Efectele biologice ale nanoplasticelor în culori

Efectele biologice ale nanoplasticelor în culori

Consumul mare de materiale plastice la nivel mondial și deversarea necontrolată ulterioară în gropile de gunoi și căile navigabile au un impact semnificativ asupra mediului. Deși materialele plastice sunt rezistente la biodegradare, plasticele mai mari sunt transformate în bucăți mai mici atunci când sunt supuse la abraziune mecanică în medii hidrolitice sau sub iradiere cu ultraviolete (UV).

Când materialele plastice descompuse ating o dimensiune între un micrometru (µm) și cinci milimetri (mm), ele se numesc microplastice (MP). Microplasticele se descompun în continuare pentru a forma nanoplastice (NP), care au o dimensiune mai mică de 1.000 de nanometri (nm).

Învăţa: Dezlegarea efectelor biologice ale nanoplasticelor primare de aditivii din vopselele în emulsie.Credit foto: RHJPhotos / Shutterstock.com

fundal

NP-urile primare sunt sintetizate pentru diverse funcții, cum ar fi ingrediente suplimentare în vopselele cu dispersie pe bază de apă și exfolianții din cosmetice. Deși utilizarea NP-urilor în cosmetică este în scădere, aproximativ 17 milioane de tone de NP sunt utilizate anual în vopselele cu dispersie pe bază de apă pentru acoperiri arhitecturale.

Oceanele sunt, de asemenea, poluate de MP secundare, care provin din abraziunea vopselei de pe corpurile navelor. Mediul este, de asemenea, poluat cu MP secundare de marcaj rutier și abraziune pe suprafețele exterioare ale clădirilor.

Vopselele în emulsie apoasă conțin un amestec complex de NP și MP anorganice și polimerice. Acești compuși oferă vâscozitate adecvată a culorii, proprietate de non-picurare și stabilitate coloidală.

Majoritatea vopselelor albe adaugă NP-uri de dioxid de titan (TiO2), care sunt eliberate de pe fațadele vopsite în timpul iernii. Multe organisme model, inclusiv puricele de apă crustacee (Dapnia magna), au prezentat efecte adverse în urma expunerii la TiO2 NP.

Efectul toxic al TiO2 NP este sporit de efectele sinergice cu alți compuși precum ionii de cadmiu și zinc, benzofenona și parabenii atunci când sunt absorbiți de organism.

NP-urile sunt preluate de diferite organisme, în principal prin adsorbție pe suprafața lor și prin absorbție. Acest lucru duce la bioacumulare și bioamplificare a NP-urilor în numeroase organisme.

Mai multe studii in vivo și in vitro au arătat că NP-urile induc inflamație, produc specii reactive de oxigen (ROS) și sunt citotoxice. Prin urmare, este imperativ să se determine efectul compușilor conținuti în vopselele în emulsie asupra organismelor.

Efectul polimerilor dizolvați în vopsele nu a fost evaluat deoarece aceștia sunt netoxici datorită lungimii lanțului lor.

Despre studiu

Una recentă Ecotoxicologie si siguranta mediului Studiul a analizat compoziția vopselei și proprietățile sale biologice, deoarece vopselele eliberează polimeri și particule în mediu. Unele dintre componentele obișnuite ale vopselelor includ NP anorganice și polimerice, polimeri dizolvați și MP de oxid de metal.

Studiul actual a evaluat efectul fiecărei fracțiuni de culoare la nivel celular folosind fibroblaste murine, cum ar fi celulele L929 și D. magna, care este un indicator comun al toxicității mediului. Pentru a determina efectul fracțiilor de culoare, cele două organisme menționate mai sus au fost expuse la concentrații diferite de fracții de culoare. Au fost de asemenea evaluate funcțiile metabolice celulare și imobilitatea D. magna.

Două culori de perete (culoarea 1 și culoarea 2) au fost selectate ca reprezentanți posibili pentru aplicații casnice. Culoarea 1 a fost folosită pentru vopsirea pereților, în timp ce culoarea 2, care avea o proprietate redusă de picurare, a fost folosită pentru a picta tavanele. Aceste vopsele au fost selectate pe baza componentelor lor, care au inclus TiO2, dioxid de siliciu, carbonat de calciu (CaCO3) și poliacrilați, toate fiind prezente în mod obișnuit în majoritatea vopselelor.

Rezultatele studiului

Potențialul zeta a indicat stabilitatea coloidală și posibila interacțiune a acestuia cu sistemul biologic. Componentele lacului 1 au prezentat un potențial zeta negativ la toate valorile pH-ului testate.

În plus, instabilitatea coloidală a fost observată la pH 3 cu potențial zeta de -5 mV. Creșterea concentrației de sare a crescut și instabilitatea coloidală.

NP-urile cu un diametru mediu de 98 nm au prezentat stabilitate coloidală. Potențialul zeta al culorii 2 a fost comparabil cu cel al culorii 1.

Nivelurile de toxicitate asociate cu fracțiunile de culoare au fost determinate folosind modelul D. magna. Acest experiment, folosind ambele culori în mod independent, a constatat că concentrația medie efectivă (EC50) a culorilor ar putea imobiliza 50% din D. magna atunci când este expus continuu timp de 48 de ore.

În plus, au fost raportate efectele adverse ale poliacrilaților asupra organismelor. Copolimerul dizolvat de culoare 2 s-a acumulat în intestinul dafniei, ceea ce ar putea duce la obstrucție intestinală.

Această constatare sugerează cu tărie posibila expunere toxică a organismelor marine la polimerii dizolvați.

În plus, componentele culorii 1 au fost adsorbite pe coaja de D. magna.

Un test de proliferare a celulelor MTT folosind fibroblaste murine a arătat activitatea metabolică a celulelor expuse la fragmente de colorant, demonstrând vitalitatea acestora. În schimb, viabilitatea celulei L929 a fost puternic influențată de componentele la scară nanometrică ale culorilor cu potențial zeta moderat.

Concluzii

Experimentul in vivo a arătat că polimerii dizolvați au afectat semnificativ D. magna. Expunerea la CaCO3 și TiO2 NP a dus la scăderea viabilității celulare.

S-a observat, de asemenea, o reducere semnificativă a activității metabolice a celulelor L929 expuse la oxizi de metal și NP din plastic.

Luate împreună, vopselele în emulsie pot provoca diferite reacții biologice în organisme și celule. În viitor, vor fi dezvoltate formulări inovatoare de vopsea pentru a reduce impactul lor negativ asupra mediului.

Referinţă:

• 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

.