طلاءات أكسيد الزنك

خلاصة :

تم في هذا العمل دراسة تأثيرات الطلاءات السطحية على السمية الحادة والطويلة المدى لستة جسيمات نانوية من أكسيد الزنك (ZnO-NPs) ضد مجدافيات الأرجل البحرية Tigriopus japonicus.

ومع ذلك، كشف التعبير الجيني المضاد للأكسدة في مجدافيات الأرجل أن هذه الاختلافات كانت ناجمة عن الحجم الهيدروديناميكي وانحلال الأيونات. في الاختبارات الحادة، كانت الجسيمات العارية والكارهة للماء أقل ضررًا من الجسيمات المحبة للماء.

كشف تحليل البيانات الوصفية ونتائج الاختبار التي توصلنا إليها أن الكارهة للماء وكثافة الطبقات السطحية للجسيمات النانوية المرتبطة بالمعادن المطلية يمكن استخدامها للتنبؤ بسميتها. ولتقييم المخاطر وإدارتها بشكل أفضل في المستقبل، يقدم هذا العمل نظرة ثاقبة للتنبؤ بسمية الجسيمات النانوية المطلية من خلال خصائص الطلاء الخاصة بها.

مقدمة :

تُعرف مركبات أكسيد الزنك (ZnO) التي لها بعد واحد على الأقل أقل من 100 نانومتر باسم جسيمات أكسيد الزنك النانوية (ZnO-NPs). إنها تتميز بصفات متطورة مثل الحماية من الأشعة فوق البنفسجية، والتوصيل الكهربائي، والنشاط البكتيري، وقوة التحفيز الضوئي التي مكنت من استخدامها على نطاق واسع في التطبيقات التجارية (RWS Lai et al., 2021) .

ومع ذلك، فقد تم اقتراح ثلاث آليات للعمل على آثارها الضارة على الحياة البحرية: السمية الأيونية، والأكسدة بواسطة أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS)، والاتصال الجسدي عن طريق التكتلات.

كثيرًا ما تم تعديل أسطح ZnONPs (RW Lai et al., 2018) لتحقيق المزيد من الصفات المرغوبة في التطبيقات التجارية، مثل تحسين التشتت وفعالية حجب الأشعة فوق البنفسجية.

ومع ذلك، فإن هذا يمثل صعوبات في تقييم وإدارة مخاطر ZnO-NP بسبب خصائصها الفيزيائية والكيميائية الفريدة، والسمية المحتملة، وMOA، والمخاطر.

سعت هذه الدراسة إلى معرفة كيف يمكن أن تتأثر الخصائص الفيزيائية والكيميائية لهذه الجسيمات النانوية، وMOAs، والسموم الحادة والمزمنة، والطلاءات السطحية (شنايدر وآخرون، 2010) .

يعد Tigriopus japonicus أحد الأنواع الشائعة من مجدافيات الأرجل الموجودة في غرب المحيط الهادئ، وهو أمر بالغ الأهمية لدورة المواد في السلسلة الغذائية البحرية المتوسطة القاعية ونقل الطاقة. في هذا البحث، تم تعريض T. japonicus إلى ستة مركبات مرتبطة بالزنك، بما في ذلك أيونات الزنك (Zn-IONs)، وجزيئات السائبة من أكسيد الزنك العارية (ZnO-BKs)، وجسيمات أكسيد الزنك النانوية (ZnO-NPs)، بالإضافة إلى ZnONPs مغلفة بثلاث سلاسل سيلاني متفاوتة الكارهة للماء (Boxall et al.، 2007) .

كانت الأهداف الثلاثة الرئيسية هي تحديد وتحديد MOAs الرئيسية من خلال ربط خواصها الفيزيائية والكيميائية مع الاستجابات الجينية المؤكسدة لمجدافيات الأرجل، وتوصيف الخواص الفيزيائية والكيميائية للمواد الكيميائية الست المرتبطة بالزنك، وتحديد سميتها الحادة والمزمنة لمجدافيات الأرجل (يونغ وآخرون ، 2017).

• تم فحص كيمياء السطح والتشكل والحجم الأولي لخمسة مساحيق ZnO-NP أولاً، ثم الحجم الهيدروديناميكي وإمكانات زيتا وانحلال الأيونات وإنتاج ROS.
• تم استخدام عمليات إنتاج وحضانة التوصيف الفيزيائي الكيميائي لإنشاء مركبات الاختبار الستة والاحتفاظ بها هناك لمدة سبعة أيام قبل التعرض. في اختبارات السمية الحادة النموذجية لمدة 24 و96 ساعة، تم استخدام T. japonicus nauplii (فقس خلال 12 ساعة) والبالغين من كلا الجنسين. تم استخدام خمسة تراكيز اختبارية: 0.001، 0.01، 0.1، 0.5، و1 ملغم من الزنك/لتر. تم تتبع وفيات مجدافيات الأرجل يوميا واستخدامها لحساب معدل النمو السكاني الجوهري.
• تم استخدام تحليل البيانات لتقييم الخواص الفيزيائية والكيميائية ونقاط النهاية السمية للعديد من المركبات بالإضافة إلى تركيزات المعالجة المختلفة لكل مادة كيميائية اختبارية. تم استخدام تحليلات التكرار (dbRDA)، والنموذج الخطي متعدد المتغيرات القائم على المسافة (DISTLM)، والتحليل متعدد المتغيرات التبادلي للتباين (PERMANOVA) لإظهار الارتباط بين خصائص طلاء السطح وسمية ZnO-NPs المطلية.

بالمقارنة مع الجسيمات النانوية العارية، تباينت أطياف FT-IR لثلاثة أكسيد الزنك المغلفة، مما يشير إلى أن الطلاءات كانت مرتبطة تساهميًا بالسطح. كان الحجم الهيدروديناميكي لجميع الجسيمات النانوية في مياه البحر الاصطناعية المفلترة (FASW) أكثر أهمية بكثير من الحجم الأولي للجسيمات النانوية العارية والمغلفة، حيث كانت الجسيمات النانوية المحبة للماء أصغر بكثير من الجسيمات العارية (ميرزان، دومينغوس، مونتيرو، هاديوي، ويلكنسون). ، 2014) .

زاد إطلاق الزنك من جزيئات الاختبار الخمسة بشكل عام من اليوم 0 إلى اليوم الرابع، وبلغ ذروته من اليوم الرابع إلى اليوم السادس، ثم ظل مستقرًا أو انخفض قليلاً من اليوم السادس إلى اليوم العاشر، مما يشير إلى أن فترة الحضانة لمدة 7 أيام ستكون مناسبة للكشف عن انحلالها. لم تختلف أي من إمكانات زيتا لجزيئات الاختبار بشكل كبير (الشكل 1C؛ F4،10 = 2.97؛ ص> 0.05).

أظهرت نتائج اختبار السمية المزمنة لمدة 21 يومًا لجميع المواد الكيميائية المستخدمة في الاختبار، باستثناء DZnO-NPs وZn-IONs، أن معدل وفيات مجدافيات الأرجل ارتفع مع زيادة تركيزات الاختبار ووصل إلى معدل وفيات 100% عند 1 ملجم Zn/L.

عند مقارنتها بالتحكم باستخدام FASW، تسببت التعرضات الكيميائية عمومًا في تأخير متوسط ​​وقت نمو مجدافيات الأرجل في كل من مراحل الحياة التي تم فحصها (4.2 و7.9 يومًا لمرحلة مجدافيات الأرجل ومرحلة البلوغ على التوالي) (Wang, Wick, & Xing ، 2009) .

أصبحت فترة التطور من النابليوس إلى مجدافيات الأرجل أطول مع زيادة تركيزات المواد الكيميائية الاختبارية الست، ولكن لم يكن هناك فرق ذو دلالة إحصائية بين المعالجات بتركيزات مختلفة. حقيقة أن مجموعات العلاج في هذه الدراسة شهدت انخفاضًا أكبر في التكاثر مقارنة بالمجموعة الضابطة توضح أن مجدافيات الأرجل كانت هدفًا سهلاً (Poynton et al.، 2011) .

انخفض معدل النمو الجوهري (r) للمجدافيات مع زيادة التركيز الكيميائي وكان الأقل تأثراً بـ D-ZnO-NPs بطريقة تذكرنا بكيفية تكاثرها. (الشكل 2D).

وبشكل عام، تباينت سمية مركبات الاختبار الستة؛ ومع ذلك، أظهرت ZnO-BKs وZn-IONs المحبة للماء مستويات أعلى أو مكافئة من السمية للجسيمات النانوية التي تم اختبارها. تم استخدام تسع دراسات ذات صلة للتنبؤ بسمية المركبات الستة بناءً على خصائص الطلاء الخاصة بها (Huang، Aronstam، Chen، & Huang، 2010) .

تتأثر الخصائص الفيزيائية للجسيمات النانوية في FASW بشكل كبير بالطلاءات، حيث تحتوي A-ZnO-NPs على تركيز أعلى لعيب السطح وتفاعلية، بينما تتمتع ZnO-BKs بذوبان أعلى.

حقيقة أن D-ZnO-NPs كانت أكثر خطورة بشكل هامشي من Zn-IONs تشير إلى أن أيونات الزنك المنطلقة قد لا تكون طريقة عمل هذه الجسيمات الوحيدة (MOA). لفهم استجابة الإجهاد التأكسدي في مجدافيات الأرجل، فحصت هذه الدراسة جينات العديد من مضادات الأكسدة وأشكالها الإسوية (Laycock et al., 2016) .

تشير النتائج إلى أن التراكم الحيوي للزنك قد يتأثر بالحجم الهيدروديناميكي والذوبان الأيوني لجزيئات الاختبار. نظرًا لأن ZnO-NPs ذات الطلاءات الكارهة للماء أقل خطورة من تلك ذات الطلاءات المحبة للماء، فمن الممكن أن يتم التقليل من الخطر من خلال تقييمات المخاطر الحالية (Adam et al., 2016).

للتعرف على الفرق بين الزيت في الماء (O/W) والماء في الزيت (W/O) انقر على هذا الرابط.