Biološki učinci nanoplastike u bojama

Biološki učinci nanoplastike u bojama

Visoka globalna potrošnja plastike i posljedično nekontrolirano odlaganje na odlagalištima i vodotocima imaju značajan utjecaj na okoliš. Iako je plastika otporna na biorazgradnju, veća plastika se pretvara u manje komade kada se podvrgne mehaničkoj abraziji u hidrolitičkom okruženju ili pod ultraljubičastim (UV) zračenjem.

Kada razbijena plastika dosegne veličinu između jednog mikrometra (µm) i pet milimetara (mm), naziva se mikroplastika (MP). Mikroplastika se dalje razgrađuje i stvara nanoplastiku (NP), koja je manja od 1000 nanometara (nm).

Naučiti: Razdvajanje bioloških učinaka primarne nanoplastike od aditiva u emulzijskim bojama.Autor fotografije: RHJPhotos / Shutterstock.com

pozadina

Primarni NP sintetiziraju se za različite funkcije, kao što su dodatni sastojci u disperzijskim bojama na bazi vode i pilinzima u kozmetici. Iako je uporaba NP-a u kozmetici u padu, oko 17 milijuna tona NP-a godišnje se koristi u disperzijskim bojama na bazi vode za arhitektonske premaze.

Oceani su također zagađeni sekundarnim MP-om, koji nastaje abrazijom boje s brodskih trupova. Okoliš je također onečišćen sekundarnim MP iz oznaka na cestama i abrazije na vanjskim površinama zgrada.

Boje na bazi vodene emulzije sadrže složenu mješavinu anorganskih i polimernih NP i MP. Ovi spojevi osiguravaju odgovarajuću viskoznost boje, svojstvo nekapanja i koloidnu stabilnost.

Većina bijelih boja dodaje titanijev dioksid (TiO2) NP, koji se zimi oslobađa s obojenih fasada. Mnogi modelni organizmi, uključujući vodenu buhu (Dapnia magna), pokazali su štetne učinke nakon izlaganja TiO2 NP.

Toksični učinak TiO2 NP pojačan je sinergističkim učincima s drugim spojevima kao što su ioni kadmija i cinka, benzofenon i parabeni kada ih organizam apsorbira.

NP-ove preuzimaju različiti organizmi, uglavnom adsorpcijom na njihovim površinama i unosom. To dovodi do bioakumulacije i biomagnifikacije NP u brojnim organizmima.

Nekoliko in vivo i in vitro studija pokazalo je da NP izazivaju upalu, proizvode reaktivne kisikove vrste (ROS) i da su citotoksični. Stoga je nužno utvrditi djelovanje spojeva sadržanih u emulzijskim bojama na organizme.

Učinak otopljenih polimera u bojama nije procijenjen jer su netoksični zbog duljine lanca.

O studiranju

Nedavna Ekotoksikologija i sigurnost okoliša Studija je analizirala sastav boje i njezina biološka svojstva jer boje otpuštaju polimere i čestice u okoliš. Neke od uobičajenih komponenti boja uključuju anorganske i polimerne NP-ove, otopljene polimere i MP-ove metalnih oksida.

Trenutna studija procijenila je učinak svake frakcije boje na staničnoj razini koristeći mišje fibroblaste kao što su stanice L929 i D. magna, što je uobičajeni pokazatelj toksičnosti za okoliš. Kako bi se utvrdio učinak frakcija boje, dva gore navedena organizma bila su izložena različitim koncentracijama frakcija boje. Također su procijenjene metaboličke funkcije stanica i nepokretnost D. magna.

Dvije boje zidova (boja 1 i boja 2) odabrane su kao mogući predstavnici za primjenu u kućanstvu. Boja 1 korištena je za bojanje zidova, dok je boja 2, koja je imala smanjeno svojstvo kapanja, korištena za bojanje stropova. Ove su boje odabrane na temelju njihovih komponenti, koje uključuju TiO2, silicijev dioksid, kalcijev karbonat (CaCO3) i poliakrilate, koji su svi obično prisutni u većini boja.

Rezultati studije

Zeta potencijal ukazuje na koloidnu stabilnost i njegovu moguću interakciju s biološkim sustavom. Komponente laka 1 pokazale su negativan zeta potencijal na svim testiranim pH vrijednostima.

Dodatno, uočena je koloidna nestabilnost pri pH 3 sa -5 mV zeta potencijalom. Povećanje koncentracije soli također je povećalo koloidnu nestabilnost.

NP s prosječnim promjerom od 98 nm pokazali su koloidnu stabilnost. Zeta potencijal boje 2 bio je usporediv s potencijalom boje 1.

Razine toksičnosti povezane s frakcijama boje određene su pomoću modela D. magna. Ovaj eksperiment, koristeći obje boje neovisno, otkrio je da srednja efektivna koncentracija (EC50) boja može imobilizirati 50% D. magna kada je kontinuirano izložena 48 sati.

Nadalje, zabilježeni su štetni učinci poliakrilata na organizme. Otopljeni kopolimer boje 2 nakupio se u crijevu dafnije, što je moglo dovesti do crijevne opstrukcije.

Ovo otkriće snažno ukazuje na moguću toksičnu izloženost morskih organizama otopljenim polimerima.

Dodatno, komponente boje 1 adsorbirane su na ljušturi D. magna.

MTT test stanične proliferacije korištenjem mišjih fibroblasta pokazao je metaboličku aktivnost stanica izloženih fragmentima boje, pokazujući njihovu vitalnost. Nasuprot tome, na održivost stanica L929 snažno su utjecale nanomjerne komponente boja s umjerenim zeta potencijalima.

Zaključci

Pokus in vivo pokazao je da otopljeni polimeri značajno utječu na D. magna. Izloženost CaCO3 i TiO2 NP rezultirala je smanjenom vitalnošću stanica.

Također je primijećeno značajno smanjenje metaboličke aktivnosti stanica L929 izloženih metalnim oksidima i plastičnim NP.

Uzete zajedno, emulzijske boje mogu izazvati različite biološke reakcije u organizmima i stanicama. U budućnosti će se razvijati inovativne formulacije boja kako bi se smanjio njihov negativan utjecaj na okoliš.

Referenca:

• 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

.