Optimalizace a aplikace testů pro stanovení ekotoxicity nanomateriálů

Abstract

Tato práce se zabývá aplikací a optimalizací ekotoxikologických testů pro nanomateriály na bázi nulamocného nanoželeza (nZVI), které se využívají v sanačních technologiích. Po in situ aplikacích nZVI byl pozorován výrazný pokles toxicity kontaminovaného prostředí, avšak potenciálně negativní účinek nZVI na životní prostředí nebyl doposud dostatečně prozkoumán. Standardně používané testy se ukázaly jako nepoužitelné pro stanovení toxicity železných nanomateriálů. Charakteristické vlastnosti nZVI jako je vysoká nespecifická reaktivita a sorpce komplikují stanovení toxicity běžnými testy. Pro co nejlepší přiblížení toxického účinku nanomateriálů na životní prostředí byly testovány reálné koncentrace používané při sanacích (0,1 - 10 g/l). Tyto koncentrace však interferují se standardními testy. V této práci byla optimalizována nová metoda pro in vitro testování toxicity nZVI a odvozených nanomateriálů na zástupcích bakterií. Pomocí tohoto testu lze monitorovat hlavní toxický efekt nanomateriálů - oxidativní stres (OS). Při nerovnováze tvorby a odbourávání reaktivních forem kyslíku (i.e. OS) dochází k ireverzibilním změnám v biomolekulách organismů a tvorbě nežádoucích produktů. Malondialdehyd vzniklý peroxidací lipidů je jeden z markerů buněčného poškození vlivem OS. Právě tento toxický a mutagenní...

This thesis deals with optimization and application of assays for determination of ecotoxicity of nanomaterials based on nanoscale zero-valent iron (nZVI), which are used in remedial technologies. After in situ application of nZVI, a significant decrease in toxicity of polluted environment was detected; however, a potential negative effect of nanoparticles has not been sufficiently investigated yet. Standard used tests were found to be incompatible with nZVI for toxicity determination. Specific characteristics of nZVI, such as high reactivity and sorption, complicate determining the toxicity by routinely used ecotoxicity tests. Concentration ranging from 0,1 to 10 g/l that are used in practise for decontamination were tested. These concentrations resulted in formation of turbidity, which prevented the use of standard tests. In this work, a new method has been optimized for in vitro toxicity testing of nZVI and derived nanomaterials using bacteria. The principle of this assay is determination of oxidative stress (OS). The disbalance between formation and degradation of reactive oxygen species (i.e. OS) leads to irreversible changes in biomolecules of organisms and formation of undesirable products. A toxic and mutagenic product - malondialdehyde (MDA) is formed during lipid peroxidation and it is a...