Forskere bruger menneskelig tyktarm og septiktank i laboratorieskala til at studere virkningen af ​​kobbernanopartikler på miljøet

Hvad gør et menneskeligt tyktarm, septiktank, kobber nanopartikler og zebrafisk har til fælles? De var nøglekomponenterne brugt af forskere ved University of California, Riverside og UCLA for at studere virkningen af ​​kobbernanopartikler, som findes i alt fra maling til kosmetik, har på organismer, der utilsigtet er udsat for dem.

Forskerne fandt ud af, at kobbernanopartiklerne, når de studeres uden for septiktanken, påvirkede zebrafisks embryoudklækningshastigheder ved koncentrationer så lave som 0,5 ppm. Imidlertid, da kobbernanopartiklerne blev frigivet til replika septiktanken, som omfattede væsker, der simulerede menneskelig fordøjet mad og husholdningsspildevand, de var ikke biotilgængelige og påvirkede ikke klækningshastigheden.

"Resultaterne er opmuntrende, fordi de viser med en korrekt fungerende septiktank, at vi kan eliminere toksiciteten af ​​disse nanopartikler, " sagde Alicia Taylor, en kandidatstuderende, der arbejder i Sharon Walkers laboratorium, professor i kemi- og miljøteknik ved University of California, Riverside's Bourns College of Engineering.

Taylor er medforfatter til et nyligt offentliggjort papir, "Forstå transformationen, art, og farepotentiale for kobberpartikler i et model septiktanksystem, der bruger zebrafisk til at overvåge spildevandet, " i journalen ACS Nano . Andre forfattere er:Sijie Lin (også med-førsteforfatter), Zhaoxia Ji, Chong Hyun Chang, Nichola M. Kinsinger, William Ueng, Andre´ E. Nel og Walker.

Forskningen kommer på et tidspunkt, hvor produkter med nanopartikler i stigende grad kommer på markedet. Mens sikkerheden for arbejdere og forbrugere udsat for nanopartikler er blevet undersøgt, meget mindre er kendt om de miljømæssige konsekvenser af nanopartikler. Miljøstyrelsen har i øjeblikket adgang til de mulige virkninger af nanomaterialer, inklusive dem, der er lavet af kobber, har på menneskers sundhed og økosystemernes sundhed.

UC Riverside og UCLA forskerne doserede septiktanken med mikrokobber og nanokobber, som er elementære former for kobber, men omfatter forskellige størrelser og anvendelser i produkter, og CuPRO, et nanokobberbaseret materiale, der bruges som et svampedræbende middel til at sprøjte landbrugsafgrøder og græsplæner.

Mens disse kobberbaserede materialer har gavnlige formål, utilsigtet eksponering for organismer som fisk eller fiskeembryoner har ikke fået tilstrækkelig opmærksomhed, fordi det er vanskeligt at modellere komplicerede eksponeringsmiljøer.

UC Riverside-forskerne løste det problem ved at skabe et unikt eksperimentelt system, der består af en kopi af den menneskelige tyktarm og en replika to-rums septiktank, som oprindeligt var en acyklisk septiktank. Modellen af ​​tyktarmen er lavet af et specialbygget 20 tommer langt glasrør med en diameter på 2 tommer med en gummiprop i begge ender og en rørformet membran, der typisk bruges til dialysebehandlinger i glasrøret.

For at simulere menneskelig fodring, 100 milliliter af en blanding med 20 ingredienser, der replikerede fordøjet mad, blev pumpet ind i dialyserøret kl. 9 om morgenen, 15.00 og kl. til fem dage lange eksperimenter over ni måneder.

Septiktanken blev fyldt med affald fra tyktarmen sammen med syntetisk gråvand, som er beregnet til at simulere spildevand fra kilder som håndvaske og badekar, og kobbernanopartiklerne. Forskerne byggede en septiktank, fordi 20 til 30 procent af de amerikanske husholdninger er afhængige af dem til spildevandsrensning. I øvrigt, forskning har vist, at op til 40 procent af septiktanke ikke fungerer korrekt. Dette er en bekymring, hvis kobbermaterialerne forstyrrer funktionen af ​​det septiske system, hvilket ville føre til, at ubehandlet affald kommer til jorden og grundvandet.

Når det primære kammer i det septiske system var fyldt, væske begyndte at komme ind i det andet kammer. En gang om ugen, spildevandet blev drænet fra det sekundære kammer, og det blev anbragt i forseglede beholdere på fem gallon. Spildevandet blev derefter brugt i kombination med zebrafiskembryoner i en screeningsproces med højt indhold ved anvendelse af flervæggede plader for at få adgang til klækningshastigheder.

Det resterende spildevand er blevet gemt og sidder i 30 fem-gallon spande i et skab ved UC Riverside, fordi nogle samarbejdspartnere har anmodet om prøver af væsken til deres eksperimenter.