может быть эффективно использована для оптимизации дизельного топлива, а также и для расчета выбросов двигателей, работающих на биотопливе.

Статья под названием «Molecular Dynamics Simulation Study of a Pulmonary Surfactant Film Interacting with a Carbonaceous Nanoparticle», содержащая результаты моделирования будет опубликована в выпуске Biophysical Journal 15 октября с.г.

Дополнительная информация:

• Университет Мичигана
• Анджела Виоли
• American Chemical Society

Евгений Биргер