Silver har länge använts för att motverka spridning av sjukdomar och på senare år har silvernanopartiklar införlivats i produkter som sträcker sig från desinfektionsmedel, luktbeständiga kläder och tvättmaskiner till smink, matförpackningar och sportutrustning.
Nanopartiklar är små bitar av material som sträcker sig i storlek från en till 100 miljarder av en meter. Förutom sina antimikrobiella egenskaper är nanopartiklar av silver industriellt viktiga som katalysatorer och i elektroniktillämpningar.
Trots deras allestädes närvarande är lite känt om deras miljötoxicitet eller hur den kan mildras.
Forskare vid Oregon State University har tagit ett viktigt steg mot att överbrygga kunskapsklyftan med en studie som visar att partiklarnas form och ytkemi spelar nyckelroller för hur de påverkar akvatiska ekosystem.
Resultaten, publicerade i Nanomaterials , är viktiga eftersom de tyder på att silvernanopartiklar kan produceras i format som bevarar deras fördelaktiga egenskaper samtidigt som de begränsar miljönegativa.
Forskare ledda av Marilyn Rampersad Mackiewicz och Stacey L. Harper bedömde hur sfäriska och triangulärt formade silvernanopartiklar med fem olika ytkemier påverkade deras upptag och toxicitet i ett laboratoriemikrokosmos av bakterier, alger, Daphnia och embryonala zebrafiskar.
Daphnia är små kräftdjur, och zebrafisk är en liten sötvattensart som går från en cell till en simmande fisk på cirka fem dagar.
Zebrafisk är särskilt användbara för att studera utvecklingen och genetiken hos ryggradsdjur, inklusive effekterna av miljöföroreningar och läkemedel på tidig embryonal utveckling. De delar en anmärkningsvärd likhet med människor på molekylär, genetisk och cellulär nivå; embryonala zebrafiskar är av särskilt intresse eftersom de förutom att utvecklas snabbt är genomskinliga och lätt kan hållas i små mängder vatten.
Författarna noterar att hundratals ton silvernanopartiklar produceras varje år för kommersiellt bruk, vilket betyder att det är oundvikligt att vissa kommer att hamna i vattenmiljöer.
"Silvernanopartiklar regleras inte av Food and Drug Administration och inte mycket är känt om deras toxicitet förutom de fria silverjonerna som kan bli resultatet av ytoxidation av nanopartiklarna", säger Mackiewicz, biträdande professor i kemi. "Fria silverjoner är kända för att vara giftiga och i den här artikeln hittade vi ett sätt att studera toxiciteten hos silvernanopartiklar och hur de påverkar miljön oavsett giftiga silverjoner."
Mackiewicz, Harper och medarbetare i OSU Colleges of Science, Engineering and Agricultural Sciences fann att silvernanopartiklar påverkar vissa arter negativt men inte andra.
"Till exempel finns det en minskning av tillväxten av bakterier och Daphnia, och storleken och formen på partiklarna kan bidra till det, men nanopartiklarna påverkade inte zebrafisken," sa hon. "Och nanopartiklar belagda med lipider, organiska föreningar som finns i många naturliga oljor och vaxer, släppte inte några betydande mängder silverjoner - men de uppvisade den största toxiciteten för Daphnia magna, den känsligaste arten i mikrokosmos."
Sammantaget, sa Mackiewicz, visade studien att silvernanopartiklars form och ytkemi kan manipuleras för att uppnå specifika mål som är nödvändiga för att bättre förstå och mildra riskerna förknippade med silvernanopartiklar. En relaterad studie som väntar på publicering, tillade hon, visar att små, sfäriska nanopartiklar är mer giftiga än trianglar eller kuber.
Nanopartiklar är det senaste formatet, konstaterar Mackiewicz, för ett element som genom historien har använts för att begränsa spridningen av mänskliga sjukdomar genom att införlivas i föremål som används i vardagen. Dess tidigaste registrerade användning för terapeutiska ändamål går tillbaka 3 500 år.
Under medeltiden använde rika familjer så många silverkärl, tallrikar och andra produkter att de utvecklade blåaktiga hudmissfärgningar som kallas argyria, ett tillstånd som tros ha lett till termen "blått blod" som en beskrivning för medlemmar av aristokratin.
OSU-forskarna Bryan Harper och Arek Engstrom samarbetade med Mackiewicz och Harper i studien.
Mer information: Bryan J. Harper et al, Impacts of differentialt formade silvernanopartiklar med alltmer komplexa hydrofoba tiol ytbeläggningar i småskaliga laboratoriemikrokosmos, nanomaterial (2024). DOI:10.3390/nano14080654
Tillhandahålls av Oregon State University
