Biologiske effekter af nanoplast i farver

Biologiske effekter af nanoplast i farver

Det høje globale forbrug af plastik og den efterfølgende ukontrollerede dumpning på lossepladser og vandveje har en betydelig indvirkning på miljøet. Selvom plast er modstandsdygtigt over for biologisk nedbrydning, bliver større plastik omdannet til mindre stykker, når det udsættes for mekanisk slid i hydrolytiske miljøer eller under ultraviolet (UV) bestråling.

Når nedbrudt plast når en størrelse mellem en mikrometer (µm) og fem millimeter (mm), kaldes de mikroplast (MP). Mikroplast nedbrydes yderligere og danner nanoplast (NP'er), som er mindre end 1.000 nanometer (nm) i størrelse.

Lære: Adskillelse af biologiske effekter af primær nanoplast fra additiver i emulsionsmaling.Fotokredit: RHJPhotos / Shutterstock.com

baggrund

Primære NP'er syntetiseres til forskellige funktioner, såsom yderligere ingredienser i vandbaserede dispersionsmalinger og eksfolieringsmidler i kosmetik. Selvom brugen af ​​NP'er i kosmetik er faldende, bruges omkring 17 millioner tons NP'er årligt i vandbaserede dispersionsmalinger til arkitektoniske belægninger.

Havene er også forurenet af sekundære parlamentsmedlemmer, som opstår som følge af malingsslibning fra skibsskrog. Miljøet er også forurenet med sekundære parlamentsmedlemmer fra vejafmærkninger og slid på bygningers udvendige overflader.

Vandige emulsionsmalinger indeholder en kompleks blanding af uorganiske og polymere NP'er og MP'er. Disse forbindelser giver passende farveviskositet, ikke-dryppende egenskaber og kolloid stabilitet.

De fleste hvide malinger tilføjer titaniumdioxid (TiO2) NP'er, som frigives fra malede facader om vinteren. Mange modelorganismer, herunder krebsdyrvandloppen (Dapnia magna), har vist negative virkninger efter eksponering for TiO2 NP'er.

Den toksiske virkning af TiO2 NP'er forstærkes af synergistiske virkninger med andre forbindelser såsom cadmium og zinkioner, benzophenon og parabener, når de absorberes af organismen.

NP'er optages af forskellige organismer, hovedsageligt gennem adsorption på deres overflader og optagelse. Dette fører til bioakkumulering og biomagnificering af NP'er i adskillige organismer.

Adskillige in vivo og in vitro undersøgelser har vist, at NP'er inducerer inflammation, producerer reaktive oxygenarter (ROS) og er cytotoksiske. Derfor er det bydende nødvendigt at bestemme virkningen af ​​forbindelser indeholdt i emulsionsmaling på organismer.

Effekten af ​​opløste polymerer i maling er ikke blevet vurderet, fordi de er ugiftige på grund af deres kædelængde.

Om at studere

En nylig Økotoksikologi og miljøsikkerhed Undersøgelsen analyserede malingens sammensætning og dens biologiske egenskaber, da maling frigiver polymerer og partikler til miljøet. Nogle af de almindelige komponenter i maling omfatter uorganiske og polymere NP'er, opløste polymerer og metaloxid MP'er.

Den nuværende undersøgelse evaluerede effekten af ​​hver farvefraktion på celleniveau ved hjælp af murine fibroblaster såsom L929-celler og D. magna, som er en almindelig indikator for miljømæssig toksicitet. For at bestemme effekten af ​​farvefraktioner blev de to førnævnte organismer udsat for forskellige koncentrationer af farvefraktioner. Cellemetaboliske funktioner og immobilitet af D. magna blev også evalueret.

To vægfarver (farve 1 og farve 2) blev valgt som mulige repræsentanter til husholdningsapplikationer. Farve 1 blev brugt til at male vægge, mens farve 2, som havde reduceret dryppende egenskaber, blev brugt til at male lofter. Disse malinger blev udvalgt baseret på deres komponenter, som omfattede TiO2, siliciumdioxid, calciumcarbonat (CaCO3) og polyacrylater, som alle er almindeligt forekommende i de fleste malinger.

Studieresultater

Zeta-potentialet indikerede kolloid stabilitet og dets mulige interaktion med det biologiske system. Komponenterne i lak 1 viste et negativt zeta-potentiale ved alle testede pH-værdier.

Derudover blev kolloid ustabilitet observeret ved pH 3 med -5 mV zeta-potentiale. Stigende saltkoncentration øgede også kolloid ustabilitet.

NP'er med en gennemsnitlig diameter på 98 nm viste kolloid stabilitet. Zeta-potentialet for farve 2 var sammenligneligt med det for farve 1.

Toksicitetsniveauer forbundet med farvefraktioner blev bestemt ved anvendelse af D. magna-modellen. Dette eksperiment, der brugte begge farver uafhængigt, fandt ud af, at den gennemsnitlige effektive koncentration (EC50) af farverne kunne immobilisere 50 % af D. magna, når de blev eksponeret kontinuerligt i 48 timer.

Desuden er de negative virkninger af polyacrylater på organismer blevet rapporteret. Den opløste copolymer af farve 2 akkumulerede i dafniens tarm, hvilket kunne føre til tarmobstruktion.

Dette fund tyder stærkt på den mulige toksiske eksponering af marine organismer for opløste polymerer.

Derudover blev komponenter af farve 1 adsorberet på skallen af ​​D. magna.

Et MTT-celleproliferationsassay under anvendelse af murine fibroblaster viste den metaboliske aktivitet af celler udsat for farvestoffragmenter, hvilket demonstrerede deres vitalitet. Omvendt var L929-cellelevedygtighed stærkt påvirket af komponenter i nanoskala af farver med moderate zeta-potentialer.

Konklusioner

In vivo-eksperimentet viste, at opløste polymerer signifikant påvirkede D. magna. CaCO3 og TiO2 NP eksponering resulterede i nedsat cellelevedygtighed.

En signifikant reduktion i metabolisk aktivitet af L929-celler udsat for metaloxider og plastiske NP'er blev også observeret.

Tilsammen kan emulsionsmaling forårsage forskellige biologiske reaktioner i organismer og celler. I fremtiden vil innovative malingsformuleringer blive udviklet for at reducere deres negative påvirkning af miljøet.

Reference:

• 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

.