Nanodeeltjes zijn kleine stukjes materiaal, variërend in grootte van één tot 100 miljardsten van een meter. Naast hun antimicrobiële eigenschappen zijn zilveren nanodeeltjes industrieel belangrijk als katalysatoren en in elektronische toepassingen.

Ondanks hun alomtegenwoordigheid is er weinig bekend over de toxiciteit voor het milieu of hoe deze kan worden beperkt.

Onderzoekers van de Oregon State University hebben een belangrijke stap gezet in de richting van het dichten van de kenniskloof met een onderzoek dat aangeeft dat de vorm en de oppervlaktechemie van de deeltjes een sleutelrol spelen in de manier waarop ze aquatische ecosystemen beïnvloeden.

De bevindingen, gepubliceerd in Nanomaterials , zijn belangrijk omdat ze suggereren dat zilveren nanodeeltjes kunnen worden geproduceerd in formaten die hun gunstige eigenschappen behouden en tegelijkertijd de negatieve eigenschappen voor het milieu beperken.

Wetenschappers onder leiding van Marilyn Rampersad Mackiewicz en Stacey L. Harper beoordeelden hoe bolvormige en driehoekige zilveren nanodeeltjes met vijf verschillende oppervlaktechemie hun opname en toxiciteit beïnvloedden in een laboratoriummicrokosmos van bacteriën, algen, watervlooien en embryonale zebravissen.

Daphnia zijn kleine schaaldieren en de zebravis is een kleine zoetwatersoort die in ongeveer vijf dagen van een cel in een zwemmende vis verandert.

Zebravissen zijn bijzonder nuttig voor het bestuderen van de ontwikkeling en genetica van gewervelde dieren, inclusief de effecten van milieuverontreinigende stoffen en farmaceutische producten op de vroege embryonale ontwikkeling. Ze delen een opmerkelijke gelijkenis met mensen op moleculair, genetisch en cellulair niveau; embryonale zebravissen zijn van bijzonder belang omdat ze zich niet alleen snel ontwikkelen, maar ook transparant zijn en gemakkelijk in kleine hoeveelheden water kunnen worden gehouden.

De auteurs merken op dat er elk jaar honderden tonnen zilveren nanodeeltjes worden geproduceerd voor commercieel gebruik, wat betekent dat het onvermijdelijk is dat sommige in aquatische omgevingen terechtkomen.

"Zilveren nanodeeltjes worden niet gereguleerd door de Food and Drug Administration en er is niet veel bekend over hun toxiciteit, behalve de vrije zilverionen die kunnen voortvloeien uit oppervlakte-oxidatie van de nanodeeltjes", zegt Mackiewicz, universitair docent scheikunde. "Het is bekend dat vrije zilverionen giftig zijn en in dit artikel hebben we een manier gevonden om de toxiciteit van zilveren nanodeeltjes te bestuderen en hoe deze het milieu beïnvloeden, ongeacht giftige zilverionen."

Mackiewicz, Harper en medewerkers van de OSU hogescholen voor wetenschap, techniek en landbouwwetenschappen ontdekten dat zilveren nanodeeltjes sommige soorten negatief beïnvloeden, maar andere niet.

"Er is bijvoorbeeld een afname van de groei van bacteriën en Daphnia, en de grootte en vorm van de deeltjes kunnen daaraan bijdragen, maar de nanodeeltjes hadden geen invloed op de zebravis", zei ze. "En nanodeeltjes bedekt met lipiden, organische verbindingen die in veel natuurlijke oliën en wassen voorkomen, gaven geen significante hoeveelheden zilverionen vrij, maar ze vertoonden de grootste toxiciteit voor Daphnia magna, de meest gevoelige soort in de microkosmos."

Over het geheel genomen, zei Mackiewicz, toonde de studie aan dat de vorm en oppervlaktechemie van zilveren nanodeeltjes kunnen worden gemanipuleerd om specifieke doelstellingen te bereiken die nodig zijn voor een beter begrip en het verminderen van de risico's die gepaard gaan met zilveren nanodeeltjes. Uit een gerelateerd onderzoek dat nog moet worden gepubliceerd, zo voegde ze eraan toe, blijkt dat kleine, bolvormige nanodeeltjes giftiger zijn dan driehoeken of kubussen.

Nanodeeltjes zijn het nieuwste formaat, merkt Mackiewicz op, voor een element dat door de geschiedenis heen is gebruikt om de verspreiding van ziekten bij de mens te beperken via integratie in voorwerpen die in het dagelijks leven worden gebruikt. Het vroegste gebruik ervan voor therapeutische doeleinden dateert van 3500 jaar geleden.

Tijdens de middeleeuwen gebruikten rijke families zoveel zilveren vaten, borden en andere producten dat ze blauwachtige huidverkleuringen ontwikkelden die bekend staan ​​als argyria, een aandoening die vermoedelijk heeft geleid tot de term 'blauw bloed' als beschrijving voor leden van de aristocratie. /P>

OSU-onderzoekers Bryan Harper en Arek Engstrom werkten samen met Mackiewicz en Harper aan het onderzoek.

Meer informatie: Bryan J. Harper et al., Impact van differentieel gevormde zilveren nanodeeltjes met steeds complexere hydrofobe thiol-oppervlaktecoatings in kleinschalige laboratoriummicrokosmossen, Nanomaterialen (2024). DOI:10.3390/nano14080654

Aangeboden door Oregon State University