Die Forschung erforscht Möglichkeiten zur Minderung der Umwelttoxizität allgegenwärtiger Silbernanopartikel

Silber wird seit langem eingesetzt, um die Ausbreitung von Krankheiten zu verhindern, und in den letzten Jahren wurden Silbernanopartikel in Produkte eingearbeitet, die von Desinfektionsmitteln, geruchshemmender Kleidung und Waschmaschinen bis hin zu Make-up, Lebensmittelverpackungen und Sportgeräten reichen.

Nanopartikel sind winzige Materieteilchen mit einer Größe von einem bis zu 100 Milliardstel Metern. Zusätzlich zu ihren antimikrobiellen Eigenschaften sind Silbernanopartikel als Katalysatoren und elektronische Anwendungen industriell wichtig.

Trotz ihrer Allgegenwärtigkeit ist wenig über ihre Umwelttoxizität oder Möglichkeiten zu ihrer Eindämmung bekannt.

Forscher der Oregon State University haben mit einer Studie, die darauf hinweist, dass Partikelform und Oberflächenchemie eine Schlüsselrolle bei der Auswirkung auf aquatische Ökosysteme spielen, einen wichtigen Schritt getan, um die Wissenslücke zu schließen.

Die Ergebnisse, veröffentlicht in Nanomaterialiensind wichtig, weil sie darauf hindeuten, dass Silbernanopartikel in Formaten hergestellt werden können, die ihre vorteilhaften Eigenschaften bewahren und gleichzeitig die negativen Auswirkungen auf die Umwelt begrenzen.

Wissenschaftler unter der Leitung von Marilyn Rampersad Mackiewicz und Stacey L. Harper untersuchten, wie kugelförmige und dreieckige Silbernanopartikel mit fünf verschiedenen chemischen Oberflächenzusammensetzungen ihre Absorption und Toxizität in einem Labormikrokosmos aus Bakterien, Algen, Daphnien und embryonalen Zebrafischen beeinflussten.

Daphnien sind winzige Krebstiere, und Zebrafische sind kleine Süßwasserarten, die in etwa fünf Tagen von einer Zelle zu einem schwimmenden Fisch werden.

Zebrafische sind besonders nützlich für die Untersuchung der Entwicklung und Genetik von Wirbeltieren, einschließlich der Auswirkungen von Umweltschadstoffen und Arzneimitteln auf die frühe Embryonalentwicklung. Auf molekularer, genetischer und zellulärer Ebene weisen sie eine bemerkenswerte Ähnlichkeit mit dem Menschen auf; Embryonale Zebrafische sind von besonderem Interesse, da sie nicht nur schnell wachsen, sondern auch transparent sind und sich problemlos in kleinen Wassermengen halten lassen.

Die Autoren weisen darauf hin, dass jedes Jahr Hunderte Tonnen Silbernanopartikel für kommerzielle Zwecke hergestellt werden, was bedeutet, dass es unvermeidlich ist, dass einige davon in Gewässern landen.

„Silbernanopartikel unterliegen keiner Regulierung durch die Food and Drug Administration und es ist wenig über ihre Toxizität bekannt, mit Ausnahme freier Silberionen, die durch Oxidation der Nanopartikeloberfläche entstehen können“, sagte Mackiewicz, Assistenzprofessor für Chemie. „Freie Silberionen sind bekanntermaßen giftig und in diesem Artikel haben wir eine Möglichkeit gefunden, die Toxizität von Silbernanopartikeln und ihre Auswirkungen auf die Umwelt unabhängig von den giftigen Silberionen zu untersuchen.“

Mackiewicz, Harper und ihre Mitarbeiter an den Colleges of Science, Engineering and Agricultural Sciences der OSU fanden heraus, dass Silbernanopartikel sich negativ auf einige Arten auswirken, andere jedoch nicht.

„Zum Beispiel gibt es einen Rückgang des Bakterien- und Daphnienwachstums, und die Größe und Form der Partikel könnte dazu beitragen, aber die Nanopartikel hatten keinen Einfluss auf den Zebrafisch“, sagte sie. „Und mit Lipiden beschichtete Nanopartikel, organische Verbindungen, die in vielen natürlichen Ölen und Wachsen vorkommen, setzten keine nennenswerten Mengen an Silberionen frei, zeigten aber die größte Toxizität für Daphnia magna, die empfindlichste Art des Mikrokosmos.“

Insgesamt, so Mackiewicz, habe die Studie gezeigt, dass die Form und Oberflächenchemie von Silbernanopartikeln manipuliert werden könne, um bestimmte Ziele zu erreichen, die für ein besseres Verständnis und eine Minderung der mit Nanopartikeln verbundenen Risiken erforderlich seien. Eine entsprechende Studie, die noch zur Veröffentlichung ansteht, fügte sie hinzu, zeige, dass kleine kugelförmige Nanopartikel giftiger seien als Dreiecke oder Würfel.

Mackiewicz stellt fest, dass Nanopartikel die neueste Form eines Elements sind, das im Laufe der Geschichte verwendet wurde, um die Ausbreitung menschlicher Krankheiten zu begrenzen, indem es in Gegenstände des täglichen Lebens eingebaut wurde. Die erste dokumentierte Verwendung zu therapeutischen Zwecken reicht 3.500 Jahre zurück.

Im Mittelalter verwendeten wohlhabende Familien so viele silberne Gefäße, Teller und andere Produkte, dass sie bläuliche Verfärbungen der Haut entwickelten, die als Argyria bekannt waren, ein Zustand, der dazu geführt hätte, dass die Mitglieder der Aristokratie mit dem Begriff „blaues Blut“ bezeichnet wurden .

Die OSU-Forscher Bryan Harper und Arek Engstrom arbeiteten bei der Studie mit Mackiewicz und Harper zusammen.