Su, metal nanopartiküller için önemlidir
Makyajdan boyaya, güneşten koruyuculuğa kadar her şeyi satın aldığınızda, mühendislik ürünü nanopartiküller içerir. Bu nano ölçekli materyaller, ürünlerden ilaca, tarımdan elektroniğe devrim yaratan özelliklere sahiptir. Ama sonunda, bu nanopartiküller doğal ortamlara ulaşacak. Onları güvenli bir şekilde ve tam potansiyelleriyle kullanmak için gerçek ortamlarda nasıl davrandıklarını bilmeliyiz - ve bu davranış, istenmeyen sonuçlara yol açıyorsa.
Carnegie Mellon Üniversitesi'nde sivil ve çevre mühendisliği profesörü olan Greg Lowry, nanopartiküllerin nasıl davrandığını ve çevreyi nasıl etkilediğini inceliyor. Tek yönlü araştırmacılar nanoparçacık kaderini incelediler, altın nanoparçacıklarını takip ediyorlar - çünkü kararlı ve kolay bulunabilirler, ya da araştırmacıların düşündüğü gibi.
Son zamanlarda, Lowry ve Post-doktora Araştırmacı Astrid Avellan bir keşif keşfi yaptı: altın nanopartikülleri, su bitkilerinde bulunan mircroorganisms ile temas ettiğinde, tatlı su ortamlarında gerçekten çözünmektedir. Çözünme işlemi sırasında, nanopartiküllerden farklı davranacak ve bazı mikroorganizmalar için toksik olabilecek altın iyonları açığa çıkar. Çalışma toksisiteyi ölçmüyordu, bu da altın nanoparçacıkların zararlı olduğu anlamına gelmiyor - bunun yerine, biyolojik olarak aktif ortamlardaki davranışlarını daha iyi anlayarak, bilim adamları bu bilgiyi nihayetinde daha iyi nanomalzemeler tasarlamak için kullanabilirler. Bulguları Nature Nanotechnology'de yayınlandı.
Lowry, "Bu çalışma, bitkilerin ve bitki mikrobiyomunun, tatlısu ortamlarında işlenmiş nanomalzemelerin kaderini belirlemede önemini gözler önüne serdi" dedi. "Bu bitkiler ve genel olarak biyofilmler, nanomateryaller için önemli lavabolar ve incelemek için büyüleyici bir bölümdür."
Ekip tam olarak bu dönüşüme neyin sebep olduğunu ve ne kadar hızlı gerçekleştiğine baktı. Testlerini, bir mezocosm olarak adlandırılan bir kontrollü doğal tatlı su ortamı olarak gerçekleştirdiler. Duke Üniversitesi NanoTeknolojinin Çevresel Etkileri Merkezi'nde bulunan mezocosm, bu doğal ortamlarda normal olarak yaşayan toprak, tortu, su, bitkiler, böcekler, balıklar ve mikroorganizmalar içerir. Avellan ve araştırma ekibi, nanomateryal kullanımdan beklenen uzun vadeli, düşük dozlu girdileri taklit etmek için her hafta çok düşük miktarlarda mezocosm suyuna altın nanopartikülleri saldılar. Nanopartiküllerin karmaşık, biyolojik olarak aktif bir ekosistemde nasıl davrandığını görmek istediler. Altı ay sonra, altının% 70'inin sucul bitkiler ile biriktiğini ve tüm altın nanopartiküllerin çözüldüğünü ve diğer altın formlarına dönüştüğünü gördüler. Biyofilm ya da bitkilerde bulunan bakteri ve mikroorganizmalardan oluşan yapışkan bir maddeye daha yakından baktıklarında, mikroorganizmaların altın nanopartiküller ile etkileşime giren siyanür saldıkları bulundu. Altın nanopartikülleri çözünmüş (veya iyonize olmuş) ve bitkiler ile kalan diğer altın kompleksleri ile birlikte altın-siyanür oluşturmuştur.
Nanopartiküller, bir ve bir yüz nanometre veya bir insan saçı kalınlığının bir yüz ila bir binde biri arasında parçacıklar oluşturan atomların agregatlarıdır. Büyüklükleri birçok uygulamaya yarar sağlayan yeni özellikler kazandırır: suyu daha iyi tedavi edebilirler, yara üzerinde bakterileri öldürebilirler, daha güçlü ama daha hafif malzemeler yaratabilirler.
Astrid Avellan, “Altının su bitkilerinde deli gibi biriktirdiğini gördük, bu bizim beklediğimiz şey değildi” dedi. "Biz de bunu kazdık ve altının bu bitkilerle ilişkili olduğunu gördük, ama artık nanopartikülat değildi."
Bu altın nanopartiküller istikrarlı bir malzeme olduğu düşünüldü ve genellikle nanomateryallerin nasıl davrandığını anlamak için bir izleyici olarak kullanılmış olduğu için nanoparçacıkların nerede biriktiğini bilirsiniz. Bu makaleden elde edilen bulgular, altın gibi nispeten inert metal nanoparçacıkların bile su ortamlarında biyofilm ile etkileşime girdiklerinde çözülebileceğini göstermektedir.
Lowry, "Nanomateryallerin fitobiyom ile etkileşimleri potansiyel olarak tarımdan faydalanmak için kullanılabilir" dedi. "Araştırma topluluğu yalnızca bitki bitkisinin bitkinin üretkenlik üzerindeki rolünü anlamaya başlıyor. Bu çalışma, bitki verimliliğini artırmak için bitki biyolojisi ile birlikte çalışan nanomalzemeler tasarlama potansiyelini gösteriyor. Tarımda başarılı müdahaleler, sinerjik olarak nasıl çalışılacağını ele almalı. doğa."
Altın dönüşümünün etkileri üzerinde daha fazla çalışılması gerekmesine rağmen, bazı organizmalar için toksik olması muhtemeldir. İyonlar ayrıca, nanopartiküllerden daha hızlı ve uzaklaşarak, organizmalarda ve ortamda farklı olarak dağılabilirler. İyi haber şu ki, araştırmacılar nasıl ve niçin çözüldüklerini keşfettiler, bu yüzden nanopartiküllerin gelecekteki kullanımları ve uygulamaları hakkında akıllı olabiliriz - bu fenomeni bizim yararımız için bile kullanabiliriz.
Avellan, “Şimdi niçin ve hangi koşullarda altın nanopartiküllerin çözüldüğünü biliyoruz” dedi. "Böylece bu bilgiyi alabilir ve daha iyi materyaller tasarlamada avantajımıza kullanabiliriz."