Vliv fyzikálně-chemických vlastností nanomateriálů a expozičních médií na výsledky testů ekotoxicity

Abstract

Prezentovaná disertační práce se zabývá problematikou testování ekotoxicity nanomateriálů a definováním významných fyzikálně-chemických parametrů nanočástic a expozičních médií, které tyto testy ovlivňují. Práce je rozdělena do tří svébytných celků, které vzájemně propojuje typické chování nanomateriálů, které je pro ně a jejich osud v životním prostředí charakteristické. Počáteční část práce je zaměřena na syntézu a charakterizaci základních fyzikálně-chemických parametrů stříbrných nanočástic (Ag NPs) a jejich osudu v kapalných expozičních médiích. K tomuto účelu byly využívány techniky dynamického rozptylu světla (DLS), spektroskopie ve viditelné a ultrafialové části spektra (UV-Vis), mikroskopie atomárních sil (AFM), elektronové mikroskopie (SEM), rentgenové difrakční analýzy (XRD), optické emisní spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem (ICP - OES) a měření ζ-potenciálu koloidních systémů. Na charakterizační část navazují testy ekotoxicity Ag NPs ve vodných prostředích. K tomuto účelu byly použity vodní organismy hrotnatka velká (Daphnia magna), dánio pruhované (Danio rerio) a kapr obecný (Cyprinus carpio). Na nich bylo provedeno testování toxicity Ag NPs dle stávajících norem OECD, tak i za pomoci testů, které z norem OECD vycházejí, ale byly modifikovány s respektem ke zjištěným faktům z části charakterizační. Jelikož se aglomerační chování jeví jako jeden z hlavních problémů při testování ekotoxicity nanomateriálů ve vodných prostředích, zamýšlené modifikace měly za úkol snížit míru a rychlost aglomerace a získání monotónních závislostí dávka - účinek. Snaha potlačit aglomeraci nanočástic během terestrických testů vedla k využití agarového gelu jako kultivačního a expozičního média pro půdní organismy. Testování ekotoxicity bylo v tomto případě prováděno na roupici Enchytraeus crypticus a jako testovaný nanomateriál byly zvoleny nanočástice oxidu zinečnatého v práškové formě. Na nich byly ověřovány různé přístupy k provádění dispergace v expozičním médiu a na základě fyzikálně-chemické charakterizace vzorků bylo usuzováno na vztah mezi mírou aglomerace částic a jejich toxicitou pro pokusný organismus. Vyjma aglomerace jsou dalším procesem ovlivňujícím toxicitu nanočástic změny chemického složení jejich povrchu, které nastávají v důsledku interakce těchto částic se složkami životního prostředí. Další část práce je tedy věnována laboratorní modifikaci povrchu Ag NPs relevantní změně nanočástic v životním prostředí, jejich charakterizaci po přípravě i v expozičních médiích a buněčným testům. Ty byly provedeny na buňkách střevního epitelu pstruha duhového (Oncorhynchus mykiss) a byly koncipovány nejen jako porovnávací testy cytotoxicity, ale zároveň byly provedeny i experimenty schopnosti obou druhů těchto částic prostupovat skrz buněčné membrány do cytosolu a následně interagovat s důležitými buněčnými organelami.