Nanotechnologie speelt een belangrijke rol bij het verwijderen van giftige chemicaliën die in de bodem worden aangetroffen. Momenteel gebruiken of testen meer dan 70 Environmental Protection Agency (EPA) Superfund-sites nanodeeltjes om milieuverontreinigende stoffen te verwijderen of af te breken. Een van deze, nano-nulwaardig ijzer, wordt veel gebruikt, hoewel het effect ervan op organismen niet is onderzocht.

In een recent experiment is een team van wetenschappers van UC Santa Barbara testte het effect van gezwaveld nano-nulwaardig ijzer (FeSSi) op ​​een gewone zoetwateralg (Chlamydomonas reinhardtii). Ze ontdekten dat FeSSi cadmium oppikte uit een waterig medium en de cadmiumtoxiciteit voor die alg gedurende meer dan een maand verlichtte. Hun resultaten verschijnen in het tijdschrift ACS Nano .

"Echter, toen FeSSi deed waarvoor het ontworpen was, we ontdekten dat het tot 10 keer giftiger was wanneer het aan cadmium werd gebonden dan zonder, " zei hoofdauteur Louise Stevenson, een postdoctoraal onderzoeker in de afdeling Ecologie van UCSB, Evolutie en Mariene Biologie (EEMB). "De huidige normen voor wat een acceptabele concentratie is om te gebruiken, zijn gebaseerd op gegevens van het deeltje zelf dat niet is gebonden aan de verontreiniging. Ons werk suggereert dat die toegestane limieten mogelijk enorme onderschattingen zijn van de werkelijke toxiciteit."

Om een ​​neerslaggebeurtenis te simuleren waarbij giftig materiaal uit de bodem in een waterweg spoelt, de onderzoekers doseerden C. reinhardtii met het met cadmium geregen FeSSi en wachtten een uur voordat ze gingen meten. Ze ontdekten dat organisch materiaal dat de algen zelf produceerden als een bijproduct van fotosynthese, de toxiciteit van FeSSi verminderde en het nanodeeltje in staat stelde tot vier keer zoveel cadmium te saneren.

"Het organische materiaal maakt het FeSSi-deeltje minder giftig, die een grotere saneringszone mogelijk maakt en de cadmiumconcentraties verhoogt die kunnen worden gebruikt, " zei Stevenson. "Dat is interessant omdat elk natuurlijk systeem wat organisch materiaal bevat. Samen met het toxische effect van de nanodeeltjes op de levensvatbaarheid van de cellen, we identificeerden een belangrijke terugkoppeling tussen organische materialen geproduceerd door de algen zelf, waardoor de toxiciteit werd verminderd, wat de toxiciteit voor de algen vermindert.

Volgens Stevenson, de milieueffecten van nanotechnologie zijn zeer contextspecifiek, overkoepelende voorspellingen moeilijk maken. Dus, het UCSB-team ontwierp een dynamisch ecologisch model dat kan worden gebruikt om te extrapoleren wat ze empirisch hebben getest. De onderzoekers verzamelden voldoende gegevens om een ​​reeks vergelijkingen te ontwikkelen om de dynamiek van de geteste concentraties te beschrijven.

"We ontwikkelen nieuwe technologie sneller dan we de impact op het milieu kunnen voorspellen, " merkte Stevenson op. "Dat maakt het erg belangrijk om experimenten te ontwerpen die ecologisch en ecologisch relevant zijn, maar ook tot dynamiek komen die kan worden geëxtrapoleerd naar andere systemen."