A nanoműanyagok biológiai hatásai színekben

A nanoműanyagok biológiai hatásai színekben

A műanyagok nagy globális fogyasztása és az ezt követő ellenőrizetlen hulladéklerakókba és vízi utakba való lerakás jelentős hatással van a környezetre. Bár a műanyagok ellenállnak a biológiai lebomlásnak, a nagyobb műanyagok kisebb darabokká alakulnak, ha hidrolitikus környezetben vagy ultraibolya (UV) sugárzás hatására mechanikai kopásnak vannak kitéve.

Ha a lebontott műanyagok mérete egy mikrométer (µm) és öt milliméter (mm) között van, akkor mikroműanyagnak (MP) nevezik. A mikroműanyagok tovább bomlanak nanoműanyagokká (NP), amelyek mérete kisebb, mint 1000 nanométer (nm).

Tanul: Primer nanoműanyagok biológiai hatásainak szétválasztása az emulziós festékekben található adalékanyagoktól.Fotó forrása: RHJPhotos / Shutterstock.com

háttér

Az elsődleges NP-ket különféle funkciókra szintetizálják, például további összetevőket a vízbázisú diszperziós festékekben és hámlasztókat a kozmetikumokban. Bár az NP-k kozmetikai felhasználása csökken, évente körülbelül 17 millió tonna NP-t használnak fel az építészeti bevonatok vízbázisú diszperziós festékeiben.

Az óceánokat másodlagos MP-k is szennyezik, amelyek a hajótestek festékkopásából származnak. A környezetet másodlagos MP-k is szennyezik az útburkolati jelek és az épületek külső felületeinek koptatása miatt.

A vizes emulziós festékek szervetlen és polimer NP-k és MP-k összetett keverékét tartalmazzák. Ezek a vegyületek megfelelő színviszkozitást, csepegésmentességet és kolloid stabilitást biztosítanak.

A legtöbb fehér festék titán-dioxid (TiO2) NP-t ad, amely télen felszabadul a festett homlokzatokról. Számos modellszervezet, köztük a rákféle vízibolha (Dapnia magna) káros hatásokat mutatott a TiO2 NP-k expozícióját követően.

A TiO2 NP-k toxikus hatását fokozzák a szinergetikus hatások más vegyületekkel, például kadmium- és cinkionokkal, benzofenonnal és parabénekkel, amikor a szervezet felszívja őket.

Az NP-ket különféle organizmusok veszik fel, főként a felületükön történő adszorpció és felvétel útján. Ez számos szervezetben az NP-k bioakkumulációjához és biomagnifikációjához vezet.

Számos in vivo és in vitro vizsgálat kimutatta, hogy az NP-k gyulladást váltanak ki, reaktív oxigénfajtákat (ROS) termelnek, és citotoxikusak. Ezért feltétlenül meg kell határozni az emulziós festékekben lévő vegyületek szervezetre gyakorolt ​​hatását.

A festékekben oldott polimerek hatását nem értékelték, mivel lánchosszuk miatt nem mérgezőek.

A tanulásról

Egy friss Ökotoxikológia és környezetbiztonság A tanulmány elemezte a festék összetételét és biológiai tulajdonságait, mivel a festékek polimereket és részecskéket bocsátanak ki a környezetbe. A festékek gyakori összetevői közé tartoznak a szervetlen és polimer NP-k, oldott polimerek és fém-oxid MP-k.

A jelenlegi tanulmány az egyes színfrakciók sejtszintű hatását értékelte egér fibroblasztok, például L929 sejtek és D. magna segítségével, amely a környezeti toxicitás gyakori mutatója. A színfrakciók hatásának meghatározásához a két fent említett organizmust különböző koncentrációjú színfrakcióknak tették ki. A D. magna sejtanyagcsere funkcióit és immobilitását is értékeltük.

Két falszínt (1. szín és 2. szín) választottak ki, mint lehetséges képviselőket a háztartási alkalmazásokhoz. Az 1-es színt a falak festésére, míg a 2-es színt, amely csökkentette a csöpögést, a mennyezet festésére használták. Ezeket a festékeket komponenseik alapján választották ki, köztük a TiO2-t, a szilícium-dioxidot, a kalcium-karbonátot (CaCO3) és a poliakrilátokat, amelyek mindegyike általában megtalálható a legtöbb festékben.

Tanulmányi eredmények

A zéta potenciál a kolloid stabilitást és a biológiai rendszerrel való lehetséges kölcsönhatását jelezte. Az 1-es lakk komponensei minden vizsgált pH-értéken negatív zéta potenciált mutattak.

Ezenkívül kolloid instabilitást figyeltek meg pH 3-on -5 mV zéta potenciál mellett. A sókoncentráció növekedése növeli a kolloid instabilitást is.

Az átlagosan 98 nm átmérőjű NP-k kolloidális stabilitást mutattak. A 2. szín zéta potenciálja hasonló volt az 1. színéhez.

A színes frakciókhoz kapcsolódó toxicitási szinteket a D. magna modell segítségével határoztuk meg. Ez a kísérlet, amely mindkét színt egymástól függetlenül alkalmazta, azt találta, hogy a színek átlagos effektív koncentrációja (EC50) a D. magna 50%-át tudja immobilizálni, ha 48 órán keresztül folyamatosan exponáljuk.

Ezenkívül beszámoltak a poliakrilátoknak a szervezetekre gyakorolt ​​káros hatásairól. A 2. szín oldott kopolimerje felhalmozódott a daphnia bélrendszerében, ami bélelzáródáshoz vezethet.

Ez a megállapítás erősen azt sugallja, hogy a tengeri élőlények mérgező hatást gyakorolhatnak az oldott polimerekre.

Ezenkívül az 1. színű komponensek adszorbeálódnak a D. magna héján.

Egy rágcsáló fibroblasztokat alkalmazó MTT sejtproliferációs vizsgálat kimutatta a festékfragmenseknek kitett sejtek metabolikus aktivitását, bizonyítva vitalitását. Ezzel szemben az L929 sejtek életképességét erősen befolyásolták a mérsékelt zéta potenciállal rendelkező színek nanoméretű komponensei.

Következtetések

Az in vivo kísérlet azt mutatta, hogy az oldott polimerek jelentősen befolyásolták a D. magnát. A CaCO3 és TiO2 NP expozíció a sejtek életképességének csökkenését eredményezte.

A fémoxidoknak és műanyag NP-knek kitett L929 sejtek metabolikus aktivitásának jelentős csökkenését is megfigyelték.

Összességében az emulziós festékek különböző biológiai reakciókat válthatnak ki az organizmusokban és sejtekben. A jövőben innovatív festékkészítményeket fejlesztenek ki, hogy csökkentsék a környezetre gyakorolt ​​negatív hatásukat.

Referencia:

• 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

.