산화 아연 코팅
초록:
이 연구에서는 해양 복족류 티그리오푸스 자포니쿠스에 대한 6가지 산화아연 나노입자(ZnO-NP)의 급성 및 장기 독성에 대한 표면 코팅의 효과를 조사했습니다.
그러나 코페포드의 항산화 유전자 발현을 연구한 결과, 이러한 변화는 유체역학적 크기와 이온 용해에 의해 발생한다는 사실이 밝혀졌습니다. 급성 테스트에서는 소수성 입자가 친수성 입자보다 덜 유해했습니다.
메타데이터 분석과 테스트 결과, 코팅된 금속 관련 나노입자의 표면 코팅의 소수성과 밀도를 통해 독성을 예측할 수 있는 것으로 나타났습니다. 이 연구는 향후 위험 평가 및 관리를 개선하기 위해 코팅된 나노 입자의 코팅 특성으로부터 독성 예측에 대한 통찰력을 제공합니다.
소개:
적어도 한 치수가 100nm 미만인 산화아연(ZnO) 화합물은 산화아연 나노입자(ZnO-NP)로 알려져 있습니다. 자외선 차단, 전기 전도성, 박테리아 활성 및 광촉매 강도와 같은 최첨단 특성을 갖추고 있어 상업용 애플리케이션에 널리 사용될 수 있습니다 (R. W. S. Lai 외., 2021).
그러나 해양 생물에 대한 유해한 영향에 대한 세 가지 작용 메커니즘이 제안되었는데, 이온 독성, 활성 산소종(ROS)에 의한 산화, 응집체에 의한 물리적 접촉이 그것입니다.
ZnONP는 분산 및 자외선 차단 효과 개선과 같은 상업적 응용 분야에서 더 바람직한 특성을 얻기 위해 표면을 수정하는 경우가 많습니다 (R. W. Lai et al., 2018 ).
그러나 ZnO-NP의 고유한 물리화학적 특성, 독성 가능성, MOA 및 위험성으로 인해 위험성 평가 및 관리에 어려움이 있습니다.
이 연구는 이러한 나노 입자의 물리화학적 특성, MOA, 급성 및 만성 독성, 표면 코팅에 어떤 영향을 미칠 수 있는지 알아보고자 했습니다(Schneider et al., 2010).
서태평양에서 흔히 볼 수 있는 복족류의 일종인 티그리오푸스 자포니쿠스는 해양 무척추동물 먹이사슬의 물질 순환과 에너지 전달에 중요한 역할을 합니다. 이 조사에서 T. 자포니쿠스는 아연 이온(Zn-ION), 베어 산화아연 벌크 입자(ZnO-BK), 산화아연 나노 입자(ZnO-NP), 그리고 다양한 소수성의 실란 사슬 3개로 코팅된 ZnONP를 포함한 6가지 아연 관련 화합물에 노출되었습니다 (Boxall et al., 2007).
세 가지 주요 목표는 물리화학적 특성과 복족류의 산화 유전자 반응을 연결하여 주요 MOA를 식별하고 묘사하고, 6가지 아연 관련 화학물질의 물리화학적 특성을 특성화하며, 복족류에 대한 급성 및 만성 독성을 결정하는 것이었습니다(Yung et al., 2017).
- 먼저 5가지 ZnO-NP 분말의 표면 화학, 형태 및 기본 크기를 조사한 다음 유체 역학적 크기, 제타 전위, 이온 용해 및 ROS 생성을 조사했습니다.
- 물리화학적 특성 분석의 생산 및 배양 과정을 통해 6가지 테스트 화합물을 생성하고 7일 동안 보관한 후 노출했습니다. 24시간 및 96시간의 일반적인 급성 독성 시험에서는 12시간 이내에 부화한 T. 자포니쿠스 나우플리(12시간 이내 부화)와 암수 성충을 사용했습니다. 다섯 가지 테스트 농도가 사용되었습니다: 0.001, 0.01, 0.1, 0.5, 1 mg Zn/L. 코페포드 사망률은 매일 추적하여 내재적 개체 수 증가율을 계산하는 데 활용했습니다.
- 데이터 분석을 통해 여러 화합물의 물리화학적 특성 및 독성 평가지표와 각 테스트 화학물질에 대한 다양한 처리 농도를 평가했습니다. 중복 분석(dbRDA), 거리 기반 다변량 선형 모델(DISTLM), 순열 다변량 분산 분석(PERMANOVA)을 사용하여 코팅된 ZnO-NP의 표면 코팅 특성과 독성 사이의 연관성을 보여주었습니다.
베어 나노 입자와 비교했을 때, 코팅된 세 가지 ZnO-NP의 FT-IR 스펙트럼은 다양했으며, 이는 코팅이 표면에 공유 결합되어 있음을 나타냅니다. 여과된 인공 해수(FASW)에서 모든 나노 입자의 유체 역학적 크기는 맨 나노 입자와 코팅된 나노 입자의 1차 크기보다 훨씬 더 컸으며, 친수성 나노 입자는 맨 나노 입자에 비해 상당히 작았습니다 (Merdzan, Domingos, Monteiro, Hadioui, & Wilkinson, 2014).
5개의 테스트 입자에서 아연 방출은 일반적으로 0일부터 4일까지 증가했고, 4일부터 6일까지 정점을 찍은 후 6일부터 10일까지 안정적으로 유지되거나 약간 감소하여 7일 배양이 용출을 감지하는 데 적합하다는 것을 나타냅니다. 테스트 입자의 제타 전위는 크게 변하지 않았습니다(그림 1C; F4,10 = 2.97; p > 0.05).
21일간의 만성 독성 시험 결과, DZnO-NP와 Zn-ION을 제외한 모든 시험 화학물질에 대해 시험 농도가 증가함에 따라 코페포드 폐사율이 증가하여 1mg Zn/L에서 100% 폐사에 도달한 것으로 나타났습니다.
FASW를 사용한 대조군과 비교했을 때, 화학물질 노출은 일반적으로 조사된 두 생활 단계 모두에서 유충과 성충의 평균 발달 시간을 지연시켰습니다 (유충 단계와 성충 단계의 경우 각각 4.2일과 7.9일) (Wang, Wick, & Xing, 2009).
나우플리우스에서 코페포디테스까지의 발달 기간은 6가지 시험 화학물질의 농도가 증가함에 따라 길어졌지만, 농도에 따른 처리 간에는 통계적으로 유의미한 차이가 없었습니다. 이 연구에서 처리 그룹이 대조 그룹보다 번식 감소가 더 컸다는 사실은 코페포드가 부드러운 표적이라는 것을 보여줍니다 (Poynton et al., 2011).
코페포드의 고유 성장률(r)은 화학물질 농도가 증가함에 따라 감소했으며, 번식 방식과 유사한 방식으로 D-ZnO-NP의 영향을 가장 적게 받았습니다. (그림 2D).
일반적으로 6가지 테스트 화합물의 독성은 다양했지만, 친수성 ZnO-BK와 Zn-ION은 테스트 나노입자에 비해 더 높거나 동등한 수준의 독성을 나타냈습니다. 코팅 특성에 따라 6가지 화합물의 독성을 예측하기 위해 9개의 관련 연구가 사용되었습니다 (Huang, Aronstam, Chen, & Huang, 2010).
FASW에서 나노 입자의 물리적 특성은 코팅에 의해 크게 영향을 받는데, A-ZnO-NP는 표면 결함 농도와 반응성이 더 높고 ZnO-BK는 용해도가 더 높습니다.
D-ZnO-NP가 Zn-ION보다 약간 더 위험하다는 사실은 방출된 아연 이온이 이 입자의 유일한 작용 모드(MOA)가 아닐 수 있음을 시사합니다. 이 연구에서는 복족류의 산화 스트레스 반응을 이해하기 위해 여러 항산화 물질의 유전자와 그 동형체를 조사했습니다 (Laycock et al., 2016).
이 연구 결과는 아연 생체 축적이 테스트 입자의 유체 역학적 크기와 이온 용해에 영향을 받을 수 있음을 시사합니다. 소수성 코팅이 된 ZnO-NP는 친수성 코팅이 된 것보다 덜 위험하기 때문에 현재의 위험성 평가에서 그 위험성이 과소평가되고 있을 가능성이 있습니다 (Adam et al., 2016).
물 속의 기름(O/W)과 물 속의 기름(W/O)의 차이점에 대해 알아보려면 이 링크를 클릭하세요.
