Alicia Taylor, en doktorand vid UC Riverside, sitter omgiven av hinkar med avlopp från septiktanksystemet som hon använde för sin forskning. Upphovsman:UC Riverside
Vad gör en mänsklig kolon, septiktank, kopparnanopartiklar och zebrafiskar gemensamt? De var nyckelkomponenterna som användes av forskare vid University of California, Riverside och UCLA för att studera effekten av kopparnanopartiklar, som finns i allt från färg till kosmetika, har på organismer som oavsiktligt exponerats för dem.
Forskarna fann att kopparnanopartiklarna, när man studerade utanför septiktanken, påverkade zebrafisk embryon kläckningshastigheter vid koncentrationer så låga som 0,5 delar per miljon. Dock, när kopparnanopartiklarna släpptes ut i replikens septiktank, som inkluderade vätskor som simulerade mänskligt smält mat och hushållsavloppsvatten, de var inte biotillgängliga och påverkade inte kläckningshastigheten.
"Resultaten är uppmuntrande eftersom de visar att med en väl fungerande septiktank kan vi eliminera toxiciteten hos dessa nanopartiklar, "sa Alicia Taylor, en doktorand som arbetar i Sharon Walkers labb, professor i kemi- och miljöteknik vid University of California, Riversides Bourns College of Engineering.
Taylor är en av de första författare till en nyligen publicerad artikel, "Förstå förvandlingen, Speciation, och riskpotential för kopparpartiklar i ett modell septiktanksystem som använder zebrafisk för att övervaka avloppsvattnet, "i tidningen ACS Nano . Andra författare är:Sijie Lin (även medförfattare), Zhaoxia Ji, Chong Hyun Chang, Nichola M. Kinsinger, William Ueng, Andre´ E. Nel och Walker.
Forskningen kommer i en tid då produkter med nanopartiklar alltmer kommer in på marknaden. Medan säkerheten för arbetare och konsumenter som exponeras för nanopartiklar har studerats, mycket mindre är känt om nanopartiklars miljökonsekvenser. Naturvårdsverket har för närvarande tillgång till möjliga effekter av nanomaterial, inklusive de gjorda av koppar, har på människors hälsa och ekosystemens hälsa.
Den mänskliga kolonreplika som Alicia Taylor använde för sin forskning. Upphovsman:Alicia Taylor
UC Riverside och UCLA forskare doserade septiktanken med mikrokoppar och nanokoppar, som är elementära former av koppar men omfattar olika storlekar och användningsområden i produkter, och CuPRO, ett nanokopparbaserat material som används som ett svampdödande medel för att spraya jordbruksgrödor och gräsmattor.
Även om dessa kopparbaserade material har fördelaktiga syften, oavsiktlig exponering för organismer som fisk eller fiskembryon har inte fått tillräcklig uppmärksamhet eftersom det är svårt att modellera komplicerade exponeringsmiljöer.
UC Riverside-forskarna löste det problemet genom att skapa ett unikt experimentellt system som består av replika mänskliga tjocktarmen och en replika två-fackig septiktank, som ursprungligen var en acyklisk septiktank. Modellen av kolon är gjord av ett specialbyggt 20-tums långt glasrör med en 2-tums diameter med en gummipropp i båda ändar och ett rörformat membran som vanligtvis används för dialysbehandlingar i glasröret.
Replica septiktanken Alicia Taylor brukade utföra sin forskning. Upphovsman:Alicia Taylor
För att simulera mänsklig matning, 100 milliliter av en blandning med 20 ingredienser som replikerade smält mat pumpades in i dialysröret vid 09:00, 15.00 och 21.00. för fem dagar långa experiment under nio månader.
Septiktanken fylldes med avfall från tjocktarmen tillsammans med syntetiskt gråvatten, som är tänkt att simulera avloppsvatten från källor som handfat och badkar, och kopparnanopartiklarna. Forskarna byggde en septiktank eftersom 20 till 30 procent av de amerikanska hushållen är beroende av dem för rening av avloppsvatten. Dessutom, forskning har visat att upp till 40 procent av septiktankarna inte fungerar korrekt. Detta är ett problem om kopparmaterialen stör det septiska systemets funktion, vilket skulle leda till att orenat avfall kommer ut i marken och grundvattnet.
När den primära kammaren i det septiska systemet var full, vätska började komma in i den andra kammaren. En gång i veckan, avloppsvattnet dränerades från den sekundära kammaren och det placerades i förseglade behållare på fem gallon. Avloppsvattnet användes sedan i kombination med zebrafiskembryon i en screeningprocess med hög innehåll med flerväggsplattor för att komma åt kläckningshastigheter.
Det återstående avloppsvattnet har sparats och ligger i 30 fem-liters hinkar i en garderob vid UC Riverside eftersom vissa medarbetare har begärt prover av vätskan för sina experiment.
