Ett tvärvetenskapligt team av forskare vid UC Santa Barbara har tagit fram en banbrytande studie av hur nanopartiklar kan biomagnifiera i en enkel mikrobiell näringskedja.

"Detta var en enkel vetenskaplig nyfikenhet, "sa Patricia Holden, professor vid UCSB:s Bren School of Environmental Science &Management och motsvarande författare till studien, publicerad i en tidig onlineutgåva av tidskriften Naturnanoteknik . "Men det är också av stor vikt för detta nya område att titta på gränssnittet mellan nanoteknik och miljö."

Holdens medförfattare från UCSB inkluderar Eduardo Orias, forskningsprofessor i genomik vid Institutionen för molekylär, Cell- och utvecklingsbiologi; Galen Stucky, professor i kemi och biokemi, och material; och doktorander, postdoktorer, och personalforskare Rebecca Werlin, Randy Mielke, John Priester, och Peter Stoimenov. Andra medförfattare är Stephan Krämer, från California Nanosystems Institute, och Gary Cherr och Susan Jackson, från UC Davis Bodega Marine Laboratory.

Enligt Holden, ett tidigare samarbete med Stucky, Stoimenov, Prästen, och Mielke utgjorde grunden för denna forskning. I den tidigare studien, forskarna observerade att nanopartiklar bildade av kadmiumselenid trängde in i vissa bakterier (kallade Pseudomonas) och ackumulerades i dem. "Vi visste redan att bakterierna internaliserade dessa nanopartiklar från vår tidigare studie, "Holden sa." Och vi visste också att Ed (Orias) och Rebecca (Werlin) arbetade med ett protozo som heter Tetrahymena och nanopartiklar. Så vi närmade oss dem och frågade om de skulle vara intresserade av ett samarbete för att utvärdera hur protozo -rovdjuret påverkas av de ackumulerade nanopartiklarna i ett bakteriellt byte. "Orias och Werlin berömmer sitt intresse för nanopartikeltoxicitet till tidigare finansiering från och deltagande i universitetet av California Toxic Substance Research &Training Program.

Forskarna upprepade tillväxten av bakterierna med kvantprickar i den nya studien och kopplade den till en trofisk överföringsstudie –– studiet av överföring av en förening från en lägre till en högre nivå i en näringskedja genom predation. "Vi tittade på skillnaden för rovdjuret eftersom det växte på bekostnad av olika bytesformer -" kontroll "byte utan några metaller, byte som hade odlats med ett upplöst kadmiumsalt, och byten som hade odlats med kadmiumselenidkvantprickar, Sa Holden.

Vad de fann var att koncentrationen av kadmium ökade vid överföring från bakterier till protozoer och, i processen att öka koncentrationen, nanopartiklarna var väsentligen intakta, med mycket liten nedbrytning. "Vi kunde mäta förhållandet mellan kadmium och selen i partiklar som fanns inuti protozoer och se att det var i stort sett detsamma som i de ursprungliga nanopartiklarna som hade använts för att mata bakterierna, "Sa Orias.

Det faktum att förhållandet mellan kadmium och selenid bevarades under hela studiens gång indikerar att nanopartiklarna själva biomagnifierades. "Biomagnifiering –– ökningen av koncentrationen av kadmium som spårämne för nanopartiklar från byte till rovdjur –– detta är första gången detta har rapporterats för nanomaterial i en vattenmiljö, och vidare omfattande mikroskopiska livsformer, som utgör basen för alla livsmedelsbanor, Sa Holden.

En implikation är att nanopartiklar inuti protozoerna då kan vara tillgängliga för nästa nivå av rovdjur i näringskedjan, vilket kan leda till bredare ekologiska effekter. "Dessa protozoer är mycket berikade i nanopartiklar på grund av att de matar på kvantprickade bakterier, "Hold sa." Eftersom det fanns toxiska effekter på protozoerna i denna studie, det finns en oro för att det också kan finnas toxiska effekter högre i näringskedjan, särskilt i vattenmiljöer. "

Ett av UC CEIN:s uppdrag är att försöka förstå effekterna av nanomaterial i miljön, och hur forskare kan förhindra eventuella negativa effekter som kan utgöra ett hot mot någon form av liv. "I detta sammanhang, man kan hävda att om du kunde "designa" vilken egenskap som tillhör kvantprickarna som får dem att komma in i bakterier, då kunde vi undvika denna potentiella konsekvens, "Sa Holden." Det skulle vara ett positivt sätt att se en sån här studie. Nu kan forskare se tillbaka och säga, 'Hur förhindrar vi att detta händer?' "