Woda ma znaczenie dla nanocząstek metali

How to Defend Against Nanotechnology and Other Contemporary Threats - Tony Pantalleresco (Lipiec 2019).

Anonim

Kiedy kupujesz cokolwiek od makijażu do malowania po filtr przeciwsłoneczny, jest szansa, że ​​zawiera on zmodyfikowane nanocząstki. Te nanoskalowe materiały mają właściwości, które rewolucjonizują produkty - od medycyny, przez rolnictwo, aż po elektronikę. Ale ostatecznie te nanocząsteczki osiągną naturalne środowisko. Aby korzystać z nich w bezpieczny sposób i w pełni wykorzystać ich potencjał, musimy wiedzieć, jak zachowują się w prawdziwym środowisku i czy to zachowanie prowadzi do niezamierzonych konsekwencji.

Greg Lowry, profesor inżynierii lądowej i wodnej na Uniwersytecie Carnegie Mellon, bada, w jaki sposób nanocząsteczki zachowują się i wpływają na środowisko. Naukowcy badali los nanocząsteczek poprzez śledzenie nanocząsteczek złota, ponieważ są stabilne i łatwe do znalezienia, a przynajmniej tak sądzą naukowcy.

Niedawno badaczka Lowry'ego i Post-Doctora Astrid Avellan dokonała przełomowego odkrycia: nanocząsteczki złota rozpuszczają się w środowisku słodkowodnym, kiedy wchodzą w kontakt z mirkorożkami znalezionymi na roślinach wodnych. Podczas rozpuszczania uwalniane są jony złota, które będą zachowywać się inaczej niż nanocząstki i mogą być toksyczne dla niektórych mikroorganizmów. W badaniu nie mierzono toksyczności, co nie oznacza, że ​​nanocząstki złota są szkodliwe - zamiast tego, poprzez lepsze zrozumienie ich zachowania w biologicznie aktywnych środowiskach, naukowcy mogą ostatecznie wykorzystać tę wiedzę do projektowania lepszych nanomateriałów. Ich odkrycia zostały opublikowane w Nature Nanotechnology.

"Badanie to otworzyło nam oczy na znaczenie roślin i mikrobiomu roślinnego w określaniu losu inżynierii nanomateriałów w środowisku słodkowodnym" - powiedział Lowry. "Te rośliny i ogólnie biofilmy są ważnymi pochłaniaczami dla nanomateriałów i są fascynującym obszarem do badań".

Zespół przyjrzał się dokładnie, co powoduje tę transformację i jak szybko się pojawia. Przeprowadzili testy w tak zwanym mezokosmie - kontrolowanym naturalnym środowisku słodkowodnym. Mezokosmos, mieszczący się w Centrum dla Środowiskowej Implikacji NanoTechnologii na Uniwersytecie Duke'a, zawiera glebę, osad, wodę, rośliny, owady, ryby i mikroorganizmy, które zwykle żyją w tych naturalnych środowiskach. Avellan i zespół badawczy wypuszczali nanocząstki złota do wody mezokosmicznej w bardzo małych ilościach co tydzień, aby naśladować długoterminowe, niskie dawki, które można uzyskać z zastosowań nanomateriałowych. Chcieli zobaczyć, jak będą zachowywać się nanocząsteczki w złożonym, biologicznie aktywnym ekosystemie. Po sześciu miesiącach okazało się, że 70% złota gromadziło się w roślinach wodnych i że wszystkie nanocząsteczki złota uległy rozpuszczeniu i zmieniły się w inne formy złota. Kiedy bliżej przyjrzeli się biofilmowi lub lepkiej substancji zbudowanej z bakterii i mikroorganizmów znalezionych na roślinach, odkryli, że mikroorganizmy uwalniają cyjanek, który oddziałuje z nanocząsteczkami złota. Złote nanocząsteczki uległy rozpuszczeniu (lub zjonizowaniu) i powstały złoto-cyjanek wraz z innymi kompleksami złota, które pozostały z roślinami.

Nanocząstki są agregatami atomów tworzącymi cząstki o wielkości od jednego do stu nanometrów lub jednej setnej do jednej tysięcznej grubości ludzkiego włosa. Ich rozmiar nadaje nowe właściwości, które przynoszą wiele korzyści: potrafią lepiej traktować wodę, mogą zabijać bakterie na ranie, mogą tworzyć mocniejsze, ale lżejsze materiały.

"Odkryliśmy, że złoto gromadzi się jak szalone w roślinach wodnych, czego nie oczekiwaliśmy" - powiedziała Astrid Avellan. "Więc zagłębiliśmy się w to i stwierdziliśmy, że złoto było związane z tymi roślinami, ale nie było już nanocząsteczkowe".

Jest to duży przełom, ponieważ nanocząstki złota były uważane za stabilny materiał i często były używane jako znaczniki, aby zrozumieć, jak zachowują się nanomateriały - jeśli znajdziesz nanocząstki, wtedy wiesz, gdzie gromadzą się nanocząsteczki. Odkrycia z tego artykułu sugerują, że nawet względnie obojętne nanocząstki metalu, takie jak złoto, mogą faktycznie rozpuścić się, gdy wchodzą w interakcje z biofilmem w środowisku wodnym.

"Interakcje nanomateriałów z fitobiome mogą potencjalnie zostać wykorzystane na korzyść rolnictwa" - powiedział Lowry. "Społeczność badawcza dopiero zaczyna rozumieć rolę phtyobiome'a ​​w produktywności roślin.Te badanie wskazuje na potencjał do projektowania nanomateriałów, które współpracują z fitobiome w celu poprawy wydajności roślin. Skuteczne interwencje w rolnictwie będą musiały rozważyć, jak pracować synergicznie z Natura."

Chociaż skutki transformacji złota wymagają głębszej analizy, możliwe jest, że może być toksyczny dla niektórych organizmów. Jony mogą również poruszać się szybciej i dalej niż nanocząstki, rozkładając się inaczej w organizmach iw środowisku. Dobrą wiadomością jest to, że teraz naukowcy odkryli, jak i dlaczego się rozpuszczają, abyśmy mogli być mądrzy co do przyszłych zastosowań i zastosowań nanocząsteczek - nawet wykorzystując to zjawisko dla naszej korzyści.

"Teraz wiemy, dlaczego iw jakich warunkach rozpuszczają się nanocząsteczki złota" - powiedział Avellan. "Możemy więc wykorzystać tę wiedzę i wykorzystać ją, by zaprojektować lepsze materiały".

menu
menu