纳米塑料颜色的生物效应

纳米塑料颜色的生物效应

全球塑料的高消耗量以及随后在垃圾填埋场和水道中不受控制的倾倒对环境产生了重大影响。 尽管塑料具有抗生物降解性，但当在水解环境中或在紫外线 (UV) 照射下受到机械磨损时，较大的塑料会转化为较小的碎片。

当分解的塑料尺寸达到一微米 (μm) 到五毫米 (mm) 之间时，它们被称为微塑料 (MP)。 微塑料进一步分解形成尺寸小于 1,000 纳米 (nm) 的纳米塑料 (NP)。

学习： 乳胶漆添加剂中初级纳米塑料的生物效应的解开。照片来源：RHJPhotos / Shutterstock.com

背景

初级纳米颗粒的合成具有多种功能，例如水性分散涂料中的附加成分和化妆品中的去角质剂。 尽管化妆品中纳米粒子的使用量正在下降，但每年在建筑涂料的水性分散涂料中使用约 1700 万吨纳米粒子。

海洋也受到二级 MP 的污染，这些二级 MP 是由船体油漆磨损产生的。 环境还受到道路标记和建筑物外表面磨损产生的二次 MP 的污染。

水性乳胶漆含有无机和聚合物纳米粒子和MP 的复杂混合物。 这些化合物提供合适的颜色粘度、不滴落特性和胶体稳定性。

大多数白色涂料都添加二氧化钛 (TiO2) 纳米颗粒，这些纳米颗粒会在冬季从涂漆的外墙中释放出来。 许多模式生物，包括甲壳类水蚤 (Dapnia magna)，在接触 TiO2 纳米颗粒后表现出不利影响。

当被生物体吸收时，TiO2 NPs 的毒性作用会通过与镉离子、锌离子、二苯甲酮和对羟基苯甲酸酯等其他化合物的协同作用而增强。

纳米颗粒被各种生物体吸收，主要是通过其表面的吸附和摄取。 这导致纳米颗粒在许多生物体中发生生物累积和生物放大。

多项体内和体外研究表明，纳米颗粒会诱发炎症，产生活性氧 (ROS)，并且具有细胞毒性。 因此，确定乳胶漆中所含化合物对生物体的影响势在必行。

涂料中溶解的聚合物的影响尚未评估，因为它们的链长是无毒的。

关于学习

最近的一张 生态毒理学和环境安全 研究分析了涂料的成分及其生物特性，因为涂料会将聚合物和颗粒释放到环境中。 涂料的一些常见成分包括无机和聚合物纳米粒子、溶解聚合物和金属氧化物MP。

目前的研究使用小鼠成纤维细胞（例如 L929 细胞和 D. magna）评估了每种颜色成分在细胞水平上的影响，这是环境毒性的常见指标。 为了确定颜色部分的影响，将上述两种生物体暴露于不同浓度的颜色部分。 还评估了 D. magna 的细胞代谢功能和固定性。

选择两种墙壁颜色（颜色 1 和颜色 2）作为家庭应用的可能代表。 颜色 1 用于粉刷墙壁，而具有降低滴落性能的颜色 2 用于粉刷天花板。 这些涂料是根据其成分进行选择的，其中包括二氧化钛、二氧化硅、碳酸钙 (CaCO3) 和聚丙烯酸酯，所有这些都常见于大多数涂料中。

研究结果

Zeta 电位表明胶体稳定性及其与生物系统可能的相互作用。 漆 1 的成分在所有测试的 pH 值下均显示出负 zeta 电位。

此外，在 pH 3、-5 mV zeta 电位下观察到胶体不稳定性。 增加盐浓度也会增加胶体的不稳定性。

平均直径为98 nm的纳米粒子表现出胶体稳定性。 颜色 2 的 zeta 电位与颜色 1 相当。

使用 D. magna 模型确定与颜色分数相关的毒性水平。 该实验独立使用两种颜色，发现当连续暴露 48 小时时，颜色的平均有效浓度 (EC50) 可以固定 50% 的 D. magna。

此外，已有聚丙烯酸酯对生物体产生不利影响的报道。 溶解的颜色2共聚物在水蚤的肠道中积累，可能导致肠梗阻。

这一发现强烈表明海洋生物可能有毒接触溶解的聚合物。

此外，颜色1的成分被吸附在D. magna的壳上。

使用小鼠成纤维细胞进行的 MTT 细胞增殖测定显示了暴露于染料片段的细胞的代谢活性，证明了它们的活力。 相反，L929 细胞活力受到具有中等 zeta 电位的纳米级颜色成分的强烈影响。

结论

体内实验表明，溶解的聚合物显着影响 D. magna。 CaCO3 和 TiO2 NP 暴露导致细胞活力下降。

还观察到暴露于金属氧化物和塑料纳米颗粒的 L929 细胞的代谢活性显着降低。

综合起来，乳胶漆可以在生物体和细胞中引起不同的生物反应。 未来，我们将开发创新的涂料配方，以减少其对环境的负面影响。

参考：

• 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

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