Gıda Sektöründe Nanoteknoloji Uygulamaları ve Riskler

Transkript

1 Türkiye de Gıda Sektöründe Nanoteknoloji ve İnsan Sağlığı Gıda Sektöründe Nanoteknoloji Uygulamaları ve 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 İstanbul

2 Gelecek 10 yılda sosyo ekonomik etkisi en fazla olacak alanlar (*) (*)The Institute for Global Futures

3 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.

4 2010 yılında nanoteknoloji temelli son ürünlerin global ekonomideki katma değeri 150 milyar USD oldu (*) Bu 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

5 Sanayide Nanoteknoloji Uygulamaları (nanoteknoloji yatırımı yapan bazı firmalar)

6 European Commission, DG Research, Unit Nano S&T Convergent Science and Technologies Dünyada nanoteknoloji market projeksiyonu (2015) (milyar USD)

7 Türkiye %33 %20 %35 15

8

9 Gıda ve Tarım Sektöründe Nanoteknoloji Uygulamalarının Avantajları Sosyal Yüksek teknolojili tarımsal üretime olanak vermesi Üretimin objektif kriterlerle denetlenmesi Gıda kalitesi ve güvenliğinin artması Çiftçinin ve tüketicilerin sağlığının korunması Küçük üreticinin korunabilmesi Eğitimli, bilinçli çiftçilerin desteklenebilmesi Çevre Pestisit ve zirai ilaç kullanımını azaltması Çevrenin korunması Ekonomik Ürünlerin verimliliğinin arttırılması İyi tarım ürünlerine yönelik tüketici talebinin arttırılması Ürünün pazarda uygun değerden satılması Dış pazarlara ihracatın kolaylaşması

10 Gıda ve Tarım Sektöründe Nanoteknoloji Uygulamalarının Avantajları

11

12 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)

13 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)

14 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)

15 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)

16 Gıda ve Tarım Sektöründe Nanoteknoloji Uygulamaları 3 Su Güvenliği Nanofiltrasyon (carbon nanotubes, nanoporous ceramics, magnetic nanoparticles) Detoksifikasyon (nanoscale zeolites, metal oxides, carbon nanotubes, nanofibers)

17 Risk var mı?

18 Risk var mı? Nano-Fashion Nano-Fobia

19

20

21 -Dr. Gürer G. Budak (Moderatör): -Dr. Volkan Özgüz: -Dr. Yusuf Menceloğlu: -Dr. Umut Ekmekçi: -Murat Oğuz Arcan:

22 Nanomalzemelerin Fizyopatolojik Etkileri Doğal Nanomalzeme? Üretilmiş Nanomalzeme? Variables prior to cell experiments NP size NP charge NP shape NP concentration (mg/ml) Experimental medium type (eg, PBS, cell media) Variables during the cell experiments Determination Methods NP type Cell type For qualitative analysis: TEM For quantitative analysis: Flourescence, UV-Vis and ICP-MS Experimental medium ph Cell number Incubation time Incubation temperature Number of washing steps Note: Standard protocols will be applied to the cell samples for flourescence and TEM imaging (fixation, postfixation steps)

23 Nanomalzemelerin Fizyopatolojik Etkileri BBB ~35 nm Nano-barriers for nano-carriers renal ~ 8-12 nm Alveolar ~10-24 nm Dermal ~ nm (flexible) GI mucosal <500 nm

24 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

25 Nanomalzemelerin Fizyopatolojik Etkileri Liposomes Micellular and micro-emulsion Systems Liquid crystal based formulations Nanocrystals Antibodies and conjugates Naturally occurring proteins as delivery systems 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 Scientific American G. M. J. Segers-Nolten, V. Subramaniam, University of Twente

26 Nanomalzemelerin Fizyopatolojik Etkileri

27 Nanomalzemelerin Fizyopatolojik Etkileri

28 Nanomalzemelerin Fizyopatolojik Etkileri

29 Nanomalzemelerin Fizyopatolojik Etkileri

30 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 Incubation time Gıda Sektöründe Nanoteknoloji Uygulamaları ve Nanomalzemelerin Fizyopatolojik Etkileri 0,001 0,01 mg/l 0,3, 6, 12, 24, 36, 48 hours for PMMA, Silica and PLA 0,1.5, 4, 9, 18, 30, 42 hours for silica

31 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

32 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

33 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

34 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???

35 NANOBİOMED Eğitim Bilişim Danışmanlık Ar-Ge Ş.ti TEŞEKKÜRLER