Биологични ефекти на нанопластиката в цветовете

Биологични ефекти на нанопластиката в цветовете

Голямото световно потребление на пластмаси и последващото неконтролирано изхвърляне в сметища и водни пътища оказват значително въздействие върху околната среда. Въпреки че пластмасите са устойчиви на биоразграждане, по-големите пластмаси се превръщат в по-малки парчета, когато са подложени на механична абразия в хидролитична среда или под ултравиолетово (UV) облъчване.

Когато натрошените пластмаси достигнат размер между един микрометър (µm) и пет милиметра (mm), те се наричат ​​микропластмаси (MP). Микропластмасите допълнително се разграждат, за да образуват нанопластмаси (NP), които са с размер под 1000 нанометра (nm).

Научете: Разплитане на биологичните ефекти на първичните нанопластики от добавките в емулсионните бои.Снимка кредит: RHJPhotos / Shutterstock.com

фон

Първичните NPs се синтезират за различни функции, като допълнителни съставки в дисперсионни бои на водна основа и ексфолианти в козметиката. Въпреки че употребата на НЧ в козметиката намалява, около 17 милиона тона НЧ се използват годишно в дисперсионни бои на водна основа за архитектурни покрития.

Океаните също са замърсени от вторични MP, които възникват от абразията на боята от корабните корпуси. Околната среда се замърсява и с вторични МП от пътна маркировка и абразия по външните повърхности на сградите.

Водните емулсионни бои съдържат сложна смес от неорганични и полимерни НЧ и МП. Тези съединения осигуряват подходящ цветен вискозитет, свойство да не капе и колоидна стабилност.

Повечето бели бои добавят титанов диоксид (TiO2) NP, които се отделят от боядисаните фасади през зимата. Много моделни организми, включително ракообразните водни бълхи (Dapnia magna), са показали неблагоприятни ефекти след излагане на TiO2 NPs.

Токсичният ефект на TiO2 NPs се засилва от синергични ефекти с други съединения като кадмиеви и цинкови йони, бензофенон и парабени, когато се абсорбират от организма.

NPs се поемат от различни организми, главно чрез адсорбция върху техните повърхности и поглъщане. Това води до бионатрупване и биомагнификация на NPs в много организми.

Няколко in vivo и in vitro проучвания показват, че NPs предизвикват възпаление, произвеждат реактивни кислородни видове (ROS) и са цитотоксични. Ето защо е наложително да се определи ефектът на съединенията, съдържащи се в емулсионните бои, върху организмите.

Ефектът на разтворените полимери в боите не е оценен, тъй като те са нетоксични поради дължината на веригата си.

Относно ученето

Скорошен Екотоксикология и екологична безопасност Проучването анализира състава на боята и нейните биологични свойства, тъй като боите отделят полимери и частици в околната среда. Някои от често срещаните компоненти на боите включват неорганични и полимерни НЧ, разтворени полимери и МП на метален оксид.

Настоящото проучване оценява ефекта на всяка цветна фракция на клетъчно ниво, използвайки миши фибробласти като клетки L929 и D. magna, което е общ индикатор за токсичност за околната среда. За да се определи ефектът на цветните фракции, двата гореспоменати организма бяха изложени на различни концентрации на цветни фракции. Клетъчните метаболитни функции и неподвижността на D. magna също бяха оценени.

Два цвята за стени (цвят 1 и цвят 2) бяха избрани като възможни представители за битови приложения. Цвят 1 беше използван за боядисване на стени, докато цвят 2, който имаше намалено свойство на капене, беше използван за боядисване на тавани. Тези бои бяха избрани въз основа на техните компоненти, които включват TiO2, силициев диоксид, калциев карбонат (CaCO3) и полиакрилати, всички от които обикновено присъстват в повечето бои.

Резултати от изследването

Дзета потенциалът показва колоидна стабилност и нейното възможно взаимодействие с биологичната система. Компонентите на лак 1 показват отрицателен зета потенциал при всички тествани стойности на pH.

Освен това се наблюдава колоидна нестабилност при рН 3 с -5 mV зета потенциал. Увеличаването на концентрацията на сол също повишава колоидната нестабилност.

NPs със среден диаметър от 98 nm показват колоидна стабилност. Дзета потенциалът на цвят 2 е сравним с този на цвят 1.

Нивата на токсичност, свързани с цветните фракции, бяха определени с помощта на модела D. magna. Този експеримент, използвайки двата цвята независимо, установи, че средната ефективна концентрация (EC50) на цветовете може да обездвижи 50% от D. magna, когато е изложен непрекъснато в продължение на 48 часа.

Освен това са докладвани неблагоприятните ефекти на полиакрилатите върху организмите. Разтвореният съполимер от цвят 2 се натрупва в червата на дафнията, което може да доведе до чревна обструкция.

Това откритие силно предполага възможното токсично излагане на морските организми на разтворени полимери.

В допълнение, компоненти от цвят 1 бяха адсорбирани върху черупката на D. magna.

Анализ на МТТ клетъчна пролиферация, използващ миши фибробласти, показва метаболитната активност на клетките, изложени на фрагменти от багрилото, демонстрирайки тяхната жизненост. Обратно, жизнеспособността на клетките L929 беше силно повлияна от наномащабни компоненти на цветове с умерен зета потенциал.

Изводи

Експериментът in vivo показа, че разтворените полимери значително повлияват D. magna. Експозицията на CaCO3 и TiO2 NP води до намалена жизнеспособност на клетките.

Наблюдава се също значително намаляване на метаболитната активност на L929 клетки, изложени на метални оксиди и пластмасови NP.

Взети заедно, емулсионните бои могат да предизвикат различни биологични реакции в организмите и клетките. В бъдеще ще бъдат разработени иновативни формули на бои, за да се намали отрицателното им въздействие върху околната среда.

Справка:

• Müller, KA, Brehm, J., Völkl, M., et al. (2022) Abgrenzung biologischer Wirkungen primärer Nanokunststoffe von Zusatzstoffen in Dispersionsfarben. Ökotoxikologie und Umweltsicherheit 242. doi:10.1016/j.ecoenv.2022.113877

.