Forskere tester en ny nanopartikels evne til at fjerne cadmiumtoksicitet fra et ferskvandssystem

Nanoteknologi spiller en vigtig rolle i at fjerne giftige kemikalier, der findes i jorden. I øjeblikket bruger eller tester mere end 70 Environmental Protection Agency (EPA) Superfund-steder nanopartikler for at fjerne eller nedbryde miljøforurenende stoffer. Et af disse - nano-nul-valent jern - er meget udbredt, selvom dets virkning på organismer ikke er blevet undersøgt.

I et nyligt eksperiment, et team af forskere fra UC Santa Barbara testede virkningen af ​​sulfuriseret nano-nul-valent jern (FeSSi) på en almindelig ferskvandsalge (Chlamydomonas reinhardtii). De fandt ud af, at FeSSi opsamlede cadmium fra et vandigt medium og lindrede cadmiumtoksicitet for den alge i mere end en måned. Deres resultater vises i journalen ACS Nano .

"Imidlertid, da FeSSi gjorde, hvad den var designet til at gøre, vi fandt ud af, at det var op til 10 gange mere giftigt, når det var bundet til cadmium end uden, " sagde hovedforfatter Louise Stevenson, en postdoc i UCSB's Institut for Økologi, Evolution og marinbiologi (EEMB). "De nuværende standarder for, hvad der er en acceptabel koncentration at bruge, er baseret på data fra selve partiklen ubundet til forureningen. Vores arbejde tyder på, at disse tilladte grænser potentielt kan være enorme undervurderinger af den faktiske toksicitet."

At simulere en nedbørshændelse, hvor giftigt materiale fra jord skyller ud i en vandvej, forskerne doserede C. reinhardtii med den cadmium-snørede FeSSi og ventede en time, før de tog målinger. De fandt ud af, at organisk materiale, som algerne selv producerede som et biprodukt af fotosyntesen, mindskede toksiciteten af ​​FeSSi og gjorde det muligt for nanopartiklerne at afhjælpe op til fire gange så meget cadmium.

"Det organiske materiale gør FeSSi-partiklen mindre giftig, som muliggør en større rensningszone og øger de cadmiumkoncentrationer, der kan bruges, " sagde Stevenson. "Det er interessant, fordi ethvert naturligt system indeholder noget organisk materiale. Sammen med nanopartiklernes toksiske virkning på cellelevedygtighed, vi identificerede en vigtig feedback mellem organiske materialer produceret af algerne selv, hvilket reducerer toksiciteten, hvilket mindsker toksiciteten for algerne.

Ifølge Stevenson, miljøeffekterne af nanoteknologi er meget kontekstspecifikke, gør overordnede forudsigelser vanskelige. Så, UCSB-teamet designede en dynamisk økologisk model, der kan bruges til at ekstrapolere, hvad de empirisk testede. Efterforskerne indsamlede nok data til at udvikle en række ligninger til at beskrive dynamikken i de koncentrationer, de testede.

"Vi udvikler ny teknologi hurtigere, end vi kan forudsige dens miljøpåvirkning, ", bemærkede Stevenson. "Det gør det meget vigtigt at designe eksperimenter, der er økologisk og miljømæssigt relevante, men også få fat i dynamikker, der kan ekstrapoleres til andre systemer."