Nanoplastmasas bioloģiskā ietekme krāsās

Nanoplastmasas bioloģiskā ietekme krāsās

Lielais plastmasas patēriņš pasaulē un tam sekojošā nekontrolēta izgāšana poligonos un ūdensceļos būtiski ietekmē vidi. Lai gan plastmasa ir izturīga pret bioloģisko noārdīšanos, lielākas plastmasas tiek pārveidotas mazākos gabalos, ja tās tiek pakļautas mehāniskai nobrāzumam hidrolītiskā vidē vai ultravioletā (UV) starojuma ietekmē.

Ja sadalītās plastmasas izmērs sasniedz no viena mikrometra (µm) līdz pieciem milimetriem (mm), to sauc par mikroplastmasu (MP). Mikroplastmasa tālāk sadalās, veidojot nanoplastmasu (NP), kuras izmērs ir mazāks par 1000 nanometriem (nm).

Uzziniet: Primāro nanoplastmasu bioloģisko efektu atdalīšana no piedevām emulsijas krāsās.Fotoattēlu kredīts: RHJPhotos / Shutterstock.com

fons

Primārie NP tiek sintezēti dažādām funkcijām, piemēram, papildu sastāvdaļām ūdens bāzes dispersijas krāsās un eksfoliantiem kosmētikā. Lai gan NP izmantošana kosmētikā samazinās, aptuveni 17 miljoni tonnu NP ik gadu tiek izmantoti ūdens bāzes dispersijas krāsās arhitektūras pārklājumiem.

Okeānus piesārņo arī sekundārie MP, kas rodas no kuģu korpusa krāsas noberšanās. Vide tiek piesārņota arī ar sekundārajiem MP no ceļa apzīmējumiem un nobrāzumiem uz ēku ārējām virsmām.

Ūdens emulsijas krāsas satur sarežģītu neorganisku un polimēru NP un MP maisījumu. Šie savienojumi nodrošina piemērotu krāsas viskozitāti, nepilošu īpašību un koloidālo stabilitāti.

Lielākajai daļai balto krāsu tiek pievienoti titāna dioksīda (TiO2) NP, kas ziemā izdalās no krāsotajām fasādēm. Daudzi paraugorganismi, tostarp vēžveidīgo ūdensblusa (Dapnia magna), ir parādījuši nelabvēlīgu ietekmi pēc TiO2 NP iedarbības.

TiO2 NP toksisko iedarbību pastiprina sinerģiska iedarbība ar citiem savienojumiem, piemēram, kadmija un cinka joniem, benzofenonu un parabēniem, kad organisms tos absorbē.

NP uzņem dažādi organismi, galvenokārt adsorbējot uz to virsmām un uzņemot. Tas noved pie NP bioakumulācijas un biomagnifikācijas daudzos organismos.

Vairāki in vivo un in vitro pētījumi ir parādījuši, ka NP izraisa iekaisumu, rada reaktīvās skābekļa sugas (ROS) un ir citotoksiskas. Tāpēc obligāti jānosaka emulsijas krāsās esošo savienojumu ietekme uz organismiem.

Krāsās izšķīdušo polimēru iedarbība nav novērtēta, jo tie nav toksiski to ķēdes garuma dēļ.

Par mācībām

Nesens Ekotoksikoloģija un vides drošība Pētījumā tika analizēts krāsas sastāvs un tās bioloģiskās īpašības, jo krāsas izdala polimērus un daļiņas vidē. Dažas no izplatītākajām krāsu sastāvdaļām ir neorganiskie un polimēru NP, izšķīdušie polimēri un metāla oksīda MP.

Pašreizējā pētījumā tika novērtēta katras krāsu frakcijas ietekme šūnu līmenī, izmantojot peļu fibroblastus, piemēram, L929 šūnas un D. magna, kas ir izplatīts vides toksicitātes rādītājs. Lai noteiktu krāsu frakciju ietekmi, abi iepriekš minētie organismi tika pakļauti dažādām krāsu frakciju koncentrācijām. Tika novērtētas arī D. magna šūnu vielmaiņas funkcijas un nekustīgums.

Divas sienu krāsas (1. un 2. krāsa) tika izvēlētas kā iespējamie pārstāvji mājsaimniecības vajadzībām. 1. krāsa tika izmantota sienu krāsošanai, bet 2. krāsa, kurai bija samazināta pilēšana, tika izmantota griestu krāsošanai. Šīs krāsas tika izvēlētas, pamatojoties uz to sastāvdaļām, kas ietvēra TiO2, silīcija dioksīdu, kalcija karbonātu (CaCO3) un poliakrilātus, kas visi parasti ir lielākajā daļā krāsu.

Studiju rezultāti

Zeta potenciāls norādīja uz koloidālo stabilitāti un tā iespējamo mijiedarbību ar bioloģisko sistēmu. 1. lakas komponenti uzrādīja negatīvu zeta potenciālu pie visām pārbaudītajām pH vērtībām.

Turklāt koloidālā nestabilitāte tika novērota pie pH 3 ar -5 mV zeta potenciālu. Sāļu koncentrācijas palielināšanās palielināja arī koloidālo nestabilitāti.

NP ar vidējo diametru 98 nm uzrādīja koloidālu stabilitāti. 2. krāsas zeta potenciāls bija salīdzināms ar 1. krāsas potenciālu.

Toksicitātes līmeņi, kas saistīti ar krāsu frakcijām, tika noteikti, izmantojot D. magna modeli. Šis eksperiments, izmantojot abas krāsas neatkarīgi, atklāja, ka krāsu vidējā efektīvā koncentrācija (EC50) var imobilizēt 50% D. magna, ja to nepārtraukti eksponē 48 stundas.

Turklāt ir ziņots par poliakrilātu kaitīgo ietekmi uz organismiem. Izšķīdušais 2. krāsas kopolimērs uzkrājās dafnijas zarnās, kas var izraisīt zarnu aizsprostojumu.

Šis atklājums stingri norāda uz iespējamo jūras organismu toksisko iedarbību uz izšķīdušiem polimēriem.

Turklāt 1. krāsas komponenti tika adsorbēti uz D. magna čaumalas.

MTT šūnu proliferācijas tests, izmantojot peles fibroblastus, parādīja krāsu fragmentiem pakļauto šūnu metabolisma aktivitāti, parādot to vitalitāti. Un otrādi, L929 šūnu dzīvotspēju spēcīgi ietekmēja krāsu nanomēroga komponenti ar mērenu zeta potenciālu.

Secinājumi

In vivo eksperiments parādīja, ka izšķīdušie polimēri būtiski ietekmēja D. magna. CaCO3 un TiO2 NP iedarbība izraisīja šūnu dzīvotspējas samazināšanos.

Tika novērots arī ievērojams L929 šūnu metabolisma aktivitātes samazinājums, kas pakļauts metālu oksīdiem un plastmasas NP.

Kopumā emulsijas krāsas var izraisīt dažādas bioloģiskas reakcijas organismos un šūnās. Nākotnē tiks izstrādāti inovatīvi krāsu sastāvi, lai samazinātu to negatīvo ietekmi uz vidi.

Atsauce:

• 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

.