Біологічні системи: теорія та інновації

Основні шляхи деградації наночастинок металів

С.К. Лопатько, В.М. Чайка
Завантажити статтю
Анотація

Швидкість розвитку нанотехнологій регулює виробництво препаратів у нанорозмірній формі, у тому числі наночастинок металів. У свою чергу, вони можуть потрапляти в сільськогосподарські угіддя різними шляхами. Отже, їх подальша роль в агроценозі є прерогативою сучасних досліджень. Тому, основним питанням на сьогодні залишається можливість руйнування продуктів нанотехнологій за рахунок як едафічних чинників так і продуктами метаболізму рослин та мікроорганізмів для уникнення їхнього накопичення у агрофітоценозах. Ця стаття представляє огляд, здебільшого зарубіжної літератури, для систематизації знань зі шляхів деградації, механізмів проникнення наночастинок у клітину та вплив на неї, їхнього подальшого транспортування тканинами та взаємодії наночастинок металів з довкіллям, в агробіоценозах. Фізикохімічні властивості наночастинок металів, (наприклад розмір, заряд, форма, покриття) та властивості ґрунту (наприклад рН, мінеральний склад, наявність органічних кислот та ін.) відіграють важливу роль у висвітленні питань розпаду, транспорту, мобільності та взаємодії нановмісних препаратів із ґрунтовими складовими. Головна роль у формуванні основної більшості морфологічних особливостей наночастинок металів, які є основою нановмісних препаратів, відіграє метод їхнього синтезу. Серед багатьох існуючих, зокрема, перетворення в плазму речовини шляхом випаровування, осадження порошків з розчинів на підкладках, газофазний синтез та інші, був виділений метод електроіскрового диспергування як найбільш сучасний та прогресивний, адже для детального аналізу ми маємо змогу вдосконалити процес синтезу нановмісних препаратів саме цим методом. За допомогою власного методу синтезу, регулюючи параметри нановмісних препаратів можна передбачити і уникнути потенційних ризиків використання нановмісних препаратів металів у фітоценозі та зменшити хімічне навантаження на грунт. Отже, головна мета цього огляду - оцінити можливості наночастинок металів до деградації, описати передумови до біодеградації та підкреслити основні принципи використання таких властивостей в агропромисловому комплексі

Ключові слова

наночастинки металів; біодеградація; розпад; біодоступність

ЦИТУВАТИ
Lopatko, S., & Chayka, V. (2022). The main ways for metal nanoparticles degradation. Biological Systems: Theory and Innovation, 13(2), 87-95. https://doi.org/10.31548/biologiya13(3-4).2022.061
Використані джерела

[1] Alshehri, M.A., Aziz, A.T., Trivedi, S. & Panneerselvam, C. (2020). Efficacy of chitosan silver nanoparticles from shrimpshell wastes against major mosquito vectors of public health importance. Green Processing and Synthesis, 9(1), 675-684. doi: 10.1515/gps-2020-0062.

[2] Alshehri, M.A., Aziz, A.T., Trivedi, S., & Panneerselvam, C. (2020). Efficacy of chitosan silver nanoparticles from shrimpshell wastes against major mosquito vectors of public health importance. Green Processing and Synthesis, 9(1), 675-684. doi: 10.1515/gps-2020-0062.  

[3] Andresen, E., Peiter, E., & Küpper, H. (2018). Trace metal metabolism in plants. Journal of Experimental Botany, 69(5), 909-954. doi: 10.1093/jxb/erx465.  

[4] Appa, C., & Nargund, V. B. (2020). Green synthesis of chitosan Based copper nanoparticles and Their Bio-efficacy against bacterial blight of pomegranate. International Journal of Current Microbiology and Applied Sciences, 9(1), 1298-1305. doi: 10.20546/ijcmas.2020.901.143.   

[5] Bian, S.W., Mudunkotuwa, I.A., Rupasinghe, T., & Grassian, V.H. (2011). Aggregation and dissolution of 4 nm zno nanoparticles in aqueous environments: Influence of pH, ionic strength, size, and adsorption of humic acid. Langmuir, 27(10), 6059-6068.  doi: 10.1021/la200570n.

[6] Borm, P., Klaessig, F.C., Landry, T.D., Moudgil, B., Pauluhn, J., Thomas, K., Trottier, R., & Wood, S. (2006). Research strategies for safety evaluation of nano-materials, part V: Role of dissolution in biological fate and effects of nanoscale particles. Toxicological Sciences, 90(1), 23-32. doi: 10.1093/toxsci/kfj084.  

[7] Cervantes-Avilés, P., Huang, X., & Keller, A. (2021). Dissolution and aggregation of metal oxide nanoparticles used as nano-enabled agricultural products at the root-soil interface. ACS Spring 2021. doi: 10.1021/scimeetings.1c00196.

[8] Chen, H. (2018). Metal based nanoparticles in agricultural system: Behavior, transport, and interaction with plants. Chemical Speciation & Bioavailability, 30(1), 123-134.  doi: 10.1080/09542299.2018.1520050.   

[9] Chouhan, N. (2018). Silver Nanoparticles: Synthesis, characterization and applications. Silver Nanoparticles – Fabrication, Characterization and Applications, 17-26. doi: 10.5772/intechopen.75611.  

[10] Duhan, J S., Kumar, R., Kumar, N., Kaur, P., Nehra, K., & Duhan, S. (2017). Nanotechnology: The new perspective in precision agriculture. Biotechnology Reports, 15, 11-23.  https://doi.org/10.1016/j.btre.2017.03.002.  

[11] Dyshlyuk, L., Babich, O., Ivanova, S., Vasilchenco, N., Atuchin, V., Korolkov, I., Prosekov, A. (2020). Antimicrobial potential of ZnO, TiO2 and SiO2 nanoparticles in protecting building materials from biodegradation. International Biodeterioration & Biodegradation, 146, article number 104821. https://doi.org/10.1016/j.ibiod.2019.104821.

[12] Elemike, E., Uzoh, I., Onwudiwe, D., & Babalola, O. (2019). The role of nanotechnology in the fortification of plant nutrients and improvement of crop production. Applied Sciences, 9(3), article number 499. doi: 10.3390/app9030499.  

[13] Huang, Y., Zhao, L., & Keller, A.A. (2017). Interactions, transformations, and bioavailability of nano-copper exposed to root exudates. Environmental Science & Technology, 51(17), 9774-9783. doi: 10.1021/acs.est.7b02523.  

[14] Khalid, F., et al. (2019). Mechanism of pollutants magnetized biodegradation in wastewater by some yeasts. (2019). International Journal of Science and Research, 5(3), 1599-1603.
Retrieved from https://www.researchgate.net/publication/337534302_Mechanism_of_Pollutants_Magnetized_Biodegradation_in_Wastewater_by_Some_Yeasts.    

[15] Lead, J.R., Batley, G.E., Alvarez, P.J., Croteau, M., Handy, R.D., McLaughlin, M.J., Schirmer, K. (2018). Nanomaterials in the environment: Behavior, fate, bioavailability, and effects – an updated review. Environmental Toxicology and Chemistry, 37(8), 2029-2063. https://doi.org/10.1002/etc.4147

[16] Manzanares, D., & Ceña, V. (2020). Endocytosis: The nanoparticle and submicron nanocompounds gateway into the cell. Pharmaceutics, 12(4), article number 371. doi10.3390/pharmaceutics12040371.   

[17] Miao, A.J., Zhang, X.Y., Luo, Z., Chen, C.S., Chin, W.C., Santschi, P.H., & Quigg, A. (2019). Zinc oxide-engineered nanoparticles: Dissolution and toxicity to marine phytoplankton. Environmental Toxicology and Chemistry, 29(12), 2814-2822. doi: 10.1002/etc.340.  

[18] Nanja, A.F., Focke, W.W., & Musee, N. (2020). Aggregation and dissolution of aluminium oxide and copper oxide nanoparticles in natural aqueous matrixes. SN Applied Sciences, 2(7).  doi: 10.1007/s42452-020-2952-4.     

[19] Nguyen, V.T. (2020). Sunlight-driven synthesis of silver nanoparticles using pomelo peel extract and antibacterial testing. Journal of Chemistry, 1–9. doi: https://doi.org/10.1155/2020/6407081  

[20] Pang, C., Zhang, P., Mu, Y., Ren, J., & Zhao, B. (2020). Transformation and cytotoxicity of surface-modified silver nanoparticles undergoing long-term aging. Nanomaterials, 10(11), article number 2255. doi: 10.3390/nano10112255.  

[21] Pappas, S., Turaga, U., Kumar, N., Ramkumar, S., & Kendall, J.R. (2017). Effect of concentration of silver nanoparticles on the uptake of silver from silver nanoparticles in soil. International Journal of Environmental and Agriculture Research, 3(5), 80-90. 
Retrieved from https://www.academia.edu/90408705/Effect_of_Concentration_of_Silver_Nanoparticles_on_the_Uptake_of_Silver_from_Silver_Nanoparticles_in_Soil.    

[22] Patel, P.R., Shaikh, S.S., & Sayyed, R.Z. (2018). Modified chrome azurol s method for detection and estimation of siderophores having affinity for metal ions other than iron. Environmental Sustainability, 1(1), 81-87.  doi: 10.1007/s42398-018-0005-3.

[23] Radetić, M., et al. (2017). Biodegradation of cotton and cotton/polyester fabrics impregnated with Ag/TiO2 nanoparticles in soil. Methods in Pharmacology and Toxicology, 281-296. doi: 10.1016/j.carbpol.2016.12.006.

[24] Su, S., & Kang, P.M. (2020). Systemic Review of biodegradable nanomaterials in nanomedicine. Nanomaterials, 10(4), article number 656. doi: 10.3390/nano10040656.   

[25] Tripathi, D. K., Shweta, Singh, S., Singh, S., Pandey, R., Singh, V. P., et al.  (2017). An overview on manufactured nanoparticles in plants: Uptake, translocation, accumulation and phytotoxicity. Plant Physiology and Biochemistry, 110, 2-12. doi: 10.1016/j.plaphy.2016.07.030.  

[26] Veklich, A., et al. (2020). Regulation of biological processes with complexions of metals produced by underwater spark discharge. In O. Fesenko, & L. Yatsenko (Eds.), Nanooptics and photonics, nanochemistry and nanobiotechnology, and their applications (pp. 283-306). Cham: Springer. doi: 10.1007/978-3-030-52268-1_23.  

[27] Xue, Y., Wang, J., Huang, Y., Gao, X., Kong, L., Zhang, T., & Tang, M. (2018). Comparative cytotoxicity and apoptotic Pathways induced by nanosilver in human liver HepG2 and L02 cells. Human & Experimental Toxicology, 37(12), 1293-1309. doi: 10.1177/0960327118769718.  

[28] Zakharchenko, S., Shydlovska, N., Perekos, A., Lopatko, K., & Savluk, O. (2020). Features of obtaining of plasma-erosion nanodispersed silver hydrosols and their bactericidal and fungicidal properties. Metallophysics and the Latest Technologies, 42(6), 829-851. doi: 10.15407/mfint.42.06.0829.