Testy ekotoxicity nanočástic Ag s modifikovaným povrchem v kultivačním médiu potlačujícím aglomeraci

Bc. Jakub Link

Diplomová práce

Testing toxicity of surface modified silver nanoparticles in culture medium suppressing agglomeration

Anotace:

Hlavním cílem předloţené diplomové práce bylo ověření moţnosti provedení testů ekotoxicity nanočástic stříbra (AgNPs) a nanočástic stříbra se sulfidizovaným povrchem (Ag@Ag2S-NPs) v koloidní formě na vybraném modelovém organismu (roupice druhu Enchytraeus crypticus) v prostředí agarózového gelu. Agar byl zvolen jako expoziční médium namísto umělé půdy nebo sedimentu zejména díky předpokladu, ţe při jeho vhodném postupu přípravy dojde k homogennímu rozptýlení testovaných nanočástic (NPs) v celém objemu testovací jednotky a rovněţ ke sníţení míry aglomerace NPs. Výsledky této práce by mohly napomoci zavést do ekotoxikologických laboratoří nový přístup pro testování různých typů NPs a sjednotit výchozí podmínky pro testování těchto látek napříč různými pracovišti zabývajícími se problematikou ekotoxicity nanomateriálů. V teoretické části diplomové práce je pojednáváno o pouţitém expozičním médiu (agar), problematice zavádění NPs do agaru popř. jiných hydrogelů a následné charakterizaci tohoto média, pouţitém modelovém organismu a testovaných NPs, včetně jejich predikovaných environmentálních koncentrací a ekotoxických účinků pro zástupce různých trofických úrovní. V experimentální části jsou uvedeny a diskutovány výsledky provedených testů ekotoxicity a doprovodných experimentů vztahujících se k těmto testům. Protoţe bylo u kovových NPs prokázáno několik mechanismů toxického účinku (např. uvolňování iontů z povrchu NPs) a v odborných kruzích existují diskuze, zdali toxické účinky tohoto typu NPs jsou důsledkem uvolňování kovových iontů z jejich povrchu nebo důsledkem zejména jejich velmi malých rozměrů, byla nejprve v prostředí agarózového gelu zjišťována toxicita Ag+ iontů (testováno ve formě AgNO3). V rámci provedených experimentů byl zaznamenán velice náhlý účinek AgNO3 na mortalitu testovacích organismů, kde došlo k změně z ţádné toxicity na totální mortalitu během nárůstu koncentrace o pouhých 9,6 mg Ag/kg agaru. Naproti tomu u obou typů testovaných NPs byla u zvolených koncentrací pozorována pouze slabá odezva modelových organismů, přičemţ maximální mortality (11,67 %) bylo dosaţeno u expozice modelových organismů koncentraci AgNPs odpovídající 100 mg Ag/kg agaru.

Abstract:

The main aim of this Diploma Thesis is to verify the possibility of carrying out tests of ecotoxicity of silver nanoparticles (AgNPs) and sulfidized silver nanoparticles (Ag@Ag2S-NPs) in colloidal form on the selected model organism (potworm Enchytraeuscrypticus) in agarose gel. The reason why agar was chosen as the exposure medium instead of artificial soil or sediment was mainly based on the assumption that if a suitable preparation procedure is used, the tested nanoparticles (NPs) will be homogeneously dispersed throughout the contents of the test unit, and agglomeration of the NPs will be reduced as well. The results of this thesis might help to establish a new approach for testing various types of NPs in ecotoxicological laboratories and unify the starting conditions for testing these substances across different departments dealing with the problem of ecotoxicity of nanomaterials. The theoretical part deals with the used exposure medium (agar), the issue of introducing NPs into agar and other hydrogels, as well as the characterization of this medium. It also deals with the used model organism and the tested NPs, including their predicted environmental concentrations and ecotoxic effects on the members of various trophic levels. The experimental part presents and discusses the results of the conducted ecotoxicity tests and the supporting experiments related to these tests. Due to the fact that several mechanisms of toxic effects had been proved for the metal NPs (e.g. ion release from the surface of the NPs), and there have been discussions among experts, whether the toxic effects of this type of NPs are caused by the release of metal ions from their surface or rather by their very small size, the first thing tested was the toxicity of Ag+ ions in agarose gel (tested in the form of AgNO3). Within the conducted experiments, a very sudden effect of AgNO3 was noted on the mortality of the test organisms with a shift from no toxicity to the total mortality during the increase of concentration by only 9,6 mg Ag/kg of agar. In contrast, only a weak response of model organisms was noted at the selected concentrations for both types of the tested NPs, whereas the maximum mortality (11,67 %) was achieved by exposure of model organisms to AgNPs concentration equivalent to 100 mg Ag/kg agar.

Klíčová slova

Agar, nanočástice, stříbro, sulfidace, ekotoxicita, roupice (Enchytraeus crypticus)

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 13. 4. 2017

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 6. 6. 2017
• Vedoucí: doc. Ing. Miloslav Pouzar, Ph.D.

Univerzita Pardubice

Fakulta chemicko-technologická

Magisterský studijní program / obor:
Chemické a procesní inženýrství / Ochrana životního prostředí