Revêtements à base d’oxyde de zinc

Résumé:

Les effets des revêtements de surface sur la toxicité aiguë et à long terme de six nanoparticules d’oxyde de zinc (ZnO-NP) contre le copépode marin Tigriopus japonicus ont été étudiés dans ce travail.

Cependant, l’expression des gènes antioxydants du copépode a révélé que ces variations étaient dues à la taille hydrodynamique et à la dissolution des ions. Dans les tests de toxicité aiguë, les particules nues et hydrophobes étaient moins nocives que les particules hydrophiles.

L’analyse des métadonnées et les résultats de nos tests ont révélé que l’hydrophobie et la densité des revêtements de surface des nanoparticules associées à des métaux peuvent être utilisées pour prévoir leur toxicité. Afin d’améliorer l’évaluation et la gestion des risques à l’avenir, ce travail donne un aperçu de la prédiction de la toxicité des nanoparticules enrobées à partir de leurs caractéristiques d’enrobage.

Introduction:

Les composés d’oxyde de zinc (ZnO) ayant au moins une dimension inférieure à 100 nm sont connus sous le nom de nanoparticules d’oxyde de zinc (ZnO-NP). Ils présentent des qualités de pointe telles que la protection contre les UV, la conductivité électrique, l’activité bactérienne et la force photocatalytique, qui ont permis de les utiliser largement dans des applications commerciales (R. W. S. Lai et al., 2021).

Cependant, trois mécanismes d’action ont été proposés pour expliquer leurs effets nocifs sur la vie marine : la toxicité ionique, l’oxydation par les espèces réactives de l’oxygène (ROS) et le contact physique par les agglomérats.

Les surfaces des ZnONP ont souvent été modifiées (R. W. Lai et al., 2018) pour obtenir des qualités plus souhaitables dans les applications commerciales, telles qu’une dispersion améliorée et une efficacité de blocage des UV.

Cela présente toutefois des difficultés pour l’évaluation et la gestion des risques liés aux ZnO-NP en raison de leurs caractéristiques physicochimiques uniques, de leur toxicité possible, de leurs modes d’action et des risques qu’ils présentent.

Cette étude a cherché à savoir comment les caractéristiques physicochimiques, les modes d’action, les toxicités aiguës et chroniques et les revêtements de surface de ces nanoparticules pouvaient être affectés(Schneider et al., 2010).

Espèce commune de copépode du Pacifique occidental, Tigriopus japonicus joue un rôle crucial dans le cycle des matières et le transfert d’énergie de la chaîne alimentaire méiobenthique marine. Dans cette étude, T. japonicus a été exposé à six composés associés au zinc, y compris des ions de zinc (Zn-IONs), des particules nues d’oxyde de zinc (ZnO-BKs), et des nanoparticules d’oxyde de zinc (ZnO-NPs), ainsi que des ZnONPs recouvertes de trois chaînes de silane de différentes hydrophobies (Boxall et al., 2007).

Les trois principaux objectifs étaient d’identifier et de délimiter les principaux MOA en reliant leurs propriétés physicochimiques aux réponses génétiques oxydatives des copépodes, de caractériser les propriétés physicochimiques des six produits chimiques associés au zinc et de déterminer leurs toxicités aiguës et chroniques pour les copépodes (Yung et al., 2017).

• La chimie de surface, la morphologie et la taille primaire de cinq poudres de ZnO-NP ont d’abord été examinées, puis la taille hydrodynamique, le potentiel zêta, la dissolution des ions et la production de ROS.
• Les processus de production et d’incubation de la caractérisation physico-chimique ont été utilisés pour créer les six composés testés et les conserver pendant sept jours avant l’exposition. Dans les tests typiques de toxicité aiguë de 24 et 96 heures, des nauplii de T. japonicus (éclos dans les 12 heures) et des adultes des deux sexes ont été utilisés. Cinq concentrations d’essai ont été utilisées : 0,001, 0,01, 0,1, 0,5 et 1 mg Zn/L. La mortalité des copépodes a été suivie quotidiennement et utilisée pour calculer le taux de croissance intrinsèque de la population.
• L’analyse des données a permis d’évaluer les propriétés physicochimiques et les effets toxiques de nombreux composés ainsi que différentes concentrations de traitement pour chaque produit chimique testé. Les analyses de redondance (dbRDA), le modèle linéaire multivarié basé sur la distance (DISTLM) et l’analyse de variance multivariée par permutation (PERMANOVA) ont été utilisés pour montrer l’association entre les propriétés du revêtement de surface et la toxicité des ZnO-NP revêtues.

Par rapport aux nanoparticules nues, les spectres FT-IR des trois ZnO-NP revêtues variaient, ce qui indique que les revêtements étaient liés de manière covalente à la surface. La taille hydrodynamique de toutes les nanoparticules dans l’eau de mer artificielle filtrée (FASW) était considérablement plus importante que la taille primaire des nanoparticules nues et enrobées, les nanoparticules hydrophiles étant considérablement plus petites que les nanoparticules nues (Merdzan, Domingos, Monteiro, Hadioui, & Wilkinson, 2014).

La libération de zinc par les cinq particules testées a généralement augmenté entre le 0e et le 4e jour, a atteint son maximum entre le 4e et le 6e jour, puis est restée stable ou a légèrement diminué entre le 6e et le 10e jour, ce qui indique qu’une incubation de 7 jours conviendrait pour détecter leur dissolution. Aucun des potentiels zêta des particules testées n’a varié de manière significative (figure 1C ; F4,10 = 2,97 ; p > 0,05).

Les résultats de l’essai de toxicité chronique de 21 jours pour tous les produits chimiques testés, à l’exception des DZnO-NPs et des Zn-IONs, ont montré que la mortalité des copépodes augmentait avec les concentrations d’essai et atteignait 100 % à 1 mg Zn/L.

Par rapport au contrôle utilisant le FASW, les expositions chimiques ont généralement retardé le temps de développement moyen des copépodes aux deux stades de vie examinés (4,2 et 7,9 jours pour le stade copépodite et le stade adulte respectivement) (Wang, Wick, & Xing, 2009).

La période de développement des nauplius aux copépodites s’est allongée avec l’augmentation des concentrations des six produits chimiques testés, mais il n’y avait pas de différence statistiquement significative entre les traitements à différentes concentrations. Le fait que les groupes traités dans cette étude aient connu un déclin plus important de la reproduction que le groupe de contrôle montre que les copépodes étaient une cible facile (Poynton et al., 2011).

Le taux de croissance intrinsèque (r) des copépodes diminue avec l’augmentation de la concentration chimique et est moins affecté par les D-ZnO-NPs, ce qui rappelle leur mode de reproduction. (figure 2D).

D’une manière générale, la toxicité des six composés testés était variable ; les ZnO-BK et les Zn-ION hydrophiles présentaient toutefois des niveaux de toxicité supérieurs ou équivalents à ceux des nanoparticules testées. Neuf études pertinentes ont été utilisées pour prévoir la toxicité des six composés sur la base de leurs caractéristiques de revêtement (Huang, Aronstam, Chen, & Huang, 2010).

Les caractéristiques physiques des nanoparticules dans le FASW sont significativement influencées par les revêtements, les A-ZnO-NP ayant une concentration de défauts de surface et une réactivité plus élevées et les ZnO-BK une dissolution plus importante.

Le fait que les D-ZnO-NPs soient marginalement plus dangereuses que les Zn-IONs suggère que les ions de zinc libérés ne sont peut-être pas le seul mode d’action de ces particules. Pour comprendre la réponse au stress oxydatif chez les copépodes, cette étude a examiné les gènes de plusieurs antioxydants et leurs isoformes (Laycock et al., 2016).

Ces résultats impliquent que la bioaccumulation du zinc peut être influencée par la taille hydrodynamique et la dissolution des ions des particules testées. Comme les ZnO-NP à revêtement hydrophobe sont moins dangereuses que celles à revêtement hydrophile, il est possible que le danger soit sous-estimé dans les évaluations actuelles des risques (Adam et al., 2016).

Pour en savoir plus sur la différence entre l’huile dans l’eau (O/W) et l’eau dans l’huile (W/O ), cliquez sur ce lien.