Faktory ovlivňující ekotoxicitu průmyslově vyráběných nanomateriálů

Abstract

Produkce průmyslově vyráběných nanomateriálů v posledních letech kontinuálně roste, a proto je značná pozornost věnována hodnocení rizik spojených s jejich uvolňováním do životního prostředí. Nanomateriály vykazují celou řadu unikátních fyzikálně chemických vlastností, jimiž se odlišují od chemikálií rozpustných v příslušném médiu či složce životního prostředí i od hmotných objektů větších rozměrů. Tyto vlastnosti vedou ke specifickým typům chování a způsobují, že pro hodnocení toxicity nanomateriálů nelze využít existující metodiky OECD, ISO atd. V posledních letech lze zaznamenat snahy stávající metodiky pro testovaní toxicity v akvatickém či terestrickém prostředí modifikovat. V dostupné literatuře můžeme sice nalézt mnoho studií zabývajících se ekotoxicitou nanomateriálů, ale jejich výsledky jsou z důvodu stále chybějící standardizace a často nedostatečné charakterizace těžko porovnatelné a reprodukovatelné. Předložená disertační práce je zaměřena na problematiku testování ekotoxicity průmyslově vyráběných nanomateriálů. Konkrétně na vývoj metod testování ekotoxicity, které eliminují faktory ovlivňující správnost a reprodukovatelnost výsledků laboratorních testů. Disertační práce je rozdělena do tří tematických částí. První část práce se zabývá studiem faktorů ovlivňujících aglomeraci nanočástic ve vodném prostředí a vlivem stupně aglomerace na výsledky testů ekotoxicity. Je zde popsána námi vyvinutá metoda testování toxicity nanočástic v podmínkách řízené aglomerace, která je založena na periodické výměně média během testu ekotoxicity. Tento přístup byl ověřen v testu toxicity nanočástic stříbra na plůdku kapra obecného (Cyprinus carpio). V této části práce byl použit matematický model, popisující závislost velikosti aglomerátů na čase v kapalném médiu daných vlastností (koncentrace nanočástic, iontová síla). Pomocí tohoto modelu byla navržena frekvence výměny média tak, aby byl experimentální organismus vystaven vždy pouze aglomerátům, jejichž velikost nepřesahovala zvolenou hraniční hodnotu. Výsledky ekotoxikologického experimentu ukázaly významný vliv aglomeračního stavu na mechanismus účinku a výslednou toxicitu materiálu. V této části práce byla dále diskutována alternativní metoda popisu kinetiky aglomerace nanočástic založená na podobnosti s elektrosorpčními procesy. Podobnosti obou procesů byly ověřeny na případu aglomerace nanočástic stříbra a elektrosorpce thiosíranu sodného. I v terestrickém prostředí je aglomerace nanočástic častým jevem. Nehomogenní rozptýlení testovaného materiálu v expozičním médiu v kombinaci s únikovým chováním typickým pro některé půdní organismy vedou dále k nereprodukovatelným výsledkům prováděných testů. Také charakterizace nanočástic rozptýlených v půdní matrici je velice obtížným úkolem. Kvůli výše uvedeným skutečnostem se druhá část této práce zabývá ověřením použitelnosti agaru jako expozičního média při testech terestrické toxicity a dále optimalizací přípravy a charakterizace agarového expozičního média. Studie se zabývá toxicitou nanočástic oxidu zinečnatého na roupici Enchytraeus crypticus. V práci je kromě výhod spojených s využitím agaru diskutován také vliv způsobu vnášení částic do expozičního média na výsledný aglomerační stav a toxicitu částic. Dále je zde popsána námi navržená metoda pro stanovení obsahu zinku ve vzorcích biomasy E. crypticus a vzorcích agaru. Třetí část práce je zaměřena na zvýšení environmentální relevance experimentů prováděných v agarovém živném médiu a na studium vlivu modelových půdních složek na toxicitu nanomateriálů. Za tímto účelem bylo agarové médium modifikováno kaolinem, rašelinou, huminovými kyselinami a jejich kombinacemi. Tyto modifikace agaru nám měly umožnit snadno sledovat, jak jednotlivé půdní složky interagují s testovanými částicemi oxidu zinečnatého, jak tyto interakce ovlivňují výsledný stav materiálu v a s tím související změny v pozorované mortalitě roupic E. crypticus. Výsledky prezentované v předložené práci ukazují, že námi