(Phys.org) - Forskare vid National Institute of Standards and Technology (NIST) och University of Massachusetts Amherst (UMass) har tillhandahållit de första bevisen på att konstruerade nanopartiklar kan ackumuleras i växter och skada deras DNA. I en färsk tidning, teamet ledd av NIST-kemist Bryant C. Nelson visade att under laboratorieförhållanden, nanopartiklar av kopparoxid har kapacitet att komma in i växtens rotceller och generera många mutagena DNA-basskador.

Teamet testade den konstgjorda, ultrafina partiklar mellan 1 och 100 nanometer i storlek på en mänsklig matgröda, rädisan, och två arter av vanliga marktäckare som används av betande djur, flerårig och ettårig rajgräs. Denna forskning är en del av NIST:s arbete för att hjälpa till att karakterisera den potentiella miljön, hälso- och säkerhetsrisker (EHS) med nanomaterial, och utveckla metoder för att identifiera och mäta dem.

Kopparoxid (även känd som koppar(II)oxid eller CuO) är en förening som har använts i många år som pigment för färgning av glas och keramik, som polish för optik, och som en katalysator vid tillverkning av rayon. Kopparoxid är också en stark ledare av elektrisk ström, en egenskap förbättrad på nanoskalanivå, vilket gör nanopartikelformen användbar för halvledartillverkare.

Eftersom kopparoxid är ett oxidationsmedel - en reaktiv kemikalie som tar bort elektroner från andra föreningar - kan det utgöra en risk. Oxidation orsakad av metalloxider har visat sig inducera DNA-skador i vissa organismer. Vad Nelson och hans kollegor ville lära sig var om nanosizing kopparoxid gjorde generering och ackumulering av DNA-skador mer eller mindre sannolikt i växter. Om den förra, forskarna ville också ta reda på om nanosizing hade några betydande effekter på växternas tillväxt och hälsa.

För att få svaren, NIST/UMass-forskarna exponerade först rädisor och de två rajgräsen för både kopparoxidnanopartiklar och kopparoxidpartiklar av större storlek (större än 100 nanometer) samt för enkla kopparjoner. De använde sedan ett par mycket känsliga spektrografiska tekniker för att utvärdera bildandet och ackumuleringen av DNA-basskador och för att avgöra om och hur mycket koppar som togs upp av växterna.

För rädisorna, dubbelt så många lesioner inducerades i växter som exponerades för nanopartiklar som i de som exponerades för de större partiklarna. Dessutom, det cellulära upptaget av koppar från nanopartiklarna var betydligt större än upptaget av koppar från de större partiklarna. DNA-skadeprofilerna för rajgräset skilde sig från rädisans profiler, vilket indikerar att nanopartikelinducerad DNA-skada är beroende av växtarten och på nanopartikelkoncentrationen.

Till sist, forskarna visade att nanopartiklar av kopparoxid hade en betydande effekt på tillväxten, hämmar utvecklingen av både rötter och skott hos alla tre testade växtarter. De nanopartikelkoncentrationer som användes i denna studie var högre än de som sannolikt kommer att mötas av växter under ett typiskt markexponeringsscenario.

"Så vitt vi vet, detta är första bevis på att det kan finnas en "nanobaserad effekt" för kopparoxid i miljön där storleken spelar en roll i den ökade genereringen och ackumuleringen av många mutagena DNA-skador i växter, " säger Nelson.

Nästa upp för Nelson och hans kollegor är en liknande studie som tittar på effekterna av titandioxidnanopartiklar - som de som används i många solskyddsmedel - på risplantor.