Aerosol-based techniques for distinguishing ion from nano toxicity

Abstract

Η διαρκώς αυξανόμενη παραγωγή προιόντων που περιέχουν νανοσωματίδια, εγείρει ιδιαίτερες ανησυχίες ως προς τις περιβαλλοντικές τους επιπτώσεις (Scown et al, 2010). Λόγω της μεγάλης ποικιλομορφίας των νανοσωματιδίων (ως προς το μέγεθος, τη σύνθεση και τη μορφολογία), απαιτούνται τυποποιημένες μέθοδοι για τον προσδιορισμό των επιπτώσεων τους στο περιβάλλον καθώς και για την εκτίμηση της τοξικότητας τους σε ζωντανά κύτταρα. Ως προς την εκτίμηση της τοξικότητας τους, υπάρχει έλλειψη μιας μεθόδου για την αξιολόγηση της (Oberdörster, 2005). Αυτό είναι εμφανές εξαιτίας των πολλών ερευνών, των οποίων τα αποτελέσματα έρχονται σε αντίθεση (Hamouda et al, 2000; Sondi και Salopek-Sondi, 2004).Σε αυτήν την πτυχιακή έγινε η εκτίμηση της τοξικότητας νανοσωματιδίων αργύρου και χρυσού, που παρασκευάστηκαν με τεχνικές αεροζόλ, σε βακτήρια. Σε σύγκριση με άλλες μεθόδους παραγωγής νανοσωματιδίων, οι τεχνικές αεροζόλ παρέχουν σωματίδια υψηλής καθαρότητας και καλύτερο έλεγχο του μεγέθους, της σύνθεσης και της μορφολογίας των σωματιδίων. Τα σωματίδια παράχθηκαν με δύο διαφορετικές τεχνικές: στη μία τα σωματίδια παράχθηκαν σε φούρνο ενώ στη δεύτερη στο spark. Και οι δυο τεχνικές παρέχουν σωματίδια διαφορετικών μεγεθών και συγκεντρώσεων. Η μέθοδος που χρησιμοποιήθηκε για την εκτίμηση της τοξικότητας των σωματιδίων, είναι η ίδια που χρησιμοποιείται για την εκτίμηση της ευαισθησίας ενός μικροοργανισμού σε αντιβιοτικό. Στα αρχικά πειράματα δεν παρατηρήθηκε κάποια τάση συσχέτισης του μεγέθους των σωματιδίων με την αντιβακτηριακή τους δράση. Αντιθέτως, όσων αφορά τη συγκέντρωση, υπήρξε μια μικρή αύξηση της τοξικότητας με την αύξηση της συγκέντρωσης. Στα μετέπειτα πειράματα δεν εμφανίστηκε καμία συσχέτιση μεταξύ μεγέθους/συγκέντρωσης και τοξικότητας. Σύμφωνα με αυτά τα αποτελέσματα, αποδεικνύεται ότι η συγκεκριμένη μέθοδος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για το διαχωρισμό της τοξικότητας λόγω ιόντων ή λόγω νανοσωματιδίων.

The increasing penetration of products containing engineered nanoparticles (ENPs) has raised many concerns with respect to their environmental impacts (Scown et al, 2010). Due to the high variability of ENPs (i.e., in size, morphology, and composition), determining their impacts requires standardized methods for measuring potential nanoparticle spills in the environment, as well as techniques for assessing their toxicity on living cells. With respect to the latter, to date there is lack of universal technique for assessing nanoparticle toxicity (Oberdörster, 2005). This is reflected by the vast number of works which in many cases report measurements that are contradicting one another (cf. Hamouda et al, 2000; Sondi and Salopek-Sondi, 2004). In this thesis I demonstrate the use of aerosol-based techniques for assessing the toxicity of ENPs on living cells. Compared to wet-chemistry techniques, generating test nanoparticles by aerosol-based methods has the advantage of higher purity, as well as of better control over their size, morphology and composition. For the experiments described here I generated Ag and Au nanoparticles (NPs) by two aerosol-based methods; the first one employed a tube furnace whereas the second one a spark discharge. These two techniques produced aerosols containing particles of different sizes and in different concentrations. The method employed to assess the toxicity of the NPs is the one that is used to assess the susceptibility of microorganisms in antibiotics. Although no apparent trends with respect to particles size are observed, whereas with respect to the particles concentrations in the preliminary experiments there was a small increase as the concentration increased and at the subsequent experiments no trends were observed; my results clearly demonstrate that this method can be employed to distinguish between ion and nano toxicity of ENPs.