Wetenschappers hebben, Voor de eerste keer, traceerde de nanodeeltjes die door gewassen uit de bodem werden opgenomen en analyseerde de chemische toestand van hun metallische elementen. Zink bleek op te lossen en zich op te hopen in de planten, terwijl het element cerium niet oploste in plantenweefsel. De resultaten dragen bij aan het controversiële debat over planttoxiciteit van nanodeeltjes en of gemanipuleerde nanodeeltjes in de voedselketen kunnen komen. De studie werd op 6 februari 2013 gepubliceerd in het tijdschrift ACS Nano .

Het internationale onderzoeksteam werd geleid door Jorge Gardea-Torresdey van de Universiteit van Texas in El Paso en bestond ook uit wetenschappers van de Universiteit van Californië in Santa Barbara, het SLAC National Accelerator Laboratory in Stanford (Californië), en de European Synchrotron Radiation Facility in Grenoble (Frankrijk).

Nanodeeltjes zijn overal aanwezig, bijvoorbeeld in het fijnstof van houtvuren. Zelfs een eenvoudige chemische verbinding gedraagt ​​zich anders als een nanodeeltje, voornamelijk vanwege het grotere specifieke oppervlak en de reactiviteit. Deze aantrekkelijke eigenschappen zijn de reden waarom zogenaamde Engineered Nanoparticles (ENP's) nu veel worden gebruikt in industriële verwerking en consumptiegoederen. Tegelijkertijd, hun hoge reactiviteit heeft geleid tot bezorgdheid over hun lot, transport en toxiciteit in het milieu. "Er zijn steeds meer producten op de markt die ENP's bevatten en die zullen uiteindelijk in de bodem terechtkomen. water en lucht. Daarom is het erg belangrijk om de interacties van gewassen met nanodeeltjes te bestuderen, omdat hun mogelijke translocatie naar de voedselketen hier begint", zegt Jorge Gardea-Torresdey, een professor en voorzitter van de afdeling Scheikunde aan de Universiteit van Texas in El Paso.

De wetenschappers richtten zich op sojabonenplanten (glycine max), het vijfde grootste gewas in de wereldwijde landbouwproductie, en de tweede in de VS. De grond waarin de planten werden gekweekt, werd gemengd met zinkoxide (ZnO) en ceriumdioxide (CeO2, nanoceria) nanodeeltjes, die tot de meest gebruikte in de industrie behoren. ZnO wordt veel gebruikt in zonnebrandproducten, als gassensoren, antibacteriële middelen, optische en elektrische apparaten, en als pigmenten. Nanoceria is een uitstekende katalysator voor interne verbrandings- en oliekraakprocessen en wordt ook gebruikt in gassensoren, zonnebrandproducten en cosmetische crèmes.

Nadat de sojabonenplanten in kassen waren opgekweekt, de verdeling van zink en cerium door de planten werd bestudeerd. Het gebruik van microscopische synchrotron-röntgenstralen bij de European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) en de Stanford Synchrotron Radiation Lightsource (SSRL), stelde wetenschappers in staat om de chemische vorm van deze metalen te bepalen, d.w.z. of ze nog aan nanodeeltjes waren gebonden of waren opgelost en gebonden met plantenweefsel. "We hebben röntgenstralen gebruikt die 1000 keer dunner zijn dan een mensenhaar, en de manier waarop ze worden geabsorbeerd vertelt ons of, op de microscopische plek die ze raken, zink en cerium waren aanwezig, en of ze deel uitmaakten van een nanodeeltje in de plant of niet", zegt Hiram Castillo, een wetenschapper aan de ESRF in Grenoble.

Cerium bleek niet alleen aanwezig te zijn in de knobbeltjes dicht bij de grond, maar had ook de peulen van de plant bereikt. Een gedetailleerde spectrale analyse van de röntgensignalen toonde aan dat het cerium in de knobbeltjes en peulen in dezelfde chemische toestand verkeerde als in de nanodeeltjes. Echter, een deel van het cerium had zijn oxidatietoestand veranderd van Ce(IV) naar Ce(III), wat de chemische reactiviteit van de nanodeeltjes kan veranderen.

Zink werd gedetecteerd in knobbeltjes, stengels en peulen in hogere concentraties dan in een controlegroep planten. De spectrale analyse toonde niet de aanwezigheid van zink aan in de planten gebonden als ZnO-nanodeeltjes, wat betekent dat het zink in de nanodeeltjes gebiotransformeerd was. De spectra suggereren dat in de planten aanwezige organische zuren zoals citraat, zijn de waarschijnlijke liganden voor het zink.

"Aangezien zink in de meeste planten aanwezig is, het was geen verrassing dat zink uit de nanodeeltjes in de bodem in het plantenweefsel terecht kan komen. Maar planten kunnen ook gevaarlijkere elementen opnemen, zoals cadmium of arseen die, wanneer gebruikt in nanodeeltjes, kunnen een reële bedreiging vormen", zegt Hiram Castillo. "Onze resultaten hebben ook aangetoond dat CeO2-nanodeeltjes kunnen worden opgenomen door voedselgewassen als ze in de bodem aanwezig zijn. Cerium heeft geen chemische partner in het plantenweefsel en wordt niet gebiotransformeerd in de sojaboon, maar bereikt toch de voedselketen en de volgende generatie sojabonenplanten", voegt Jorge Gardea-Torresdey toe.

"Men moet in gedachten houden dat zodra gemanipuleerde nanodeeltjes de voedselketen binnenkomen, dit is een cumulatief proces. Aanvaardbare niveaus van vandaag kunnen morgen gevaarlijk worden. Daarom is het belangrijk om niet alleen te onderzoeken of door de mens gemaakte nanodeeltjes uit de bodem kunnen worden opgenomen, maar ook hoe ze worden omgezet in de planten", besluit Jorge Gardea-Torresdey.

Arturo A. Keller van de Universiteit van Californië in Santa Barbara en mededirecteur van het UC Center for the Environmental Implications of Nanotechnology, die niet bij dit onderzoek betrokken was, opmerkingen:

"Het is een fascinerend artikel met een aantal oprechte zorgen in termen van mogelijke gevolgen voor de gezondheid. Hoewel we de inname van nanodeeltjes niet direct kunnen toeschrijven aan een bepaalde ziekte of symptomen, we weten uit de laatste laboratoriumstudies welke potentie sommigen hebben om onze cellen en weefsels te infiltreren en schade aan te richten. Het feit dat deze potentieel gevaarlijke deeltjes worden opgenomen door zo'n algemeen gewas, suggereert dat het nodig is om te herzien welke materialen in de landbouw over de hele wereld worden gebruikt. Vooral, het geeft aanleiding tot bezorgdheid over het gebruik van gezuiverd afvalwater om gewassen over de hele wereld te irrigeren, wat een route zou kunnen vormen voor deze potentieel gevaarlijke deeltjes om in ons lichaam te komen als de inhoud van het water niet strenger wordt beheerd."