Ученые проследили путь наночастиц от растений до гусениц

В одном из самых комплексных лабораторных исследований в своей области ученые из Университета Райса проследили поглощение и накопление наночастиц квантовых точек от воды к корням растений, листьям растений и поедающим листья гусеницам.

Исследование, одно из первых, изучающих движение наночастиц по пищевым цепям, релевантным для человека, показало, что накопление наночастиц как в растениях, так и в животных значительно варьировалось в зависимости от типа поверхностного покрытия, нанесенного на частицы. Работа опубликована в журнале Американского химического общества Environmental Science & Technology.

Влияние покрытия на движение частиц

Ученые изучали поглощение флуоресцентных квантовых точек растением Arabidopsis thaliana (родственником горчицы, брокколи и капусты). Было исследовано, как различные поверхностные покрытия влияют на перемещение квантовых точек от корней к листьям и их накопление в листьях. Также изучалось поведение частиц, когда гусеницы капустной совки (Trichoplusia ni) поедали листья, содержащие квантовые точки.

Квантовые точки содержали кадмий, селен, цинк и серу. Их поверхность обрабатывали тремя разными полимерными покрытиями: положительно заряженным, отрицательно заряженным и нейтральным.

Эксперименты подтвердили, что нейтральные покрытия могут вызывать агрегацию наночастиц в крупные скопления, которые нелегко перемещаются от корней к листьям. Из трех типов частиц только частицы с заряженными покрытиями свободно перемещались по растению, и только отрицательно заряженные частицы полностью избегали агрегации. Тип покрытия также влиял на способность растений к биодеградации (разрушению) квантовых точек.

Влияние на гусениц и риск биоаккумуляции

Гусеницы, питавшиеся растениями, содержащими квантовые точки, набирали меньше веса и росли медленнее, чем гусеницы, питавшиеся чистыми листьями. Исследуя экскременты гусениц, ученые смогли оценить, могут ли кадмий, селен и интактные квантовые точки накапливаться в организмах животных. Покрытие снова сыграло важную роль.

Полученные данные позволяют предположить, что частицы с положительно заряженными покрытиями могут накапливаться в клетках и создавать риск биоаккумуляции — процесса, при котором концентрация вещества (как, например, ртути или ДДТ) увеличивается при движении вверх по пищевой цепи. Для наночастиц этот вопрос ранее оставался открытым.

Ученые подчеркивают, что необходимы дополнительные тесты для определения степени этого риска в более широком спектре экологических условий.