Noorse onderzoekers behoren tot de eersten ter wereld die radioactiviteit gebruiken om nanodeeltjes op te sporen in proefdieren en in de bodem. Hun bevindingen hebben het gemakkelijker gemaakt om eventuele negatieve milieu-impact van nanodeeltjes te identificeren, die in steeds meer producten terug te vinden zijn.

Nanotechnologie kan worden gebruikt om de eigenschappen van commerciële producten te verbeteren, om bacteriën te doden, geurtjes bestrijden en meer. Maar wat gebeurt er als deze producten worden weggegooid en deze onbegrijpelijk kleine deeltjes in het milieu terechtkomen? Kunnen dezelfde eigenschappen die bacteriën doden in sportkleding, wasmachines en koelkasten ook onbedoeld schadelijk zijn voor de gezondheid en het milieu?

Miljoensten van een millimeter

Het gebruik van nanodeeltjes stelt onderzoekers die milieugevaarlijke stoffen bestuderen voor nieuwe vragen. De grootte van nanodeeltjes wordt eigenlijk gemeten in miljoensten van een millimeter. Ze zijn veel te klein voor de onderzoeksmethoden die worden gebruikt met gewone chemicaliën.

De eerste uitdaging is om een ​​manier te vinden om bij te houden waar deze deeltjes terechtkomen. Tenzij ze kunnen worden gelokaliseerd, zal het niet mogelijk zijn om veel over hun impact te bepalen. Dus wat moet er gebeuren om ze op te sporen?

“Simpel gezegd, het is gemakkelijker om een ​​naald in een hooiberg te vinden als die naald radioactief is, ” zegt dr. Deborah H. Oughton. Dr. Oughton is een professor aan de Norwegian University of Life Sciences (UMB), gespecialiseerd in nucleaire chemie. Als onderdeel van een gezamenlijk onderzoeksproject waarbij de UMB betrokken is, het Noorse Instituut voor Wateronderzoek (NIVA), Bioforsk en internationale onderzoekspartners, ze leidde de inspanning om methoden te ontwikkelen om nanodeeltjes op te sporen door ze radioactief te maken. Het project maakt deel uit van het programma van de Research Council of Norway over Norwegian Environmental Research into 2015 (MILJO2015).

Moeilijk te ontdekken

“Nanodeeltjes zijn zo minuscuul dat ze moeilijk te vinden zijn met methoden die gebruikelijk zijn voor andere milieugevaarlijke stoffen. Onderzoekers die op zoek zijn naar mogelijke effecten van besmetting met nanodeeltjes, nemen vaak hun toevlucht tot het gebruik van onrealistisch hoge concentraties deeltjes in hun experimenten, ” zegt Dr. Ougton.

Maar er zijn verschillende nadelen aan een dergelijke benadering. Allereerst, de eigenschappen van deeltjes veranderen wanneer de concentraties zo dicht worden. Ten tweede, dergelijke methoden onthullen heel weinig over de verspreidingspatronen van de nanodeeltjes, na verloop van tijd afbreken of het vermogen van nanodeeltjes om zich op te hopen in concentraties waarvan wordt aangenomen dat ze normaal in de natuur voorkomen.

“Daarom wilden we testen of het mogelijk is om nanodeeltjes te volgen met behulp van radioactiviteit, ” legt Dr. Ougton uit.

Radioactiviteit als marker

Dr. Oughton heeft haar achtergrond in de nucleaire chemie en kwam op het idee dat radioactiviteit zou kunnen worden gebruikt als marker uit dit en verschillende andere gebieden. Verwante methoden worden al gebruikt voor onderzoek naar radioactieve milieuverontreiniging en voor medische diagnostiek.

“We hebben gekeken naar methoden die op andere gebieden worden gebruikt en hebben ons een weg gebaand naar iets dat zou werken voor nanodeeltjes. Het idee is dat wanneer deeltjes radioactief zijn, ze zijn te traceren. Onze proeven tonen aan dat we met deze methode een grote hoeveelheid nieuwe en waardevolle informatie kunnen verkrijgen, zelfs met een zeer lage concentratie aan deeltjes, ', zegt dr. Ougton.

Zeer gevaarlijk om te vissen

Dr. Oughton en collega Dr. Erik Joner van Bioforsk, onder andere, bedacht een methode waarbij regenwormen paardenmest kregen met daarin radioactieve nanodeeltjes van zilver, kobalt en uranium. Vervolgens, ze waren in staat om de opname en accumulatie van de nanodeeltjes te bestuderen door te observeren hoe de radioactiviteit werd verdeeld en vervolgens hun observaties te vergelijken met fysiologische bevindingen. In andere experimenten van hetzelfde project, vissen werden blootgesteld aan verschillende concentraties nanodeeltjes.

“Een van onze ontdekkingen toonde aan dat nanodeeltjes zich in verschillende delen van een organisme kunnen ophopen. bij zalm, we waren er getuige van dat bepaalde nanodeeltjes de kieuwfunctie aantasten en een ernstig toxisch effect hadden. De aanwezigheid van verrassend lage concentraties van bepaalde soorten nanozilver leidde tot kieuwfalen en de daaruit voortvloeiende sterfte van de vissen.”

De studie gebruikte meerwater om de relevantie van de bevindingen te optimaliseren. Het water in veel meren in Noorwegen is relatief arm aan calcium. We ontdekten dat dit de tijd dat nanodeeltjes in het water blijven, verlengt, zegt dokter Ougton.

De bevinding dat nanodeeltjes nadelige effecten kunnen hebben op vissen baart ons zorgen, aangezien eerder de aanwezigheid van nanozilver is aangetoond in afvalwater van rioolwaterzuiveringsinstallaties. Nanozilver wordt ook veel gebruikt in kleding, en studies tonen aan dat bij het wassen van kleding nanozilver vrijkomt in de waterafvoer. Nanozilver wordt in veel landen zelfs in wasmachines zelf gebruikt, hoewel dit in Noorwegen niet is toegestaan.

Nanodeeltjes kunnen gedurende lange perioden ionen afgeven

Ook kwamen de onderzoekers nieuwe informatie te weten over het langetermijngedrag van nanodeeltjes in de bodem.

"Nanodeeltjes breken na verloop van tijd af door de langzame afgifte van ionen. Voor sommige nanodeeltjes geldt deze ionen zijn de agentia die verantwoordelijk zijn voor toxische effecten op organismen. Door deze geleidelijke lekkage van ionen blijven vrije nanodeeltjes het milieu langdurig vervuilen, ” zegt Dr. Ougton.

Sommige giftiger dan andere

De onderzoekers ontdekten ook verschillen tussen nanodeeltjes. Nanozilver was de meest giftige van de groep.

“Sommige soorten nanozilver hadden een groter toxisch effect dan andere. Voor overheden en bedrijfsleven is het van belang om meer te weten te komen over de risico's van de verschillende soorten nanodeeltjes. Onze onderzoeksresultaten, samen met ander onderzoek naar de milieu-impact van nanodeeltjes, betekent dat we binnenkort genoeg weten om het gebruik te reguleren om schade aan het milieu te voorkomen, ', zegt dr. Ougton.

Groeiende markt, ontluikende onderzoeksactiviteit

Het gebruik van nanodeeltjes is de afgelopen jaren sterk toegenomen. Toepassingsgebieden zijn onder meer cosmetica, kleding, speelgoed en eten. Het gebruik van nanozilver als antibacteriële coating in koelkasten, sportkleding en bandages behoren tot de meest voorkomende toepassingen.

Zowel in Noorwegen als in andere landen wordt veel onderzoek gedaan naar de effecten van nanozilver en andere nanodeeltjes op gezondheid en milieu.

“De resultaten van ons onderzoeksproject zijn internationaal gepubliceerd en hebben in veel landen de belangstelling gewekt. We werken momenteel samen met onderzoekers in Frankrijk, onder andere, het ontwikkelen van meetmethoden op basis van radioactieve merkers. Tegelijkertijd, Ook onderzoeksinstellingen in Noorwegen en de EU hebben interesse getoond. Het werk wordt voortgezet in het kader van verschillende projecten die worden gefinancierd door de Onderzoeksraad van Noorwegen en Europese onderzoeksinstellingen, Dr. Ougton wijst erop.