In de afgelopen twee decennia, nanotechnologie heeft veel van de producten die we dagelijks gebruiken verbeterd, van micro-elektronica tot zonnebrandmiddelen. Nanodeeltjes (deeltjes die maar een paar honderd atomen groot zijn) komen met tonnen in het milieu terecht, maar wetenschappers zijn nog steeds onduidelijk over de langetermijneffecten van deze superkleine nanodeeltjes.

In een eerste studie in zijn soort, onderzoekers hebben aangetoond dat nanodeeltjes een grotere impact op het milieu kunnen hebben dan eerder werd gedacht. Het onderzoek is gepubliceerd in Chemische Wetenschappen , een peer-reviewed tijdschrift van de Royal Society of Chemistry.

Onderzoekers van het National Science Foundation Centre for Sustainable Nanotechnology, geleid door wetenschappers van de Universiteit van Minnesota, vond dat een gemeenschappelijke niet-ziekteverwekkende bacteriën in het milieu, genaamd Shewanella oneidensis MR-1, ontwikkelde snelle weerstand bij herhaaldelijke blootstelling aan nanodeeltjes die worden gebruikt bij het maken van lithium-ionbatterijen, de oplaadbare batterijen die worden gebruikt in draagbare elektronica en elektrische voertuigen. Resistentie is wanneer de bacteriën kunnen overleven bij steeds grotere hoeveelheden van de materialen, wat betekent dat de fundamentele biochemie en biologie van de bacteriën aan het veranderen is.

"Op vele momenten in de geschiedenis, materialen en chemicaliën zoals asbest of DDT zijn niet grondig getest en hebben grote problemen veroorzaakt in onze omgeving, " zei Erin Carlson, een universitair hoofddocent chemie van de Universiteit van Minnesota aan het College of Science and Engineering van de universiteit en de hoofdauteur van de studie. "We weten niet of deze resultaten zo slecht zijn, maar deze studie is een waarschuwing dat we voorzichtig moeten zijn met al deze nieuwe materialen, en dat ze drastisch kunnen veranderen wat er in onze omgeving gebeurt."

Carlson zei dat de resultaten van deze studie ongebruikelijk zijn, omdat wanneer we het over bacteriële resistentie hebben, dit is omdat we de bacteriën met antibiotica hebben behandeld. De bacteriën worden resistent omdat we ze proberen te doden, ze zei. In dit geval, de nanodeeltjes die in lithium-ionbatterijen worden gebruikt, zijn nooit gemaakt om bacteriën te doden.

Dit is het eerste rapport van niet-antibacteriële nanodeeltjes die resistentie veroorzaken bij bacteriën.

Vroeger, veel onderzoeken in het veld stelden bacteriën bloot aan een grote dosis nanodeeltjes en observeerden of de bacteriën stierven. Deze studie was anders omdat er werd gekeken naar wat er over een langere periode gebeurt om te testen hoe de bacteriën zich over meerdere generaties kunnen aanpassen wanneer ze voortdurend worden blootgesteld aan de nanodeeltjes. De bacteriën waren duidelijk in staat om in de loop van de tijd steeds hogere doses van deze materialen in te nemen zonder dood te gaan.

"Ook al is een nanodeeltje misschien niet giftig voor een microbe, het kan nog steeds gevaarlijk zijn, " zei Stephanie Mitchell, een afgestudeerde scheikundestudent van de Universiteit van Minnesota en hoofdstudent van deze studie.

Carlson waarschuwt dat de resultaten van dit onderzoek veel verder gaan dan alleen bacteriën.

"Dit onderzoek is erg belangrijk voor de mens omdat bacteriën veel voorkomen in onze meren en in de bodem, waar een delicaat evenwicht van organismen bestaat. Andere organismen voeden zich met deze microben en er kan een groot effect zijn in de voedselketen of deze resistente bacteriën kunnen andere effecten die we nu niet eens kunnen voorspellen."

Carlson zei dat de onderzoekers vervolgonderzoeken zullen voortzetten om de effecten van andere door de mens gemaakte nanomaterialen op andere organismen in het milieu en de langetermijneffecten te bepalen.

"Onderzoek dat zowel de technologie bevordert als het milieu in stand houdt, is een prioriteit voor de afdeling Chemie, " zei Michelle Bushey, programmadirecteur van het programma Chemische Centra voor Innovatie bij de National Science Foundation. "Dit werk onthult onontgonnen en langetermijneffecten die sommige nanodeeltjes hebben op de levende organismen om ons heen. Deze ontdekking op het chemie-biologische raakvlak is een eerste stap in de richting van de ontwikkeling van nieuwe duurzame materialen en praktijken, evenals het verstrekken van de basis voor mogelijke sanering benaderingen."