Biologické účinky nanoplastů v barvách

Biologické účinky nanoplastů v barvách

Vysoká celosvětová spotřeba plastů a následné nekontrolované ukládání na skládky a vodní toky mají významný dopad na životní prostředí. Přestože jsou plasty odolné vůči biologickému rozkladu, větší plasty se při mechanickém otěru v hydrolytickém prostředí nebo při ultrafialovém (UV) záření přeměňují na menší kusy.

Když rozbité plasty dosáhnou velikosti mezi jedním mikrometrem (µm) a pěti milimetry (mm), nazývají se mikroplasty (MP). Mikroplasty se dále rozkládají a tvoří nanoplasty (NP), které jsou menší než 1000 nanometrů (nm).

Učit se: Rozpojení biologických účinků primárních nanoplastů od přísad v emulzních barvách.Fotografický kredit: RHJPhotos / Shutterstock.com

pozadí

Primární NP jsou syntetizovány pro různé funkce, jako jsou další složky v disperzních barvách na vodní bázi a exfolianty v kosmetice. Přestože používání NP v kosmetice klesá, ročně se v disperzních barvách na vodní bázi pro architektonické nátěry spotřebuje kolem 17 milionů tun NP.

Oceány jsou také znečištěny sekundárními MP, které vznikají otěrem barvy z trupů lodí. Životní prostředí je také znečištěno sekundárními MP z dopravního značení a otěrem na vnějších plochách budov.

Vodné emulzní barvy obsahují komplexní směs anorganických a polymerních NP a MP. Tyto sloučeniny poskytují vhodnou barevnou viskozitu, nekapající vlastnosti a koloidní stabilitu.

Většina bílých barev přidává NP oxid titaničitý (TiO2), který se v zimě uvolňuje z natřených fasád. Mnoho modelových organismů, včetně vodní blechy korýšů (Dapnia magna), vykazovalo nepříznivé účinky po expozici TiO2 NP.

Toxický účinek TiO2 NP je umocněn synergickými účinky s dalšími sloučeninami, jako jsou ionty kadmia a zinku, benzofenon a parabeny při vstřebání organismem.

NP jsou přijímány různými organismy, především adsorpcí na jejich povrch a vychytáváním. To vede k bioakumulaci a biomagnifikaci NP v mnoha organismech.

Několik studií in vivo a in vitro ukázalo, že NP indukují zánět, produkují reaktivní formy kyslíku (ROS) a jsou cytotoxické. Proto je nutné stanovit účinek sloučenin obsažených v emulzních barvách na organismy.

Účinek rozpuštěných polymerů v barvách nebyl hodnocen, protože jsou netoxické díky délce řetězce.

O studiu

Nedávný Ekotoxikologie a ekologická bezpečnost Studie analyzovala složení barvy a její biologické vlastnosti, protože barvy uvolňují polymery a částice do životního prostředí. Některé z běžných složek barev zahrnují anorganické a polymerní NP, rozpuštěné polymery a oxidy kovů MP.

Současná studie hodnotila účinek každé barevné frakce na buněčné úrovni pomocí myších fibroblastů, jako jsou buňky L929 a D. magna, což je běžný indikátor environmentální toxicity. Pro stanovení účinku barevných frakcí byly dva výše uvedené organismy vystaveny různým koncentracím barevných frakcí. Dále byly hodnoceny buněčné metabolické funkce a imobilita D. magna.

Jako možné zástupce pro použití v domácnosti byly vybrány dvě barvy stěn (barva 1 a barva 2). Barva 1 byla použita k nátěru stěn, zatímco Barva 2, která měla sníženou schopnost odkapávání, byla použita k nátěru stropů. Tyto barvy byly vybrány na základě jejich složek, které zahrnovaly TiO2, oxid křemičitý, uhličitan vápenatý (CaCO3) a polyakryláty, které jsou všechny běžně přítomné ve většině barev.

Výsledky studie

Zeta potenciál indikoval koloidní stabilitu a její možnou interakci s biologickým systémem. Složky laku 1 vykazovaly negativní zeta potenciál při všech testovaných hodnotách pH.

Navíc byla pozorována koloidní nestabilita při pH 3 s -5 mV zeta potenciálem. Zvyšující se koncentrace soli také zvýšila koloidní nestabilitu.

NP se středním průměrem 98 nm vykazovaly koloidní stabilitu. Zeta potenciál barvy 2 byl srovnatelný s potenciálem barvy 1.

Úrovně toxicity spojené s barevnými frakcemi byly stanoveny pomocí modelu D. magna. Tento experiment s použitím obou barev nezávisle zjistil, že průměrná účinná koncentrace (EC50) barev mohla imobilizovat 50 % D. magna, když byla nepřetržitě exponována po dobu 48 hodin.

Dále byly hlášeny nepříznivé účinky polyakrylátů na organismy. Rozpuštěný kopolymer barvy 2 se hromadil ve střevě dafnie, což mohlo vést ke střevní neprůchodnosti.

Toto zjištění silně naznačuje možnou toxickou expozici mořských organismů rozpuštěným polymerům.

Kromě toho byly složky barvy 1 adsorbovány na skořápce D. magna.

Test MTT buněčné proliferace s použitím myších fibroblastů ukázal metabolickou aktivitu buněk vystavených fragmentům barviva, což prokázalo jejich vitalitu. Naopak životaschopnost buněk L929 byla silně ovlivněna nanoškálovými složkami barev se středním zeta potenciálem.

Závěry

Experiment in vivo ukázal, že rozpuštěné polymery významně ovlivňují D. magna. Expozice CaCO3 a TiO2 NP vedla ke snížení životaschopnosti buněk.

Bylo také pozorováno významné snížení metabolické aktivity buněk L929 vystavených oxidům kovů a plastovým NP.

Suma sumárum, emulzní barvy mohou způsobit různé biologické reakce v organismech a buňkách. V budoucnu budou vyvinuty inovativní receptury nátěrových hmot, které sníží jejich negativní dopad na životní prostředí.

Odkaz:

• 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

.