Wat doet een menselijke dikke darm, septic tank, koperen nanodeeltjes en zebravissen gemeen hebben? Ze waren de belangrijkste componenten die werden gebruikt door onderzoekers van de Universiteit van Californië, Riverside en UCLA om de impact van koperen nanodeeltjes te bestuderen, die in alles terug te vinden zijn, van verf tot cosmetica, hebben op organismen die er per ongeluk aan zijn blootgesteld.

De onderzoekers ontdekten dat de koperen nanodeeltjes, wanneer bestudeerd buiten de septic tank, beïnvloedde het uitkomen van zebravisembryo's bij concentraties zo laag als 0,5 delen per miljoen. Echter, toen de koperen nanodeeltjes vrijkwamen in de replica septic tank, waaronder vloeistoffen die door mensen verteerd voedsel en huishoudelijk afvalwater simuleerden, ze waren niet biologisch beschikbaar en hadden geen invloed op de uitkomstpercentages.

"De resultaten zijn bemoedigend omdat ze laten zien dat we met een goed functionerende septic tank de toxiciteit van deze nanodeeltjes kunnen elimineren, " zei Alicia Taylor, een afgestudeerde student die werkt in het lab van Sharon Walker, een professor in chemische en milieutechniek aan de Universiteit van Californië, Riverside's Bourns College of Engineering.

Taylor is een co-eerste auteur van een recent gepubliceerd artikel, "De transformatie begrijpen, soortvorming, en gevarenpotentieel van koperdeeltjes in een model septische tanksysteem met behulp van zebravissen om het effluent te bewaken, " in het journaal ACS Nano . Andere auteurs zijn:Sijie Lin (ook co-eerste auteur), Zhaoxia Ji, Chong Hyun Chang, Nicholas M. Kinsinger, William Ueng, Andre' E. Nel en Walker.

Het onderzoek komt op een moment dat producten met nanodeeltjes steeds meer op de markt komen. Hoewel er onderzoek is gedaan naar de veiligheid van werknemers en consumenten die aan nanodeeltjes worden blootgesteld, er is veel minder bekend over de milieugevolgen van nanodeeltjes. De Environmental Protection Agency onderzoekt momenteel de mogelijke effecten van nanomaterialen, inclusief die van koper, hebben op de menselijke gezondheid en de gezondheid van ecosystemen.

De onderzoekers van UC Riverside en UCLA hebben de septic tank gedoseerd met microkoper en nanokoper, die elementaire vormen van koper zijn, maar verschillende maten en toepassingen in producten omvatten, en CuPRO, een op nanokoper gebaseerd materiaal dat wordt gebruikt als antischimmelmiddel om landbouwgewassen en gazons te besproeien.

Hoewel deze op koper gebaseerde materialen nuttige doelen hebben, onbedoelde blootstelling aan organismen zoals vissen of vissenembryo's heeft onvoldoende aandacht gekregen omdat het moeilijk is om gecompliceerde blootstellingsomgevingen te modelleren.

De UC Riverside-onderzoekers hebben dat probleem opgelost door een uniek experimenteel systeem te creëren dat bestaat uit de replica van de menselijke dikke darm en een replica van een septic tank met twee compartimenten, die oorspronkelijk een acyclische septic tank was. Het model colon is gemaakt van een op maat gemaakte 20-inch lange glazen buis met een 2-inch diameter met een rubberen stop aan beide uiteinden en een buisvormig membraan dat typisch wordt gebruikt voor dialysebehandelingen in de glazen buis.

Om menselijke voeding te simuleren, 100 milliliter van een mengsel van 20 ingrediënten dat verteerd voedsel repliceerde, werd om 9.00 uur in de dialysebuis gepompt, 3 uur en 9 uur voor vijf dagen durende experimenten gedurende negen maanden.

De septic tank was gevuld met afval van de dikke darm samen met synthetisch grijs water, die bedoeld is om afvalwater van bronnen zoals gootstenen en badkuipen te simuleren, en de koperen nanodeeltjes. De onderzoekers bouwden een septic tank omdat 20 tot 30 procent van de Amerikaanse huishoudens erop vertrouwt voor rioolwaterzuivering. Bovendien, onderzoek heeft aangetoond dat tot 40 procent van de septic tanks niet goed werken. Dit is een punt van zorg als de kopermaterialen de functie van het septische systeem verstoren, waardoor onbehandeld afval in de bodem en het grondwater terecht zou komen.

Zodra de primaire kamer van het septische systeem vol was, vloeistof begon de tweede kamer binnen te komen. Een keer per week, het effluent werd afgevoerd uit de secundaire kamer en werd in afgesloten containers van 5 gallon geplaatst. Het effluent werd vervolgens gebruikt in combinatie met zebravisembryo's in een screeningproces met een hoog gehalte met behulp van meerwandige platen om toegang te krijgen tot de uitkomstpercentages.

Het resterende afvalwater is opgeslagen en zit in 30 emmers van vijf gallon in een kast bij UC Riverside, omdat sommige medewerkers monsters van de vloeistof hebben gevraagd voor hun experimenten.