Wasser zählt zu Metall-Nanopartikeln

Anonim

Wenn Sie etwas kaufen, von Make-up über Farbe bis hin zu Sonnencreme, besteht die Chance, dass es Nanopartikel enthält. Diese nanoskaligen Materialien haben Eigenschaften, die Produkte revolutionieren - von der Medizin über die Landwirtschaft bis hin zur Elektronik. Aber schließlich werden diese Nanopartikel natürliche Umgebungen erreichen. Um sie sicher und in vollem Umfang nutzen zu können, müssen wir wissen, wie sie sich in realen Umgebungen verhalten - und wenn dieses Verhalten zu unbeabsichtigten Konsequenzen führt.

Greg Lowry, Professor für Bauingenieurwesen und Umwelttechnik an der Carnegie Mellon University, untersucht, wie sich Nanopartikel in der Umwelt verhalten und sich auf diese auswirken. Eine Art, wie Forscher das Schicksal von Nanopartikeln untersucht haben, ist die Verfolgung von Gold-Nanopartikeln - weil sie stabil und leicht zu finden sind, so die Forscher.

Kürzlich haben Lowry und Postdocs Astrid Avellan eine bahnbrechende Entdeckung gemacht: Goldnanopartikel lösen sich tatsächlich in Süßwasserumgebungen auf, wenn sie mit Mikroorganismen auf Wasserpflanzen in Kontakt kommen. Während des Auflösungsprozesses werden Goldionen freigesetzt, die sich anders verhalten als die Nanopartikel und für einige Mikroorganismen toxisch sein können. In der Studie wurde die Toxizität nicht gemessen. Dies bedeutet nicht, dass Goldnanopartikel schädlich sind. Stattdessen können Wissenschaftler durch besseres Verständnis ihres Verhaltens in biologisch aktiven Umgebungen dieses Wissen nutzen, um bessere Nanomaterialien zu entwickeln. Ihre Ergebnisse wurden in Nature Nanotechnology veröffentlicht .

"Diese Studie hat unsere Augen für die Bedeutung von Pflanzen und des Pflanzenmikrobioms für die Bestimmung des Schicksals künstlich hergestellter Nanomaterialien in Süßwasserumwelten geöffnet", sagte Lowry. "Diese Pflanzen und Biofilme im Allgemeinen sind wichtige Senken für Nanomaterialien und sind ein faszinierendes Studienfach."

Das Team untersuchte genau, was diese Transformation verursacht und wie schnell sie auftritt. Sie führten ihre Tests in einem so genannten Mesokosmos durch - einer kontrollierten natürlichen Süßwasserumgebung. Der Mesokosmos, der sich am Zentrum für Umweltverträglichkeit der NanoTechnologie an der Duke University befindet, enthält Boden, Sedimente, Wasser, Pflanzen, Insekten, Fische und Mikroorganismen, die normalerweise in diesen natürlichen Umgebungen leben. Avellan und das Forscherteam gaben jede Woche Gold-Nanopartikel in sehr geringen Mengen in das Mesokosmos-Wasser frei, um die von Nanomaterialien erwarteten langfristigen, niedrigen Dosis-Inputs nachzuahmen. Sie wollten sehen, wie sich die Nanopartikel in einem komplexen, biologisch aktiven Ökosystem verhalten würden. Nach sechs Monaten fanden sie heraus, dass sich 70% des Goldes mit den Wasserpflanzen anreicherten und dass sich alle Goldnanopartikel gelöst hatten und in andere Goldformen umgewandelt wurden. Als sie den Biofilm oder eine klebrige Substanz aus Bakterien und Mikroorganismen auf Pflanzen näher untersuchten, stellten sie fest, dass die Mikroorganismen Zyanid freisetzten, das mit den Goldnanopartikeln in Wechselwirkung stand. Die Goldnanopartikel lösten sich (oder ionisierten) und bildeten Goldcyanid zusammen mit anderen Goldkomplexen, die bei den Pflanzen verblieben.

Nanopartikel sind Aggregate von Atomen, die Partikel zwischen ein und hundert Nanometern oder ein Hundertstel bis ein Tausendstel der Dicke eines menschlichen Haares bilden. Ihre Größe verleiht ihnen neue Eigenschaften, die vielen Anwendungen zugute kommen: Sie könnten Wasser besser behandeln, sie könnten Bakterien auf einer Wunde abtöten, sie könnten stärkere, aber leichtere Materialien erzeugen.

"Wir fanden heraus, dass Gold in den Wasserpflanzen wie verrückt angesammelt wurde, was wir nicht erwartet hatten", sagte Astrid Avellan. "Also haben wir uns damit beschäftigt und festgestellt, dass Gold mit diesen Pflanzen assoziiert wurde, aber es war nicht mehr nanopartikulär."

Dies ist ein wichtiger Durchbruch, da angenommen wurde, dass Goldnanopartikel ein stabiles Material sind und oft als Tracer verwendet wurden, um zu verstehen, wie sich Nanomaterialien verhalten - wenn Sie die Nanopartikel finden, dann wissen Sie, wo sich die Nanopartikel ansammeln. Die Ergebnisse dieser Arbeit legen nahe, dass sich selbst relativ inerte Metallnanopartikel wie Gold tatsächlich auflösen können, wenn sie mit Biofilm in Wasserumgebungen interagieren.

"Die Wechselwirkungen von Nanomaterialien mit dem Phytobiom können potenziell genutzt werden, um der Landwirtschaft zu nutzen", sagte Lowry. "Die Forschungsgemeinschaft beginnt erst, die Rolle des Phtyobioms für die Pflanzenproduktivität zu verstehen. Diese Studie zeigt das Potenzial zur Entwicklung von Nanomaterialien, die mit dem Phytobiom zusammenarbeiten, um die Pflanzenproduktivität zu verbessern. Erfolgreiche Interventionen in der Landwirtschaft müssen in Betracht ziehen, wie man synergistisch arbeitet Natur."

Obwohl die Auswirkungen der Goldtransformation mehr untersucht werden müssen, ist es möglich, dass sie für einige Organismen toxisch sein könnte. Die Ionen könnten sich auch schneller und weiter weg bewegen als die Nanopartikel, die sich in Organismen und in der Umwelt unterschiedlich verteilen. Die gute Nachricht ist, dass Forscher jetzt herausgefunden haben, wie und warum sie sich auflösen, so dass wir uns über zukünftige Anwendungen und Anwendungen von Nanopartikeln schlau machen können und dieses Phänomen sogar zu unserem Vorteil nutzen können.

"Jetzt wissen wir, warum und unter welchen Bedingungen sich Goldnanopartikel auflösen", sagte Avellan. "So können wir dieses Wissen nutzen und zu unserem Vorteil nutzen, um bessere Materialien zu entwickeln."

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