L'eau compte pour les nanoparticules de métal

Anonim

Lorsque vous achetez quelque chose, du maquillage à la peinture solaire, il y a de fortes chances qu'il contienne des nanoparticules d'ingénierie. Ces matériaux à l'échelle nanométrique ont des propriétés qui révolutionnent les produits - de la médecine à l'agriculture en passant par l'électronique. Mais finalement, ces nanoparticules atteindront des environnements naturels. Pour les utiliser en toute sécurité et à leur plein potentiel, nous devons savoir comment ils se comportent dans des environnements réels et si ce comportement entraîne des conséquences imprévues.

Greg Lowry, professeur d'ingénierie civile et environnementale à l'Université Carnegie Mellon, étudie le comportement des nanoparticules et leur impact sur l'environnement. L'une des façons dont les chercheurs ont étudié le devenir des nanoparticules consiste à suivre les nanoparticules d'or, car elles sont stables et faciles à trouver.

Lowry et Astrid Avellan, chercheuse postdoctorale, ont récemment fait une découverte décisive: les nanoparticules d'or se dissolvent dans les milieux d'eau douce lorsqu'elles entrent en contact avec des microorganismes présents sur les plantes aquatiques. Au cours du processus de dissolution, des ions d'or sont libérés, qui se comportent différemment des nanoparticules et peuvent être toxiques pour certains microorganismes. L'étude n'a pas mesuré la toxicité, ce qui ne signifie pas que les nanoparticules d'or sont nocives. En comprenant mieux leur comportement dans des environnements biologiquement actifs, les scientifiques peuvent en fin de compte utiliser ces connaissances pour concevoir de meilleurs nanomatériaux. Leurs résultats ont été publiés dans Nature Nanotechnology.

"Cette étude nous a permis d’apprécier l’importance des plantes et du microbiome des plantes dans la détermination du devenir des nanomatériaux manufacturés dans les environnements d’eau douce", a déclaré Lowry. "Ces plantes et les biofilms en général sont des puits importants pour les nanomatériaux et constituent un compartiment fascinant à étudier."

L'équipe a examiné exactement les causes de cette transformation et sa rapidité. Ils ont effectué leurs tests dans ce qu'on appelle un mésocosme, un environnement d'eau douce naturel contrôlé. Le mésocosme, situé au Centre pour les implications environnementales des nanotechnologies à l'Université Duke, contient des sols, des sédiments, de l'eau, des plantes, des insectes, des poissons et des micro-organismes qui vivent habituellement dans ces environnements naturels. Avellan et l'équipe de recherche ont libéré chaque semaine des nanoparticules d'or dans l'eau du mésocosme en quantités très faibles pour imiter les intrants à long terme à faible dose attendus des utilisations des nanomatériaux. Ils voulaient voir comment les nanoparticules se comporteraient dans un écosystème complexe, biologiquement actif. Après six mois, ils ont découvert que 70% de l'or s'accumulait avec les plantes aquatiques et que toutes les nanoparticules d'or s'étaient dissoutes et transformées en d'autres formes d'or. Lorsqu'ils ont examiné de plus près le biofilm ou une substance collante composée de bactéries et de micro-organismes présents dans les plantes, ils ont constaté que les micro-organismes libéraient du cyanure qui interagissait avec les nanoparticules d'or. Les nanoparticules d'or se sont dissoutes (ou ionisées) et ont formé de l'or et du cyanure avec d'autres complexes aurifères restés avec les plantes.

Les nanoparticules sont des agrégats d'atomes formant des particules entre un et cent nanomètres, soit un centième à un millième de l'épaisseur d'un cheveu humain. Leur taille confère de nouvelles propriétés à de nombreuses applications: ils pourraient mieux traiter l'eau, tuer les bactéries sur une plaie, créer des matériaux plus solides mais plus légers.

"Nous avons découvert que l'or s'accumulait comme un fou dans les plantes aquatiques, ce qui n'était pas ce à quoi nous nous attendions", a déclaré Astrid Avellan. "Donc nous avons creusé dans cela et avons trouvé que l'or était associé à ces plantes, mais ce n'était plus nanoparticulaire."

Il s'agit d'une avancée majeure car les nanoparticules d'or étaient considérées comme un matériau stable et ont souvent servi de traceur pour comprendre le comportement des nanomatériaux - si vous trouvez les nanoparticules, vous savez où les nanoparticules s'accumulent. Les résultats de cet article impliquent que même des nanoparticules de métal relativement inertes telles que l'or peuvent se dissoudre lorsqu'elles interagissent avec le biofilm dans des environnements aquatiques.

"Les interactions des nanomatériaux avec le phytobiome peuvent potentiellement être exploitées au profit de l'agriculture", a déclaré Lowry. "La communauté de la recherche commence seulement à comprendre le rôle du phtyobiome sur la productivité des plantes. Cette étude indique le potentiel de concevoir des nanomatériaux qui fonctionnent avec le phytobiome pour améliorer la productivité des plantes. Les interventions réussies en agriculture devront la nature."

Bien que les effets de la transformation de l'or doivent être étudiés davantage, il est possible qu'elle puisse être toxique pour certains organismes. Les ions pourraient également se déplacer plus rapidement et plus loin que les nanoparticules, se répartissant différemment dans les organismes et dans l'environnement. La bonne nouvelle est que les chercheurs ont découvert comment et pourquoi ils se dissolvent. Nous pouvons donc être intelligents quant aux utilisations et aux applications futures des nanoparticules, et même tirer parti de ce phénomène pour notre bénéfice.

"Maintenant, nous savons pourquoi et dans quelles conditions les nanoparticules d'or se dissolvent", a déclaré Avellan. "Nous pouvons donc utiliser ces connaissances et les utiliser à notre avantage pour concevoir de meilleurs matériaux."

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