Revestimientos de óxido de zinc

Resumen:

En este trabajo se investigaron los efectos de los recubrimientos superficiales sobre la toxicidad aguda y a largo plazo de seis nanopartículas de óxido de zinc (ZnO-NPs) contra el copépodo marino Tigriopus japonicus.

Sin embargo, la expresión del gen antioxidante del copépodo reveló que estas variaciones estaban causadas por el tamaño hidrodinámico y la disolución de iones. En las pruebas agudas, las partículas desnudas e hidrófobas fueron menos nocivas que las hidrófilas.

El análisis de metadatos y los resultados de nuestras pruebas revelaron que la hidrofobicidad y la densidad de los recubrimientos superficiales de las nanopartículas recubiertas asociadas a metales podrían utilizarse para predecir su toxicidad. Para mejorar la evaluación y gestión de riesgos en el futuro, este trabajo ofrece información sobre la predicción de la toxicidad de las nanopartículas recubiertas a partir de sus características de recubrimiento.

Introducción:

Los compuestos de óxido de zinc (ZnO) que tienen al menos una dimensión inferior a 100 nm se conocen como nanopartículas de óxido de zinc (ZnO-NPs). Presentan cualidades de vanguardia como la protección UV, la conductividad eléctrica, la actividad bacteriana y la fuerza fotocatalítica que han hecho posible su uso generalizado en aplicaciones comerciales (R. W. S. Lai et al., 2021).

Sin embargo, se han propuesto tres mecanismos de acción para sus efectos nocivos sobre la vida marina: toxicidad iónica, oxidación por especies reactivas del oxígeno (ROS) y contacto físico por aglomerados.

Con frecuencia se han modificado las superficies de las ZnONP (R. W. Lai et al., 2018) para conseguir cualidades más deseables en aplicaciones comerciales, como la mejora de la dispersión y la eficacia de bloqueo de los rayos UV.

Esto, sin embargo, presenta dificultades para la evaluación y gestión de riesgos de los ZnO-NP debido a sus características fisicoquímicas únicas, su posible toxicidad, sus MdA y su riesgo.

Con este estudio se pretendía conocer el impacto de estas nanopartículas en sus características fisicoquímicas, sus MdA, sus toxicidades agudas y crónicas y sus recubrimientos superficiales(Schneider et al., 2010).

Tigriopus japonicus, una especie común de copépodo del Pacífico occidental, es crucial para el ciclo de materiales y la transferencia de energía de la cadena alimentaria meiobentónica marina. En esta investigación, T. japonicus se expuso a seis compuestos asociados al zinc, incluidos iones de zinc (Zn-IONs), partículas de óxido de zinc desnudas (ZnO-BKs) y nanopartículas de óxido de zinc (ZnO-NPs), así como ZnONPs recubiertas con tres cadenas de silano de distintas hidrofobicidades (Boxall et al., 2007).

Los tres objetivos principales eran identificar y delinear los principales MOA conectando sus propiedades fisicoquímicas con las respuestas genéticas oxidativas de los copépodos, caracterizar las propiedades fisicoquímicas de los seis productos químicos asociados al zinc y determinar sus toxicidades agudas y crónicas para los copépodos(Yung et al., 2017).

• En primer lugar se examinaron la química superficial, la morfología y el tamaño primario de cinco polvos de ZnO-NP y, a continuación, el tamaño hidrodinámico, el potencial zeta, la disolución de iones y la producción de ROS.
• Se utilizaron los procesos de producción e incubación de la caracterización fisicoquímica para crear los seis compuestos de prueba y mantenerlos allí durante siete días antes de la exposición. En las pruebas típicas de toxicidad aguda de 24 y 96 horas, se utilizaron nauplios de T. japonicus (eclosionados a las 12 horas) y adultos de ambos sexos. Se utilizaron cinco concentraciones de prueba: 0,001, 0,01, 0,1, 0,5 y 1 mg Zn/L. Se realizó un seguimiento diario de la mortalidad de los copépodos y se utilizó para calcular la tasa intrínseca de crecimiento de la población.
• Se utilizó el análisis de datos para evaluar las propiedades fisicoquímicas y los puntos finales de toxicidad de muchos compuestos, así como diferentes concentraciones de tratamiento para cada sustancia química de ensayo. Se utilizaron análisis de redundancia (dbRDA), modelo lineal multivariante basado en la distancia (DISTLM) y análisis multivariante permutacional de la varianza (PERMANOVA) para mostrar la asociación entre las propiedades del recubrimiento superficial y la toxicidad de las ZnO-NPs recubiertas.

En comparación con las nanopartículas desnudas, los espectros FT-IR de las tres ZnO-NP recubiertas variaron, lo que indica que los recubrimientos estaban unidos covalentemente a la superficie. El tamaño hidrodinámico de todas las nanopartículas en agua de mar artificial filtrada (FASW) fue considerablemente más significativo que el tamaño primario de las nanopartículas desnudas y recubiertas, siendo las nanopartículas hidrofílicas considerablemente más pequeñas que las desnudas (Merdzan, Domingos, Monteiro, Hadioui, & Wilkinson, 2014).

La liberación de zinc de las cinco partículas de prueba aumentó en general del 0º al 4º día, alcanzó su punto máximo del 4º al 6º día y luego se mantuvo estable o disminuyó ligeramente del 6º al 10º día, lo que indica que una incubación de 7 días sería adecuada para detectar su disolución. Ninguno de los potenciales zeta de las partículas de prueba varió significativamente (Figura 1C; F4,10 = 2,97; p > 0,05).

Los resultados de la prueba de toxicidad crónica de 21 días para todas las sustancias químicas de prueba, excepto para las DZnO-NPs y los Zn-IONs, mostraron que la mortalidad de los copépodos aumentaba con el incremento de las concentraciones de prueba y alcanzaba el 100% de mortalidad a 1 mg Zn/L.

En comparación con el control mediante FASW, las exposiciones químicas provocaron en general un retraso del tiempo medio de desarrollo de los copépodos en las dos fases vitales examinadas (4,2 y 7,9 días para la fase de copépodito y la fase adulta, respectivamente) (Wang, Wick y Xing, 2009).

El período de desarrollo de nauplio a copepodito se alargó con el aumento de las concentraciones de los seis productos químicos de ensayo, pero no hubo diferencias estadísticamente significativas entre los tratamientos a diferentes concentraciones. El hecho de que los grupos de tratamiento de este estudio experimentaran un mayor descenso de la reproducción que el grupo de control demuestra que los copépodos eran un blanco fácil (Poynton et al., 2011).

La tasa de crecimiento intrínseca (r) de los copépodos se redujo con el aumento de la concentración química y fue la menos afectada por las D-ZnO-NPs, de un modo que recuerda a su forma de reproducción. (Figura 2D).

En general, la toxicidad de los seis compuestos de prueba varió; sin embargo, los ZnO-BK hidrófilos y los Zn-ION mostraron niveles de toxicidad superiores o equivalentes a los de las nanopartículas de prueba. Se utilizaron nueve estudios pertinentes para pronosticar la toxicidad de los seis compuestos en función de sus características de recubrimiento (Huang, Aronstam, Chen y Huang, 2010).

Las características físicas de las nanopartículas en FASW se ven influidas significativamente por los recubrimientos, teniendo las A-ZnO-NPs una mayor concentración de defectos superficiales y reactividad y las ZnO-BKs una mayor disolución.

El hecho de que las D-ZnO-NPs fueran marginalmente más peligrosas que los Zn-IONs sugiere que los iones de zinc liberados pueden no ser el único modo de acción (MOA) de estas partículas. Para comprender la respuesta al estrés oxidativo en los copépodos, este estudio examinó los genes de varios antioxidantes y sus isoformas (Laycock et al., 2016).

Los hallazgos implican que la bioacumulación de zinc puede estar influida por el tamaño hidrodinámico y la disolución iónica de las partículas de ensayo. Dado que las nanopartículas de ZnO con recubrimientos hidrófobos son menos peligrosas que las que tienen recubrimientos hidrófilos, es posible que se esté subestimando el peligro en las evaluaciones de riesgos actuales (Adam et al., 2016).

Para conocer la diferencia entre aceite en agua (O/W) y agua en aceite (W/O ), haga clic en este enlace.