Cadmiumselenid kvanteprikker nedbrydes i jord, frigør deres giftige indvolde

Kvanteprikker lavet af cadmium og selen nedbrydes i jorden, frigør giftige cadmium- og selenioner til deres omgivelser, en University at Buffalo undersøgelse har fundet.

Forskningen, accepteret til publicering i tidsskriftet Miljøvidenskab og -teknologi , demonstrerer vigtigheden af ​​at lære mere om, hvordan kvanteprikker - og andre nanomaterialer - interagerer med miljøet efter bortskaffelse, sagde Diana Aga, kemiprofessoren, der ledede undersøgelsen.

Kvanteprikker er halvledernanokrystaller med diametre på omkring 2 til 100 nanometer. Selvom kvanteprikker endnu ikke er almindeligt anvendt i forbrugerprodukter, forskere udforsker partiklernes anvendelser i teknologier lige fra solpaneler til biomedicinsk billeddannelse.

"Kvanteprikker er endnu ikke brugt meget, men de har et stort potentiale, og vi kan forudse, at brugen af ​​dette nanomateriale vil stige, " sagde Aga, som præsenterede resultaterne i slutningen af ​​juni på en National Science Foundation-finansieret workshop om nanomaterialer i miljøet. "Vi kan også forudse, at deres forekomst i miljøet også vil stige, og vi skal være proaktive og lære mere om, hvorvidt disse materialer vil være et problem, når de kommer ud i miljøet."

"Vi kan konkludere fra vores forskning, at der er potentiale for nogle negative påvirkninger, da kvanteprikkerne nedbrydes biologisk. Men der er også mulighed for at ændre kemien, overfladen af ​​nanomaterialerne, for at forhindre nedbrydning i fremtiden, " hun sagde.

Agas forskning i kvanteprikkers efterliv er finansieret af $400, 000 Miljøstyrelsen tilskud til at undersøge miljøtransporten, bionedbrydning og bioakkumulering af kvanteprikker og oxidnanopartikler.

Hendes samarbejdspartnere på det nye studie i miljøvidenskab og teknologi inkluderer ph.d.-studerende Divina Navarro, Adjunkt Sarbajit Banerjee og lektor David Watson, hele UB Institut for Kemi.

Arbejder i laboratoriet, holdet testede to slags kvanteprikker:Cadmiumselenidkvanteprikker, og cadmium-selenid kvanteprikker med en beskyttende, zink-sulfid skal. Selvom de afskallede kvanteprikker er kendt i videnskabelig litteratur for at være mere stabile, Agas team fandt ud af, at begge varianter af quantum dot lækkede giftige elementer inden for 15 dage efter at de kom ind i jorden.

I et relateret eksperiment designet til at forudsige sandsynligheden for, at kasserede kvanteprikker ville udvaskes til grundvandet, forskerne placerede en prøve af hver type kvanteprikker i toppen af ​​en smal jordsøjle. Forskerne tilføjede derefter calciumchloridopløsning for at efterligne regn.

Hvad de observerede:Næsten alt cadmium og selen fundet i hver af de to kolonner - mere end 90 procent af det i kolonnen, der indeholder kvanteprikker uden skal, og mere end 70 procent af det i kolonnen med afskallede kvanteprikker - -forblev i de øverste 1,5 centimeter af jorden.

Men hvordan nanomaterialerne bevægede sig, afhang af, hvad der ellers var i jorden. Da holdet tilføjede ethylendiamintetraeddikesyre (EDTA) til testkolonner i stedet for calciumchlorid, kvanteprikkerne rejste hurtigere gennem jorden. EDTA er et chelateringsmiddel, ligner den citronsyre, der ofte findes i sæber og vaskemidler.

Dataene tyder på, at under normale omstændigheder, kvanteprikker, der hviler i den øverste jord, vil næppe grave sig ned i underjordiske vandspejle, medmindre chelateringsmidler såsom EDTA introduceres med vilje, eller naturligt forekommende organiske syrer (såsom planteekssudater) er til stede.

Aga sagde, at selvom kvanteprikkerne forbliver i den øverste jord, uden at forurene underjordiske grundvandsmagasiner, partiklernes nedbrydning udgør stadig en risiko for miljøet.

I en separat undersøgelse indsendt til offentliggørelse i et andet tidsskrift, hun og hendes kolleger testede Arabidopsis-planters reaktion på kvanteprikker med zinksulfidskaller. Holdet fandt ud af, at selvom planterne ikke absorberede nanokrystallerne i deres rodsystemer, planterne udviste stadig en typisk fytotoksisk reaktion ved at komme i kontakt med det fremmede stof; med andre ord, planterne behandlede kvanteprikkerne som en gift.