Quantum dots gemaakt van cadmium en selenium worden afgebroken in de bodem, het loslaten van giftige cadmium- en seleniumionen in hun omgeving, een studie van de Universiteit van Buffalo heeft gevonden.

Het onderzoek, geaccepteerd voor publicatie in het tijdschrift Milieuwetenschap en -technologie , toont aan hoe belangrijk het is om meer te leren over hoe kwantumstippen -- en andere nanomaterialen -- na verwijdering in wisselwerking staan ​​met de omgeving, zei Diana Aga, de scheikundeprofessor die de studie leidde.

Quantum dots zijn halfgeleider nanokristallen met een diameter van ongeveer 2 tot 100 nanometer. Hoewel kwantumdots nog niet veel worden gebruikt in consumentenproducten, wetenschappers onderzoeken de toepassingen van de deeltjes in technologieën variërend van zonnepanelen tot biomedische beeldvorming.

"Quantum dots worden nog niet veel gebruikt, maar ze hebben veel potentieel en we kunnen anticiperen dat het gebruik van dit nanomateriaal zal toenemen, " zei Aga, die de bevindingen eind juni presenteerde tijdens een door de National Science Foundation gefinancierde workshop over nanomaterialen in het milieu. "We kunnen ook anticiperen dat hun voorkomen in het milieu ook zal toenemen, en we moeten proactief zijn en meer leren over de vraag of deze materialen een probleem zullen vormen wanneer ze in het milieu terechtkomen."

"We kunnen uit ons onderzoek concluderen dat er potentieel is voor enkele negatieve effecten, omdat de kwantumstippen biologisch afbreekbaar zijn. Maar er is ook een mogelijkheid om de chemie aan te passen, het oppervlak van de nanomaterialen, om degradatie in de toekomst te voorkomen, " ze zei.

Aga's onderzoek naar het hiernamaals van kwantumstippen wordt gefinancierd door $ 400,- 000 Environmental Protection Agency-subsidie ​​​​om het milieutransport te onderzoeken, biologische afbraak en bioaccumulatie van quantum dots en oxide nanodeeltjes.

Haar medewerkers aan de nieuwe studie in Environmental Science and Technology zijn onder meer promovenda Divina Navarro, Universitair docent Sarbajit Banerjee en universitair hoofddocent David Watson, alle van de UB Department of Chemistry.

Werken in het laboratorium, het team testte twee soorten kwantumdots:cadmiumselenide kwantumdots, en cadmium-selenide kwantumstippen met een beschermende, zinksulfide omhulsel. Hoewel in de wetenschappelijke literatuur bekend is dat de omhulde kwantumstippen stabieler zijn, Het team van Aga ontdekte dat beide soorten kwantumdots giftige elementen lekten binnen 15 dagen nadat ze in de grond waren terechtgekomen.

In een gerelateerd experiment dat is ontworpen om de waarschijnlijkheid te voorspellen dat weggegooide kwantumstippen in het grondwater zouden uitspoelen, de wetenschappers plaatsten een monster van elk type kwantumpunt op de top van een smalle grondkolom. De onderzoekers voegden vervolgens een calciumchloride-oplossing toe om regen na te bootsen.

Wat ze observeerden:bijna al het cadmium en selenium dat in elk van de twee kolommen werd gedetecteerd - meer dan 90 procent van dat in de kolom met niet-gepelde kwantumstippen, en meer dan 70 procent van dat in de kolom met gepelde kwantumstippen - bleef in de bovenste 1,5 centimeter van de grond.

Maar hoe de nanomaterialen bewogen, hing af van wat er nog meer in de bodem zat. Toen het team ethyleendiaminetetra-azijnzuur (EDTA) aan de testkolommen toevoegde in plaats van calciumchloride, de quantum dots reisden sneller door de bodem. EDTA is een chelaatvormer, vergelijkbaar met het citroenzuur dat vaak wordt aangetroffen in zepen en wasmiddelen.

De gegevens suggereren dat onder normale omstandigheden, het is onwaarschijnlijk dat kwantumstippen die in de bovengrond rusten zich een weg banen naar de ondergrondse watertafels, tenzij chelaatvormers zoals EDTA met opzet worden geïntroduceerd, of natuurlijk voorkomende organische zuren (zoals exudaten van planten) aanwezig zijn.

Aga zei dat zelfs als de kwantumstippen in de bovengrond blijven, zonder de ondergrondse watervoerende lagen te vervuilen, de afbraak van de deeltjes vormt nog steeds een risico voor het milieu.

In een afzonderlijke studie, ingediend voor publicatie in een ander tijdschrift, zij en haar collega's testten de reactie van Arabidopsis-planten op kwantumstippen met zinksulfideschillen. Het team ontdekte dat hoewel de planten de nanokristallen niet in hun wortelstelsels absorbeerden, de planten vertoonden nog steeds een typische fytotoxische reactie bij contact met het vreemde materiaal; met andere woorden, de planten behandelden de kwantumstippen als een gif.