Biologiska effekter av nanoplast i färger

Biologiska effekter av nanoplast i färger

Den höga globala konsumtionen av plast och den efterföljande okontrollerade dumpningen i deponier och vattendrag har en betydande inverkan på miljön. Även om plast är resistent mot biologisk nedbrytning, omvandlas större plaster till mindre bitar när de utsätts för mekanisk nötning i hydrolytiska miljöer eller under ultraviolett (UV) bestrålning.

När nedbruten plast når en storlek mellan en mikrometer (µm) och fem millimeter (mm), kallas de mikroplaster (MP). Mikroplaster bryts ytterligare ned för att bilda nanoplaster (NP), som är mindre än 1 000 nanometer (nm) i storlek.

Lära sig: Avskiljning av biologiska effekter av primär nanoplast från tillsatser i emulsionsfärger.Fotokredit: RHJPhotos / Shutterstock.com

bakgrund

Primära NP:er syntetiseras för olika funktioner, såsom ytterligare ingredienser i vattenbaserade dispersionsfärger och exfolianter i kosmetika. Även om användningen av NP i kosmetika minskar, används cirka 17 miljoner ton NP årligen i vattenbaserade dispersionsfärger för arkitektoniska beläggningar.

Haven är också förorenade av sekundära parlamentsledamöter, som uppstår från färgnötning från fartygsskrov. Miljön är också förorenad av sekundära MP från vägmarkeringar och nötning på byggnaders yttre ytor.

Vattenhaltiga emulsionsfärger innehåller en komplex blandning av oorganiska och polymera NP och MP. Dessa föreningar ger lämplig färgviskositet, icke-droppande egenskaper och kolloidal stabilitet.

De flesta vita färger tillsätter titandioxid (TiO2) NP, som frigörs från målade fasader på vintern. Många modellorganismer, inklusive kräftdjursvattenloppan (Dapnia magna), har visat negativa effekter efter exponering för TiO2 NP.

Den toxiska effekten av TiO2 NPs förstärks av synergistiska effekter med andra föreningar som kadmium- och zinkjoner, bensofenon och parabener när de absorberas av organismen.

NP tas upp av olika organismer, främst genom adsorption på deras ytor och upptag. Detta leder till bioackumulering och biomagnifiering av NP i många organismer.

Flera studier in vivo och in vitro har visat att NP inducerar inflammation, producerar reaktiva syrearter (ROS) och är cytotoxiska. Därför är det absolut nödvändigt att bestämma effekten av föreningar som ingår i emulsionsfärger på organismer.

Effekten av lösta polymerer i färger har inte utvärderats eftersom de är giftfria på grund av sin kedjelängd.

Om att studera

En nyligen Ekotoxikologi och miljösäkerhet Studien analyserade färgsammansättningen och dess biologiska egenskaper, eftersom färger släpper ut polymerer och partiklar i miljön. Några av de vanliga komponenterna i färger inkluderar oorganiska och polymera NP, lösta polymerer och metalloxid MP.

Den aktuella studien utvärderade effekten av varje färgfraktion på cellnivå med hjälp av murina fibroblaster som L929-celler och D. magna, vilket är en vanlig indikator på miljötoxicitet. För att bestämma effekten av färgfraktioner exponerades de två ovannämnda organismerna för olika koncentrationer av färgfraktioner. Cellmetaboliska funktioner och orörlighet hos D. magna utvärderades också.

Två väggfärger (färg 1 och färg 2) valdes ut som möjliga representanter för hushållsapplikationer. Färg 1 användes för att måla väggar, medan färg 2, som hade minskad droppegenskaper, användes för att måla tak. Dessa färger valdes ut utifrån deras komponenter, som inkluderade TiO2, kiseldioxid, kalciumkarbonat (CaCO3) och polyakrylater, som alla är vanliga i de flesta färger.

Studieresultat

Zetapotentialen indikerade kolloidal stabilitet och dess möjliga interaktion med det biologiska systemet. Komponenterna i lack 1 visade en negativ zeta-potential vid alla testade pH-värden.

Dessutom observerades kolloidal instabilitet vid pH 3 med -5 mV zetapotential. Ökande saltkoncentration ökade också kolloidal instabilitet.

NP med en genomsnittlig diameter på 98 nm visade kolloidal stabilitet. Zetapotentialen för färg 2 var jämförbar med den för färg 1.

Toxicitetsnivåer associerade med färgfraktioner bestämdes med användning av D. magna-modellen. Detta experiment, med användning av båda färgerna oberoende, fann att den genomsnittliga effektiva koncentrationen (EC50) av färgerna kunde immobilisera 50 % av D. magna när de exponerades kontinuerligt i 48 timmar.

Dessutom har de skadliga effekterna av polyakrylater på organismer rapporterats. Den upplösta sampolymeren av färg 2 ackumulerades i dafnians tarm, vilket kunde leda till tarmobstruktion.

Detta fynd tyder starkt på den möjliga toxiska exponeringen av marina organismer för lösta polymerer.

Dessutom adsorberades komponenter av färg 1 på skalet av D. magna.

En MTT-cellproliferationsanalys med användning av murina fibroblaster visade den metaboliska aktiviteten hos celler exponerade för färgämnesfragment, vilket visade deras vitalitet. Omvänt påverkades L929-cellviabiliteten starkt av komponenter i nanoskala av färger med måttliga zetapotentialer.

Slutsatser

In vivo-experimentet visade att lösta polymerer signifikant påverkade D. magna. Exponering av CaCO3 och TiO2 NP resulterade i minskad cellviabilitet.

En signifikant minskning av metabolisk aktivitet av L929-celler exponerade för metalloxider och plast-NP observerades också.

Sammantaget kan emulsionsfärger orsaka olika biologiska reaktioner i organismer och celler. I framtiden kommer innovativa färgformuleringar att utvecklas för att minska deras negativa påverkan på miljön.

Hänvisning:

• 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

.