Nanomuovien biologiset vaikutukset väreissä

Nanomuovien biologiset vaikutukset väreissä

Muovien suuri maailmanlaajuinen kulutus ja sitä seurannut hallitsematon kaatopaikalle ja vesistöihin laskeminen vaikuttavat merkittävästi ympäristöön. Vaikka muovit kestävät biologista hajoamista, suuremmat muovit muuttuvat pienemmiksi paloiksi joutuessaan alttiiksi mekaaniselle hankaukselle hydrolyyttisessä ympäristössä tai ultraviolettisäteilyn (UV) vaikutuksesta.

Kun hajotetut muovit saavuttavat koon yhdestä mikrometristä (µm) viiteen millimetriin (mm), niitä kutsutaan mikromuoveiksi (MP). Mikromuovit hajoavat edelleen nanomuoveiksi (NP), jotka ovat kooltaan alle 1 000 nanometriä (nm).

Oppia: Primaaristen nanomuovien biologisten vaikutusten erottaminen emulsiomaalien lisäaineista.Kuvan luotto: RHJPhotos / Shutterstock.com

tausta

Primaarisia NP:itä syntetisoidaan eri toimintoihin, kuten vesipohjaisten dispersiomaalien lisäaineisiin ja kosmetiikan kuorinta-aineisiin. Vaikka NP:iden käyttö kosmetiikassa on laskussa, noin 17 miljoonaa tonnia NP:tä käytetään vuosittain vesiohenteisissa dispersiomaaleissa arkkitehtonisissa pinnoitteissa.

Valtameret saastuttavat myös toissijaiset MP:t, jotka syntyvät laivojen runkojen maalin hankauksesta. Ympäristöä saastuttavat myös tiemerkinnät ja rakennusten ulkopintojen hankaus.

Vesipitoiset emulsiomaalit sisältävät monimutkaisen seoksen epäorgaanisia ja polymeerisiä NP:itä ja MP:itä. Nämä yhdisteet tarjoavat sopivan värin viskositeetin, tippumisen estävän ominaisuuden ja kolloidisen stabiilisuuden.

Useimmat valkoiset maalit lisäävät titaanidioksidin (TiO2) NP:itä, joita vapautuu maalatuista julkisivuista talvella. Monet malliorganismit, mukaan lukien äyriäinen vesikirppu (Dapnia magna), ovat osoittaneet haitallisia vaikutuksia altistumisen jälkeen TiO2 NP:ille.

TiO2 NP:iden myrkyllistä vaikutusta tehostavat synergistiset vaikutukset muiden yhdisteiden, kuten kadmium- ja sinkki-ionien, bentsofenonin ja parabeenien kanssa, kun ne imeytyvät organismiin.

Eri organismit ottavat NP:t itseensä pääasiassa niiden pinnoille adsorption ja oton kautta. Tämä johtaa NP:iden biokertymiseen ja biomagnifioitumiseen monissa organismeissa.

Useat in vivo ja in vitro -tutkimukset ovat osoittaneet, että NP:t indusoivat tulehdusta, tuottavat reaktiivisia happilajeja (ROS) ja ovat sytotoksisia. Siksi on välttämätöntä määrittää emulsiomaalien sisältämien yhdisteiden vaikutus organismeihin.

Maaleissa liuenneiden polymeerien vaikutusta ei ole arvioitu, koska ne ovat ketjun pituudestaan ​​johtuen myrkyttömiä.

Opiskelusta

Tuoreen Ekotoksikologia ja ympäristöturvallisuus Tutkimuksessa analysoitiin maalin koostumusta ja sen biologisia ominaisuuksia, koska maaleista vapautuu polymeerejä ja hiukkasia ympäristöön. Joitakin maalien yleisiä komponentteja ovat epäorgaaniset ja polymeeriset NP:t, liuenneet polymeerit ja metallioksidi-MP:t.

Nykyisessä tutkimuksessa arvioitiin kunkin värifraktion vaikutusta solutasolla käyttämällä hiiren fibroblasteja, kuten L929-soluja ja D. magnaa, joka on yleinen ympäristömyrkyllisyyden indikaattori. Värifraktioiden vaikutuksen määrittämiseksi kaksi edellä mainittua organismia altistettiin eri pitoisuuksille värifraktioita. Myös D. magnan solujen metaboliset toiminnot ja liikkumattomuus arvioitiin.

Kaksi seinäväriä (väri 1 ja väri 2) valittiin mahdollisiksi edustajiksi kotitaloussovelluksiin. Väriä 1 käytettiin seinien maalaamiseen, kun taas väriä 2, jolla oli vähentynyt tippuminen, käytettiin kattojen maalaamiseen. Nämä maalit valittiin niiden komponenttien perusteella, joita olivat TiO2, piidioksidi, kalsiumkarbonaatti (CaCO3) ja polyakrylaatit, joita kaikkia esiintyy useimmissa maaleissa.

Tutkimustulokset

Zeta-potentiaali osoitti kolloidista stabiilisuutta ja sen mahdollista vuorovaikutusta biologisen järjestelmän kanssa. Lakan 1 komponentit osoittivat negatiivista zetapotentiaalia kaikilla testatuilla pH-arvoilla.

Lisäksi kolloidista epästabiilisuutta havaittiin pH:ssa 3 -5 mV zeta-potentiaalilla. Kasvava suolapitoisuus lisäsi myös kolloidista epästabiilisuutta.

NP:t, joiden keskimääräinen halkaisija oli 98 nm, osoittivat kolloidista stabiilisuutta. Värin 2 zetapotentiaali oli verrattavissa värin 1 zetapotentiaaliin.

Värifraktioihin liittyvät toksisuustasot määritettiin käyttämällä D. magna -mallia. Tässä kokeessa, jossa käytettiin molempia värejä toisistaan ​​riippumatta, havaittiin, että värien keskimääräinen tehokas pitoisuus (EC50) pystyi immobilisoimaan 50 % D. magnasta, kun ne altistettiin jatkuvasti 48 tunnin ajan.

Lisäksi on raportoitu polyakrylaattien haitallisia vaikutuksia organismeihin. Värin 2 liuennut kopolymeeri kerääntyi daphnian suolistoon, mikä voi johtaa suoliston tukkeutumiseen.

Tämä havainto viittaa vahvasti meren eliöiden mahdolliseen myrkylliseen altistumiseen liuenneille polymeereille.

Lisäksi värin 1 komponentteja adsorboitiin D. magnan kuoreen.

Hiiren fibroblasteja käyttävä MTT-soluproliferaatiomääritys osoitti värifragmenteille altistuneiden solujen metabolisen aktiivisuuden, mikä osoitti niiden elinvoimaisuuden. Sitä vastoin L929-solujen elinkelpoisuuteen vaikuttivat voimakkaasti värien nanomittakaavan komponentit, joilla oli kohtalainen zeta-potentiaali.

Johtopäätökset

In vivo -koe osoitti, että liuenneet polymeerit vaikuttivat merkittävästi D. magnaan. CaCO3:lle ja TiO2:lle NP-altistus johti solujen elinkelpoisuuden heikkenemiseen.

Myös metallioksideille ja muovisille NP:ille altistuneiden L929-solujen metabolisen aktiivisuuden merkittävä väheneminen havaittiin.

Yhdessä emulsiomaalit voivat aiheuttaa erilaisia ​​biologisia reaktioita organismeissa ja soluissa. Jatkossa kehitetään innovatiivisia maalikoostumuksia vähentämään niiden kielteisiä ympäristövaikutuksia.

Viite:

• 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

.