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Nanomateriali e nanotecnologie in alimenti e cosmetici
Dr. Federico Benetti
ECSIN-ECAMRICERT SRL
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2 Di cosa si parla?......alcune definizioni
Nanotecnologia
Nanomateriale
è la manipolazione della materia a livello atomico, molecolare e/o sovramolecolare al fine di ottenere proprietà uniche
è un materiale naturale, casuale o prodotto contenente particelle con una o più dimensioni nell'intervallo di grandezza 1 nm – 100 nm. (FDA nel 2006 dichiarato nanomateriale particelle aventi dimensioni <micron aventi proprietà uniche)
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3
Partiamo da un uomo… … arriviamo ad una
zanzara …
Capiamo le dimensioni
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4
… arriviamo ai suoi occhi…
… e finalmente arriviamo
al nanometro, un
miliardesimo di metro
Capiamo le dimensioni
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5 Perché usare materiali così piccoli?
DIMENSIONE E AREA SUPERFICIALE !
> Area superficiale/volume
> Numero particelle/massa
> Numero di atomi/superficie
Su
perfi
cie
/vo
lum
e
Raggio Raggio
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6 Perché un nanomateriale ha proprietà uniche?
DIMENSIONE
AREA SUPERFICIALE
SOLUBILITÀ
COMPOSIZIONE CHIMICA
FORMA
STATO DI AGGLOMERAZIONE/AGGREGAZIONE
CRISTALLINO/AMORFO
ENERGIA DI SUPERFICIE
CARICA SUPERFICIALE
MORFOLOGIA DELLA SUPERFICIE
RIVESTIMENTO SUPERFICIALE
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7
I nanomateriali possono essere: 1. Organici (lipidi, micelle) 2. Inorganici (metalli/metalloidi)
Nanomateriali organici
• nutraceutica • drug delivery system • agenti di contrasto
Nanomateriali inorganici
• catalizzatori • archivio dati • agenti antimicrobici • agenti di contrasto per MRI • dispositivi medici
Di cosa sono fatti i nanomateriali?
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8
Inorganici Organici
Costituiti da metalli e metalloidi Costituiti da molecole organiche
Costituiscono il «principio attivo – alimento funzionale»
Introduzione di elementi non fisiologici
Biopersistenti
Rilascio di ioni («principio attivo» non in nanoforma)
Costituiscono il «principio attivo» o il veicolo per trasportare il principio attivo
Elementi fisiologici
Biodegradabili Rilascio del principio attivo
Di cosa sono fatti i nanomateriali?
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9 Perché le nanotecnologie e i nanomateriali?
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10
Nanomateriali in diversi settori
Elettrodomestici
Automobili
Rivestimenti
Elettronica
Alimenti e bevande
Salute e Fitness
Giocattoli
Casa e giardino
47%
0
5
10
15
20
25
2003 2005 2015
US
(M
$)
Anno
NanoFood Market
Uno sguardo al mercato
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11
ESEMPIO EUROPEO
FRANCIA
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12 RAPPORTO della Direzione Generale francese per la prevenzione dei rischi
Sosta
nze im
port
ate
Prodotti
Categorie
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13
Uso nanomateriali in
alimenti e cosmetici
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14 La nanoscienza in agricoltura e nel settore alimentare
• Nanosensori
• Tracciabilità
• Rilevazione nanoparticelle
• Nano particelle
• Nano emulsioni
• Nano compositi
• Materiali nanostrutturati
• Trasporto
• Formulazione
• Packaging
• Nanobiotecnologie
• Sintesi di molecole
• Reazioni alla nanoscala
Processi Prodotti
Sicurezza Materiali
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15 Nanotech e packaging N
ano
com
po
siti
• Effetto barriera
• Proprietà meccaniche
• Stabilità termica
• Minor peso Pack
agin
g at
tivo
• Rimozione ossigeno
• Rimozione vapore acqueo
• Rimozione etilene
• Rilascio biocidi
• Auto riparante
Pack
agin
g in
telli
gen
te
• Sensori gas
• Sensori temperatura
• Sensori qualità
• Biosensori
• Integrità
• Tracciabilità
Pack
agin
g b
iod
egra
dab
ile
• Inchiostri e pigmenti
• Filler biodegradabili
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16 Nanotech e alimenti A
gric
olt
ura
• Nuovi pesticidi
• Ingegneria genetica
• Tracciabilità
• Sensori per monitorare le condizioni del suolo
Pro
cess
i pro
du
ttiv
i • Incapsulazione di aromi
• Agenti gelificanti
• Nano emulsioni
• Anti agglomerazione
• Sistemi di sanificazione
Pro
do
tti • Protezione UV
• Antimicrobici
• Sensori qualità
• Sensori anticontraffazione
• Sensori per i contaminanti
Asp
etti
nu
triz
ion
ali • Nutraceutici
• Trasporto di nutrienti
• Fortificazione con minerali e vitamine
• Purificazione dell’acqua potabile
• Caratterizzazione degli ingredienti
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17 Nanotech e cosmetica N
ano-c
om
positi • Effetto barriera
• Proprietà meccaniche
• Stabilità termica
• Minor peso
• Antibattericità
Nano-i
ngre
die
nti
• Biodisponibilità
• Stabilità ingredienti
• Protezione UV
• Durata degli effetti
• Intensità colore
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18 Nanomateriali come ingredienti
Ossidi metallici (ZnO, TiO2, SiO2) - protezione UV
Fullereni - prodotti cura della pelle
Nanoemulsioni - maggiore stabilità,
durata degli ingredienti e biodisponibilità
Nanocapsule - biodisponibilità/stabilità
principi attivi
Liposomi - maggiore biodisponibilità e
rilascio controllato
Nanoparticelle lipidiche solide (SLN) -
stabilità ingredienti, rilascio controllato
Dendrimeri - trasporto principio attivo
Argille - barriera gas packaging
Metalli (Ag, Au) – antibattericità e antirughe
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19
C’è una reale esposizione ai nanomateriali?
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20
Nanomateriali in diversi settori
Elettrodomestici
Automobili
Rivestimenti
Elettronica
Alimenti e bevande
Salute e Fitness
Giocattoli
Casa e giardino
47%
Uno sguardo al mercato…consapevole
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21
Prodotto
Nanomateriale
Presenza
«intenzionale»
Uso Consapevole
(migliorare le proprietà di un prodotto)
Uso Inconsapevole
(aggiunta di elementi che di fatto sono in
nanoforma)
Presenza
accidentale
Contaminazioni da processo
Uso consapevole e inconsapevole
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22 Definizioni normative
Nanomaterial’ means a natural, incidental, or manufactured material containing particles in an unbound or an agglomerate state, where 50% or more of the particles size distribution is in the size range 1 nm–100 nm. In specific cases and where warranted by concerns for the environment, health, or safety the number size distribution threshold of 50% may be replaced by a threshold between 1% and 50%.”
Materials are classified as nanomaterials when they have dimensions <µm and unique properties
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23 Definizioni nanomateriale: EU
120 nm
60 nm
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24 Definizioni nanomateriale: EU
64% particelle <100nm: È un nanomateriale
45% particelle <100nm: NON è un nanomateriale 120 nm
60 nm
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25 Uso inconsapevole……diossido di silicio
Diametro (µm)
Dis
trib
uzio
ne d
i densità (
%)
Cum
ula
nts
(%)
0.1 µm to 875 µm
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26 Diossido di titanio
E171 Numero particelle: 91 <100 nm: 36%
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27 Sviluppo di una standard operating procedure
A common European approach to the regulatory testing of Manufactured Nanomaterials
C O D A - C E R V A
Veter i n ar y an d A gr och em i cal R esear ch Cen tr e
SOP/NANoREG/D2.10/TEMIma Nr: ** Date :09 April 2015 Pg 1/1
Title: Transmission electron microscopic imaging of nanomaterials
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28
• Esposizione certa/possibile, periodica e a più prodotti
• Nanomateriali hanno proprietà uniche
• Nell’uso consapevole generalmente si valuta efficacia e sicurezza
• Nell’uso inconsapevole generalmente non si valuta la sicurezza
Perché è importante considerare entrambi gli usi?
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29
Perché tanta attenzione all’uso di nanomateriali?
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30 Perché tanta attenzione all’uso di nanomateriali?
Proprietà uniche: • alta reattività • grandi benefici • possibili effetti indesiderati
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BENEFITS
RISKS
RISK: HAZARD x EXPOSURE
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BENEFITS
RISKS
RISK: HAZARD x EXPOSURE
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33 Perché è importante considerare la presenza di nanomateriali?
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34
34
Increase use of NMs
Release in
environment
Increase in exposure
Evaluation of
potential toxic
effects
RISK EXPOSURE x TOXICITY
NM exposure routes
Inhalation
Dermal
exposure
Injection
Ingestion Circulatory System
(secondary exposure)
Spleen, liver,
kidney, bone
marrow,
lymphatic
system, brain
Perché i nanomateriali devono essere normati?
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35 Perché è importante considerare la presenza di nanomateriali?
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36 Perchè è importante valutare la presenza di nanomateriali?
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37 Fo
od
Pac
kagi
ng • Reg. (CE) 1935/2004 (materiali a
contatto con alimenti) • Reg. (CE) 450/2009 (packaging attivo ed
intelligente)
• Reg. (UE) 10/2011 (materie plastiche)
• Reg. (UE) 528/2012 (prodotti biocidi)
Ingr
edie
nti
• Reg. (CE) 1333/2008 (additivi)
• Reg. (UE) 1169/2011 (etichettatura)
• Reg. (UE) 2283/2015 (Novel Food)
• Reg. (UE) 231/2012 (specifiche additivi)
Supporto normativo su nanomateriali