Eliminowanie toksyczności poprzez modyfikowanie powierzchni bloków kwarcu

Krzemionka krystaliczna jest surowcem niezbędnym do wytwarzania wielu produktów, których używamy na co dzień. Choć krzemionka jest powszechnie używana w wielu gałęziach przemysłu wytwórczego, na przykład przy produkcji ceramiki, długotrwałe wdychanie respirabilnej krzemionki krystalicznej (RCS) grozi chorobą płuc — pylicą krzemową.

Szkodliwość krzemionki można zredukować niemal do zera poprzez powlekanie cząsteczek respirabilnej krzemionki krystalicznej odpowiednimi substancjami, jednak jak dotąd nic nie wskazywało na to, by takie uzdatnianie było szerzej stosowane w przemyśle. Zmianę tego stanu rzeczy przyjęto za cel projektu SILICOAT (Industrial implementation of processes to render RCS safer in manufacturing processes).

Badacze pomyślnie opracowali opłacalną i precyzyjnie dopasowaną do potrzeb technologię powlekania kwarcu, wykorzystującą obecność stabilnych grup reaktywnych substancji chemicznych na powierzchni cząsteczek kwarcu. Zastosowane techniki skutecznie blokują źródłowe przyczyny toksyczności cząsteczek respirabilnej krzemionki krystalicznej bez zakłócania procesów produkcyjnych stosowanych w przemyśle ceramicznym.

Choć badania nad substancjami niwelującymi toksyczność krzemionki prowadzono już w latach 60., żadnego z opracowanych środków nie zastosowano na skalę przemysłową. Partnerzy projektu SILICOAT zaczęli od zidentyfikowania opłacalnych substancji powlekających, które blokowałyby reaktywność krzemionki w środowisku biologicznym. Badacze poddali kwarc działaniu propylotrimetoksysilanu, komercyjnego aminosilanu i nanocząsteczek tlenku glinu.

Testy toksyczności in vitro wykazały całkowite wyeliminowanie cytotoksyczności i zmniejszenie genotoksyczności o ponad 80%. Powłoki z organosilanu okazały się stabilne w warunkach fizjologicznych. Działanie ochronne powłoki aminosilanowej potwierdzono in vivo u zwierząt, które na 90 dni przed ubojem wdychały zabezpieczony kwarc.

Przygotowane w warunkach pilotażowych metody zabezpieczania zademonstrowano na skalę przemysłową w zakładach czterech małych i średnich przedsiębiorstw (MŚP) zaangażowanych w projekt. Badacze wykazali, że opracowane metody powlekania kwarcu można dołączyć do procesów produkcji ceramiki we wszystkich współpracujących przedsiębiorstwach, uzyskując imponującą redukcję toksyczności porównywalną z wynikami pilotażowymi.

Prace projektu SILICOAT pozwoliły opracować technicznie i ekonomicznie wykonalną metodę eliminowania samoistnej toksyczności kwarcu używanego w tradycyjnej produkcji ceramicznej. W odróżnieniu od innych technik metoda SILICOAT eliminuje zagrożenie stwarzane przez respirabilną krzemionkę krystaliczną bezpośrednio u źródła, modyfikując właściwości samej substancji. Nowa technologia może pomóc w zapobieganiu chorobom zawodowym związanym z kwarcem w całej europejskiej branży ceramiki.