Wpływ nanoproduktów na wybrane organizmy - ocena ekotoksykologiczna

• Autorzy: Karwowska E. , Miaśkiewicz-Pęska E. , Załęska-Radziwiłł M.

Warianty tytułu

EN

Impact of nanoproducts on selected organisms - the ecotoxicological assessment

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Wzrost zainteresowania wykorzystaniem różnorodnych nanomateriałów w technologii, przemyśle, medycynie i życiu codziennym skutkuje zwiększeniem ich produkcji, a w konsekwencji - emisji do środowiska naturalnego. Ze względu na liczne doniesienia o negatywnym wpływie nanocząstek na komórki drobnoustrojów, roślin i zwierząt niezbędna jest ocena ich oddziaływania na środowisko. Jest to szczególnie istotne w przypadku nowo syntetyzowanych produktów, mogących znaleźć potencjalne zastosowanie w przemyśle czy gospodarce. W niniejszych badaniach podjęto próbę oceny przydatności standardowych testów ekotoksykologicznych z wykorzystaniem organizmów reprezentujących różne poziomy troficzne (DAPHTOXKIT, THAMNOTOXKIT, ALGALTOXKIT, PHYTOTOXKIT) w procesie wyboru nanomateriałów o potencjalnie najmniejszym oddziaływaniu na środowisko. Przedmiotem analiz były nowo zsyntetyzowane nanoproszki (ZnO, ZnO–S, TiO2, TiO2–Ag, TiO2–Ag2O, TiO2–Pd, TiO2–PdO, TiO2–Au) i nanożele (nano-kserożel TiO2–SiO2–Ag i nano-aerożele: TiO2–SiO2 oraz TiO2–Ag/N/C), mogące w przyszłości znaleźć zastosowanie jako składnik opakowań do przechowywania żywności. Eksperymenty pozwoliły na stwierdzenie znacznego zróżnicowania testowanych nanopreparatów pod względem toksyczności, jak również różnej wrażliwości organizmów testowych na badane substancje. Potwierdziły również przydatność standardowych testów ekotoksykologicznych oraz testów wzrostowych do oceny potencjalnego wpływu nanocząstek na środowisko, pozwalając na wstępne wytypowanie produktów najmniej toksycznych spośród testowanych nanomateriałów.

EN

The increasing interest concerning the application of nanomaterials in the technology, industry, medicine and everyday life results in their increasing production and - in consequence - emission to the natural environment. However, numerous scientific data confirm the negative influence of different nanoproducts (nano-metals, metal nano-oxides, carbon nanotubes, nanoparticles synthetized based on oxygraphene and chitosan) on organisms: bacteria, algae, fungi, small invertebrates, fish. The negative effect of nanoparticles on animal cells was also observed. The impact on the structure and functioning of cell membranes, disorders in methabolic processes in a result of the creation of reactive oxygen forms (ROS) as well as the impact on the activity of the cell enzymes and DNA synthesis are indicated as the potential mechanisms of the negative influence of nanomaterials. The evaluation of the intensity of nanoparticles’ impact on the environment is particularly important in case of newly-synthesized products, which may be potentially applied in practice, for example in the industry. In this research it was attempted to assess the suitability of standard ecological tests (DAPHTOXKIT, THAMNOTOXKIT, ALGALTOXKIT, PHYTOTOXKIT) as well as growth tests with an application of selected strains of bacteria and fungi in order to select the nanomaterials of the lowest influence on the environment. The analyses were focused on newly-synthesized nanoparticles in form of nanopowders (ZnO, ZnO–S, TiO2, TiO2–Ag, TiO2–Ag2O, TiO2–Pd, TiO2–PdO, TiO2–Au) or nanogels (nano-xerogel TiO2–SiO2–Ag and nano-aerogels: TiO2–SiO2 and TiO2–Ag/N/C), of the potential application in future as components of materials to produce packages for the food storage. The selection of the test procedures allowed to determine the influence of tested nanoparticles on the organisms representing different trophic levels. The experiments confirmed that some of the tested materials were toxic or strongly toxic, especially those containing atoms of silver. Because of this, they shouldn’t be applied for the production of food packages, though they revealed the significant antibacterial and antifungal properties. It was also observed that the impact of nanoparticles on tested organisms was diverse, depending on the kind of the organisms. Algae appeared as the most sensitive, which confirmed the significant risk related to the emission of nano-wastes into the water environment. On the other hand, some terrestrial plants revealed both growth inhibition and stimulation effects in the presence of tested nanomaterials. The experiments confirmed the suitability of standard ecotoxicological tests as well as the growth tests for the assessment of the potential influence of newly-synthesized nanoparticles on the natural environment and allowed to pre-select the nanoproducts of the comparatively lowest ecotoxicity.

Słowa kluczowe

PL

nanocząstki; ekotoksyczność; opakowania do żywności

EN

nanoparticles; ecotoxicity; food packages

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Inżynieria i Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2015
• Tom: T. 18, nr 1
• Strony: 109--118
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz.

Twórcy

autor

Karwowska E.

• Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Środowiska, Zakład Biologii, ul. Nowowiejska 20, 00-653 Warszawa

autor

Miaśkiewicz-Pęska E.

• Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Środowiska, Zakład Biologii, ul. Nowowiejska 20, 00-653 Warszawa

autor

Załęska-Radziwiłł M.

• Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Środowiska, Zakład Biologii, ul. Nowowiejska 20, 00-653 Warszawa

Bibliografia

• [1] Duncan T.V., Applications of nanotechnology in food packaging and food safety: Barrier materials, antimicrobials and sensors, Journal of Colloid and Interface Science 2011, 363, 1-24.
• [2] Maynard A.D., Nanotechnology. A Research Strategy for Addressing Risk, Woodrow Wilson International Center for Scholars, Washington 2006.
• [3] Handy R.D., von der Kammer F., Lead J.R., Hassellöv M., Owen R., Crane M., The ecotoxicology and chemistry of manufactured nanoparticles, Ecotoxicology 2008, 17, 287-314.
• [4] Yon Ju-Nam, Lead J.R., Manufactured nanoparticles: An overview of their chemistry, interactions and potential environmental implications, Science of the Total Environment 2008, 400, 396-414.
• [5] Llorens A., Lloret E., Picouet P.A., Trbojevich R., Fernandez A., Metallic-based micro and nanocomposites in food contact materials and active food packaging, Trends in Food Science & Technology 2012, 24, 19-29.
• [6] Karwowska E., Mrozowicz M., Zawada A., Ząbkowski T., Ziemkowska W., Kunicki A.R., Olszyna A., Impact of Al2O3 nanopowders characterised by various physicochemical properties on growth of green alga Scenedesmus quadricauda, Advances in Applied Ceramics 2012, 111, 3, 142-148.
• [7] Chrzanowska N., Załęska-Radziwiłł M., The impacts of aluminum and zirconium nano-oxides on planktonic and biofilm bacteria, Desalination Water Treatment 2014, DOI: 10.1080/ 19443994.2014.884528.
• [8] Nel A., Xia T., Mädler L., Li N., Toxic potential of materials at the nanolevel, Science 2006, 311, 622-627.
• [9] Bystrzejewska-Piotrowska G., Golimowski J., Urban P.L., Nanoparticles: Their potential toxicity, waste and environmental management, Waste Management 2009, 29, 2587-2595.
• [10] Łebkowska M., Załęska-Radziwiłł M., Występowanie i ekotoksyczność nanocząstek, Ochrona Środowiska 2011, 33, 4, 23-26.
• [11] Boxall A., Chaundhry Q., Sinclair C., Jones A., Aitken R., Jefferson B., Watts C., Current and future predicted environmental exposure to engineered nanoparticles, Health & Environmental Research Online, Technical Report, Central Science Laboratory, York, UK 2007.
• [12] Appendini P., Hotchkiss J.H., Review of antimicrobial food packaging, Innovative Food Science & Emerging Technologies 2002, 3, 113-126.
• [13] Cárdenas G., Días J., Meléndrez M.F., Cruzat C., Garcia Cancino A., Colloidal Cu nanoparticles/ chitosan composite film obtained by microvawe heating for food package applications, Polymer Bulletin 2009, 62, 511-524.
• [14] Tankhiwale R., Bajpai S.K., Preparation, characterization and antibacterial applications of ZnO-nanoparticles coated polyethylene films for food packaging, Colloids and Surfaces B: Biointerfaces 2012, 90, 16-20.
• [15] Arora A., Padua G.W., Review: Nanocomposites in food packaging, Journal of Food Science 2010, 75, 1, R43-R49.
• [16] Dyrektywa Komisji 93/67/EWG z dnia 20 lipca 1993 r. ustanawiająca zasady oceny ryzyka dla człowieka i środowiska naturalnego ze strony substancji notyfikowanych zgodnie z dyrektywą Rady 67/548/EWG.
• [17] Załęska-Radziwiłł M., Łebkowska M., Systemy oceny zagrożenia środowiska wodnego, Inżynieria i Ochrona Środowiska 2003, 6, 1, 7-15.
• [18] Nowack B., Bucheli T.D., Occurrence, behavior and effects of nanoparticles in the environment, Environmental Pollution 2007, 150, 5-22.