Study the toxicological effect of nanosilver particle on biological and ecological systems

Document Type : Research Paper

Author

Abstract

The use of antibacterial property of nanosilver particles has significantly expanded and applied in a variety of products, consisting clothing, paints, plastics, food packaging, wound dressings, bandages, and household appliances such as refrigerators and washing machines. However, their use in animal feeding as prebiotics have been remained minimized, mostly because of the low cost antibiotics used as growth promoters. After the ban of this practice, silver compounds appear as a potential alternative to other products already in use. The results of different studies with different species revealed that Ag NPs had no negative impact on their growth and development. Our works at Shahid Bahonar University of Kerman using 0.5, 1 and 1.5 ppm Ag NPs in water improved the number of lactic acid bacteria without any negative impact on broiler performance. However, the major concerns about the safe use of additive in animal feeding are its effective role as antimicrobial, acting selectively over potential pathogens but not over symbiotic microbial communities; a low toxic effect over the animal and its human consumer; and a low risk of environmental pollution. Despite the growth of commercialization of Ag NPs, little is known about the environmental effects of the widespread use of the products containing AgNPs. As low as just a few ng L−1, can affect prokaryotes, invertebrates and fish indicating a significant potential risk to the environment. Mechanisms of toxicity are still poorly understood although it seems clear that in some cases nanoscale specific properties may cause biouptake and toxicity above that caused by the dissolved Ag ions. The present study reviews the proceeding research works on toxcicity of Ag NPs along with some recommendations for better understanding of the role of nanoscale silver particles in environmental and ecotoxicological researchs.

Keywords

Full Text

بررسی اثر مسمومیت زایی نانو ذره نقره بر سیستم­های زیستی و اکولوژیکی

نعمت ضیائی*

استادیار بخش مهندسی علوم دامی دانشکده کشاورزی دانشگاه جیرفت

تاریخ دریافت: 05/08/1391، تاریخ پذیرش: 17/04/1392

چکیده

نانونقره به­دلیل خواص ضد باکتریایی، به­طور گسترده­ای در بسیاری از محصولات شامل: لباس، رنگ­ها، پلاستیک­ها، ظروف نگهداری غذا، باند­های زخم، لوازم بهداشتی و وسایل و لوازم خانگی از قبیل یخچال و ماشین لباسشویی استفاده شده است. اما به­دلیل پایین بودن قیمت  آنتی­بیوتیک­ها، نانونقره در تغذیه دام و طیور به­عنوان محرک رشد کمتر استفاده شده­است. اخیرا با توجه به ممنوعیت استفاده از آنتی­بیوتیک­های محرک رشد در تغذیه دام و طیور استفاده از مواد جایگزین مانند ترکیبات نانونقره مورد توجه قرار گرفته­است. نتایج آزمایشات مختلف روی طیور نشان داده است که ترکیبات نانو نقره اثر منفی بر رشد و توسعه این گونه­ نداشته­است. نتیجه آزمایش ما در دانشگاه شهید باهنر کرمان که روی جوجه های گوشتی در فازهای مختلف تولیدی انجام شد نشان داد که   استفاده از سطوح مختلف نانو نقره (ppm  5/1 و 1و 5/0) در آب آشامیدنی طیور اثر منفی بر عملکرد جوجه ها نداشت ولی بطور معنی­داری تعداد باکتری­های مفید روده یعنی باکتری­های اسید لاکتیک را افزایش داد. با این حال نگرانی­هایی در رابطه با استفاده این مواد بعنوان مواد ضد باکتریایی وجود دارد. زیرا این مواد در بافت های مختلف حیوان ذخیره شده و پتانسیل مسمومیت زایی برای حیوان و انسان را داشته و همچنین ممکن است باعث آلودگی محیط زیست هم بشوند. علیرغم توسعه تجارتی استفاده از نانو نقره در محصولات مختلف اطلاعات اندکی در رابطه با اثرات زیست محیطی این مواد وجود دارد. زیرا که مقادیر اندک این مواد در حد نانو گرم در لیتر می­تواند زندگی پروکاریوت­ها، بی­مهرگان و ماهی­ها را تحت تاثیر قرار داده و باعث آلودگی محیط زیست هم بشود. با توجه به اینکه ساز­و­کارهای مسمومیت­زایی این مواد هنوز بخوبی روشن نیست، مطالعه حاضر نتایج حاصل از تحقیقاتی که در زمینه مسمومیت­زایی نانوذرات نقره در گونه­های مختلف جانوری انجام شده را بررسی و پیشنهادات و راه حل­هایی را برای درک بیشتر نقش نانو نقره در مسمومیت زایی و آلودگی های زیست محیطی ارائه می­کند.

کلمات کلیدی: نانوذرات نقره، اثرات مسمومیت زایی، آلودگی سیستم های زیستی و اکولوژیکی.

 

مقدمه

نانو ذرات، ذراتی حداقل دارای یک بعد بین 1 و 100 نانو متر، خواص منحصر به فرد فیزیکی و شیمیایی دارند که باعث افزایش ویژگی­های مغناطیسی، الکتریکی، اپتیکی، مکانیکی و ساختاری این ذرات در مقایسه با مواد کپه ای شده است. به­هرحال نانوذرات به دلیل خصوصیات ذکر شده به طور روز­افزون در محصولات جدید استفاده می­شوند که این کاربردها نگرانی­هایی در رابطه با احتمال آسیب به انسان و محیط زیست را به­وجود می­آورد. به عنوان مثال، افزایش چشمگیر سطح به حجم نانوذرات، باعث افزایش ویژگی­های سطحی و در نتیجه باعث افزایش میل ترکیبی این ذرات با سرم، بزاق، موکوس یا اجزای مایع شش­ها می­شود. بنابراین، این نگرانی که نانوذرات ممکن است از طریق راه­های غیر قابل پیش­بینی با سیستم­های زیستی واکنش نشان دهد  (Oberdorster et al., 2005; Landsiedel et al., 2010; Maynard et al., 2011) وجود دارد.  اگر چه تحقیقات کمی در رابطه با مسمومیت­زایی نانوذرات به چاپ رسیده است، اما به دلیل این­که مطالعات انجام شده بدون مشخصه یابی و شرح کامل نانوذرات بوده و این نانوذرات در شرایط آزمایشگاهی استفاده شده است، هنوز مشکل است که بتوان یک نتیجه قطعی در رابطه با مسمومیت­زایی نانوذرات گرفت.

مطالعات انجام شده توسط کمیته علمی کمیسون اروپایی نشان داده است که نانو ذرات ممکن است خصوصیات مسمومیت­زایی مختلفی  نسبت به مواد حجمی داشته باشند، اما خطرها و آسیب­هایشان باید مورد به مورد بررسی شود (Scenhir, 2006& 2009).

هر ساله هزاران تن نانوذرات گوناگون ساخته می­شوند که قسمت وسیعی از آن­ها به محیط زیست وارد شده و در دسترس موجودات زنده قرار می­گیرد. به علاوه، کاربردهای زیست پزشکی این نانوذرات به زودی برای انسان توسعه می­یابد، بنابراین بررسی دقیق بر روی مسمومیت­زایی نانوذرات ضروری به نظر می­رسد.

 

واکنش­های نانوذرات با سیستم­های زیستی

همان­طور که میزان آب­دوستی، چربی­دوستی و فعالیت کاتالیستی نانوذرات به دلیل ترکیبات شیمیایی آن غیر قابل پیش بینی است، داده­های مربوط به مسمومیت­زایی مواد کپه ای به آسانی نمی­تواند به مواد نانوساختار نسبت داده شود. ترکیب، ساختار الکترونی، قابلیت پیوند، پوشش سطح نمونه، حل شوندگی و رفتار واکنش پذیری با عوامل محیطی (پرتو فرابنفش، فراصوت و گرما) از دیگرخصوصیات نانوذرات هستند که باعث غیرقابل پیش بینی بودن سازوکار­های ترکیب نانومواد با بافت­های زیستی می­شود. بنابراین ارزیابی سمی بودن نانوذرات که بنام روش "ان پی تیلرورد[1] " معروف است ضروری به­نظر می­رسد. این ارزیابی مسمومیت­زایی باید شامل مطالعات آزمایشگاهی[2] و کار با موجودات زنده[3] باشد. در سم شناسی، دز یعنی مقدار ماده و مدت زمانی­که موجود در معرض آن قرار می­گیرد، میزان و شدت تغییر زیستی ایجاد شده را تعیین می­کند. در مواد حجمی جرم و در مواد نانو ساختار مساحت سطح نانو ذره مناسب­ترین روش اندازه گیری دز مؤثر می­باشد (Nel et al., 2009). علاوه بر این، ساختار سطحی، حل شوندگی، انباشتگی و شکل نانو ذرات از عواملی هستند که در رابطه با سم شناسی نانو ذره اهمیت دارند.  اثرات ایمنی  نانوذرات با کاهش اندازه ذرات و افزایش مساحت سطحی ذره افزایش می­یابد (Samuelsen et al., 2009).

نتایج آزمایشات انجام شده با اکسید تیتانیوم نشان می­دهد که نانو ذرات به­طور معنی داری التهاب و سمیت بیشتری نسبت به ذرات معمولی ایجاد می­کنند. به­هرحال، هنگامی­که دزها برای سطح ذرات بهنجار شوند، نانوذرات در مقایسه با ذرات معمولی التهاب و مسمومیت ملایم­تری ایجاد خواهند کرد(Park et al., 2009).  داده­های مربوط به آسیب­های شش­ها نشان می­دهد که نانو ذرات اکسید تیتانیوم نسبت به ذرات معمولی آن بیشتر به نایژه­ها وارد می­شوند(Sager et al., 2009). نانو­لوله­های کربنی همانند نانو ذرات دارای ابعاد نانو بوده و سطح نسبی بزرگتری داشته  و بنابراین ممکن است پاسخ­های آلرژی­زایی را بیشتر افزایش دهند. مطالعات روی انسان و حیوان پیشنهاد می­کند که نانو ذرات از طریق آلوئل­ها وارد بدن شده و از طریق سیستم گردش خون در کل بدن از یک مسیر غیرقابل پیش­بینی منتشر می­شوند et al., 2009) (Di Gioacchino، آن­ها همچنین می­توانند از طریق پوست و مسیر انتقال خون به مغز و جفت عبور کرده و باعث التهاب و دانه­ای شدن شش­ها شوند (Amato 2005). جذب، پخش، متابولیسم، تجمع و دفع، همچنین بستگی به خواص فیزیکی- شیمیایی نانوذرات دارد(Nel et al., 2006; Nel et al., 2009) . در حال حاضر فرضیه مشترک پذیرفته شده در باره مسمومیت ناشی از نانوذرات، تولید  مقدار زیادی مواد فعال کننده اکسیژن می باشد(Nel 2005; Nel et al., 2009) که منجر به افزایش مقدار مواد اکسید کننده­، حالتی­که مقدار گلوتاتیون احیا شده (GSH) کاهش ومقدار اکسید شده (GSSG) آن افزایش می­یابد، می­شود.

برای پیش بینی احتمال آسیب شناسی فیزیولوژیکی باید مقدار تنش اکسایشی[4] تولید شده توسط نانوذرات را ارزیابی کرد. درحقیقت در صورت تخلیه مقدار معینی از GSH (افزایش نسبت GSH/GSSG) سلول راه­های فرعی محافظت کننده را فعال کرده که این منجر به تولید آنزیم­های آنتی اکسیدانتی و سم زدایی می­شود.(Talalay et al., 1995)  کاهش بیشتر مقدار GSH باعث فعالیت سیگنال­های آبشاری پیش-التهابی[5] شده، حالتی که راه را برای توسعه سرطان (Mantovani 2010)  و یا مرگ سلولی برنامه ریزی شده هموار می کند (Nel et al., 2006). نتایج مطالعات مختلف آزمایشگاهی سم­شناسی نانو با استفاده از  نانوذرات کبالت نشان داده است که این نانوذرات می­تواند وارد لوکوسیت انسان شده و با DNA ترکیب شده، منجر به مسمومیت ژنتیکی شود (Colognato et al., 2008). مسمومیت ژنتیکی و جابجایی مورفولوژیکی همچنین در فیبروبلاست های Balb/c 3T3 مشاهده شده است et al.,2009)   (Ponti.

این اثرات به­نظر می­رسد مربوط به آزاد شدن Co2+ از محلول نانوذرات کبالت باشد. تخریب سلول­ها توسط نانوذرات Co3O4 بستگی به غلظت و مدت زمان تماس سلول با این ذرات دارد، اگرچه این اثر کمتر از یون­های کبالت می­باشد،  برعکس یون کبالت باعث تحریک سریع ROS می­شود.  نانو ذرات  Co3O4 خیلی سریع وارد سلول شده و در ویزکل­های سیتوپلاسم باقیمانده و یا ممکن است به مقدار کمتری به هسته سلول نیز وارد شود (Papsi et al., 2009). نانوذرات آلیاژ کبالت کروم مسمومیت را به DNA فیبروبلاست وارد می­کنند که این موضوع با آسیب اکسایشی تسهیل می­شود (Schins & Knaapen 2007). همچنین این مواد باعث افزایش آنوپلوئیدی و کاهش چرخه سلولی می­شوند et al., 2007)  .(Papageorgiou  اخیرا فرض شده است که نانوذرات می توانند از طریق یک سد سلولی[6] باعث آسیب غیر مستقیم DNA شود .(Bhabra et al., 2009)  اثرات ایجاد شده توسط نانو ذرات بسیار پیچیده می­باشد برای مثال نتیجه یک مطالعه روی نانوذرات فلزی کبالت و نیکل نشان داده­است که اثر مسمومیت زایی این مواد به غلظتشان در سلول­های اندوتلیال انسان بستگی دارد .(Peters et al., 2007)همچنین آزمایشات نشان داده است که شکل ذرات با مسمومیت­زایی مرتبط است et al., 1986) (Davis. اخیرا پژوهشگران دریافته­اند که نانولوله­های کربنی،  که دارای نسبت طول به عرض و مقاومت زیستی بالایی بوده، می­توانند همانند ماده آزبست­، آسیب های پاتوژنتیکی زیادی از طریق سازوکاری که در­گیر تخریب فاگوسیتوز، التهاب و یا تولید رادیکال­های آزاد می­باشد به بافت­های موش­ها وارد کنند 2008)  Kane & Hurt et al.,2008;  .(Poland

همچنین واکنش بین نانو­ذرات و سیستم ایمنی نیزگزارش شده است. تزریق زیر جلدی ذرات کوانتومی و تجمع آن ها در گره­های لنفاوی ) 2004 et al., (Kim، جایی­که آنها توسط ماکروفاژها و سلول­های دندریتی­ جذب و فرایند شده و با پروتئین­های خودی ترکیب می شوند، پاسخ­های ایمنی را تغییر داده و خاصیت ضد ژنتیکی و حتی سیستم خود ایمنی نیز عوض کند.

 

مطالعات انجام شده بر روی مسمومیت زایی نانوذرات نقره

یکی از نانوذراتی که امروزه به صورت گسترده­ای در محصولات تجاری استفاده می­شود، نانوذرات نقره  (AgNPs)می­باشد. مطالعات پژوهشگران نشان داده است که یون نقره Ag+ از فعالیت آنزیم­های مؤثر در چرخه عناصر فسفر، گوگرد و نیتروژن در باکتری­های تثبیت کننده نیتروژن جلوگیری می­کند 1999) (Ratte. علاوه بر این، یون نقره می­تواند همانند سازی DNA را مختل کرده و از تنفس باکتریایی و سنتز ATP جلوگیری کند (Kumar et al., 2005). طیف ضد میکروبی نقره گسترده است و گزارش شده است که نقره بر علیه بسیاری از واریته های ویروس ها مؤثر می­باشد  .(Han et al., 2005) یون­های نقره همچنین اثرات ضد قارچی و ضد جلبکی دارد 1999) (Ratte. بنابراین، به دلیل فعالیت ضد میکروبی علیه بسیاری از میکروارگانیسم ها این مواد در محصولات پزشکی از قبیل باندها، منسوجات و وسایل خانگی به­کار می­روند .(Marambio-Jones & Hoek 2010)  به­علت پایین بودن قیمت نسبی ساخت نانو نقره 2004)   (Capek این ماده بطور وسیعی در مواد نانو ساختار استفاده شده است (جدول 1).

همچنین تحقیقات نشان داده است که نانو نقره پتانسیل تاثیر بر فلور میکروبی دستگاه گوارش را داشته و اندازه جمعیت نوعی از باکتری­های این دستگاه را تحت تاثیر قرار می­دهد   .(Sawosz et al., 2007) در حال حاضر مدرکی دال بر تاثیر منفی نانو نقره به­کار رفته در محصولات بر روی انسان وجود ندارد. اما محصولات حاوی نانو نقره ممکن است باعث حل شدن نقره شده و نانو ذرات نقره وارد محیط شده و در محیط باقیمانده و باعث تجمع این ذرات در محیط زیست می­شود (Benn & Westerhoff 2008; Geranio et al., 2009; Gottschalk et al., 2009; WoodrowWilson 2009).     در بین نانو ذرات، یون نقره Ag+ یکی از سمی­ترین شکل های نقره درآب می­باشد 1999) (Ratte.

برای مثال در سیستم های آب­های شیرین سولفید و مواد آلی، به­دلیل بالا بودن میل ترکیبی نقره، می­تواند قابل دسترس بودن زیستی نقره را کاهش بدهد. در سیستم­های آب شور کمپلکس کلریدی نقره به­طور زیادی قابل دسترس بوده و شکل اولیه این ترکیب در آب­هایی با شوری بیشتر از 3 می­باشد .(Luoma et al., 1995; Luoma 2008)   نسبت جذب کمپلکس­های کلریدی به­وسیله ماهی در مقایسه با یون آزاد Ag+ سریع نیست، اما غلظت این کمپلکس­ها خیلی بیشتر از غلظت یون آزاد Ag+ در بیشتر سیستم­های آبی می­باشد. بنابراین در شرایط مساوی آلودگی، احتمالا موجودات آبزی دریایی یون نقره بیشتری نسبت به موجودات آبزی آب­های شیرین در خود ذخیره می­کنند (Luoma, 2008).

 

 

 

جدول1- محصولات عمده حاوی نانو نقره موجود در بازار.

Table 1- Major products in the market containing AgNPs (from Woodrow Wilson Database, March 2010).

محصولات حاوی نانو نقره

 (Nano-Ag containing products)

درصد

 (Percentage)

کرم و لوازم آرایشی

   (Creams and cosmetics items)

32.4

مکمل های بهداشتی

(Health supplements)

4.1

لباس و منسوجات

 (Textiles and clothing)

18.0

فیلتر های آب و هوا

 (Air and water filters)

12.3

لوازم خانگی

 (Household items)

16.4

دترجنت ها

 (Detergents)

8.2

سایر

 (Others)

8.6

 

 

وارد شدن نانو ذرات نقره به محیط زیست

در حال حاضر در کل دنیا تولید نانو ذرات نقره در حدود 500 تن در سال برآورد می­شود(Mueller & Nowack 2008)  و افزایش پیوسته­ای در حجم ساخت این مواد برای سال­های آینده پیش­بینی می­شودet al., 2008)  (Boxall. نانو ذرات نقره از راه­های مختلف شامل: مراحل ساخت، استفاده نانو ذرات در کالاها، استفاده از کالاهای حاوی نانو ذرات، در هنگام بازیافت و دور انداختن کالاهای حاوی نانوذرات نقره، ممکن است وارد محیط زیست شود .(Köhler et al., 2008) فقط در جریان پسماندها، حتی اگر روش های پیشرفته تصفیه فاضلاب در دسترس باشند، قسمت عمده نانو نقره تخلیه شده و ممکن است وارد فاضلاب شود et et al., 2008) (Blaser.  در کشورهای بریتانیا و آمریکا، قسمت عمده فاضلاب تولید شده به­عنوان کود در خاک های کشاورزی استفاده می شود et al., 2003) (Nicholson، اما سایر کشورها این پسماندها را می­سوزانند (Gottschalk et al., 2009) . روش از بین بردن این مواد، مقدار نانوذرات نقره ای که وارد هر قسمت از محیط زیست می شود را به صورت جدی تحت تاثیر قرار خواهد داد. نتایج تحقیقات نشان داده است که نانو مواد استفاده شده در کالاهای مصرفی در آب های سطحی تجمع خواهد یافت  (Benn TM, Westerhoff 2008; Kaegi et al., 2008)     و افزایش نمایی به­دلیل استفاده زیاد و در پی آن سطح تخلیه این مواد پیش­بینی می­شود .(Mueller & Nowack2008;  Luoma 2008; Gottschalk et al., 2009; Geranio et al., 2009)     به­هر حال به­دلیل نبود اعتبار آزمایشات، به این آمار و ارقام، باید با احتیاط عمل شود. نتایج آزمایشات و استفاده از مدل­های پیش­بینی  غلظت­های محیطی این مواد، در اروپا در آب های سطحی 5/0 تا 2 نانو گرم بر لیتر، در فاضلاب های تصفیه شده 32 تا 111 نانو گرم بر لیتر و در فاضلاب ها 3/1 تا 4/1 میلی گرم در کیلو گرم برآورد شده­است)  (Gottschalk et al., 2009. در حال حاضر بسیار مشکل است که بتوان میزان تولید، آزاد شدن و ضرایب جریان ورود نانوذرات نقره  (Mueller & Nowack2008) را به­دلیل عدم وجود  آمار کاملی از محصولات حاوی نانو مواد و عدم کنترل و اطلاعات اندک در زمینه حمل و نقل، به محیط زیست را تخمین زد.

به­هرحال، اگر استفاده از نانوفناوری­های نقره خیلی گسترش یابد، غلظت نقره در طبیعت به­صورت منطقه­ای و ناحیه­ای به حدی افزایش می یابد که حتی این غلظت ها از پیک میزان نقره محلول در آب های آلوده نیز خواهد گذشت(Luoma 2008)، که این می تواند نگرانی در رابطه با خطر­های اکولوژیکی را بیشتر و جدی­تر کند (Luoma &Rainbow 2008) . مهمترین مشکل استفاده از مدل­های برآورد آلودگی محیطی نانو ذرات نقره عدم وجود ابزارها و روش­های تجزیه و تحلیل داده­ها می­باشد که بتواند مقدار و خصوصیات نانو ذرات نقره (ویا هر نانو ذره ای) را در کمپلکس های محیطی و یا محیط­های زیستی در سطوح مناسب تشخیص دهد. در حال حاضر استفاده از یک رویکرد چند روشی شامل (میدان جریان – کسر جریان و اسپکترومتری پلاسمایی جفت شده القایی[7]) (Hassellov et al., 2008) و میکروسکوپ الکترونی  ) et al., 2008 (Kaegi از نظر پتانسیلی بهترین شیوه برای تعیین وجود نانو ذرات فلزی در محیط­های آبی طبیعی می­باشند.

 

جذب و اثرات نانو ذرات نقره

تجمع زیستی نانو ذرات نقره در موجودات آبزی

تجمع زیستی یک فرایند مهم برای درک زمان مناسب ارزیابی آسیب و خطرهای ناشی از نانو ذرات نقره می­باشد. ارزیابی خطر، نیاز به بررسی همزمان تماس و اثرات آن دارد. به­علت این­که تماس و متعاقب آن تجمع زیستی، معمولا شروعی برای سمی بودن می­باشد (بطور مثال یک ماده شیمیایی قبل از آنکه بتواند مسمومیت ایجاد کند باید توسط موجود زنده جذب شود (Luoma & Rainbow 2008) تجمع زیستی همچنین راه مستقیم برای ارزیابی فرایندهایی می باشد که قابل دسترسی زیستی را تحت تاثیر قرار می دهند، زیرا که دسترسی زیستی عبارت است از غلظت آلوده کنندگی که یک موجود زنده از محیط زیست ، در طی مراحل جذب در بدن ذخیره کرده و یا از آب و غذا می گیرد (Luoma & Rainbow 2005) . مطالعه طولانی اثرات دشمنان زیستی این درس را به ما می­دهد که درک و کنترل تماس های محیطی با مواد سمی بالقوه نیاز به توجه قابلیت دسترسی زیستی این مواد دارد.

 

سازوکارهای تجمع زیستی

اساسی ترین سئوال در باره تجمع و قابلیت دسترسی زیستی این است که آیا نانو ذره می تواند وارد بدن موجود زنده شود و یا این­که در سطوح خارجی بدن ذخیره شده، جایی­که می تواند به موجود آسیب بزند. بعضی موجودات زنده شامل گیاهان، باکتری ها و قارچ ها دارای دیواره سلولی نیمه نفوذ پذیر هستند، یعنی ملکول­های کوچک از دیواره سلولی می­توانند عبور کنند ولی ملکول­های بزرگتر نمی­توانند از این دیواره عبور کنند. در صورت آسیب دیواره سلولی توسط نانو ذرات، نانو ذرات نقره که کوچک­تر از بزرگترین روزنه­ها هستند از دیواره سلولی عبور کرده و به غشای پلاسمایی می­رسند. غشاهای نیمه نفوذ پذیر مثل کوریونی که جنین مهره­داران را در بر می­گیرد حیوانات را در مقابل این خطرات محافظت می کند et al., 2007)  (Lee. با استفاده از تصاویر TEM نشان دادند که سیترات پوشش داده شده با نانوذرات نقره می­تواند از روزنه کوریون در جنین ماهی گوراسبی عبور کند. همچنین با استفاده از TEM نشان داده شده است که نانوذرات نقره از دیواره نیمه نفوذپذیردر غشاهای باکتری­ها به­راحتی عبور می­کند  .(Xu et al., 2004; Fabrega et al., 2009)

 

چه فرایندهایی نسبت­های جذب و تجمع زیستی نانوذرات را تحت تاثیر قرار می دهند؟

مهم­ترین تاثیرات در تعیین درجه تجمع زیستی (و مسمومیت قطعی) نانوذرات نقره احتمالا مشابه اثرات مواد شیمیایی از قبیل آلاینده­های فلزی می­باشد. تجمع زیستی برای یک موجود زنده از تعادل بین نسبت ورود و خروج و رقیق شدن این آلاینده­ها همزمان با رشد موجود زنده تعیین می­شود(Sharpe & Mackay2000; Veltman et al., 2008) . خطرناک­ترین مواد شیمیایی آن­هایی هستند که سریعا از بعضی منابع جذب شده و داخل سلول ها ذخیره می­شوند. نسبت جذب مواد از منابع متفاوت است زیرا فعالیت غلظت قابل دسترس و تجمع زیستی تحت تاثیر نسبت ورود و خروج و مدت زمان تماس می­باشد.(Luoma1983; Wang &Fisher1999)  فرایند­های موثربر قابلیت دسترسی و بنابراین تجمع زیستی نانوذرات نقره در هر شرایطی، احتمالا نتیجه اثرات ترکیبی زیر می­باشند (Luoma & Rainbow 2005):

1) غلظت نانوذرات نقره

2) ماهیت نانوذره

3) طبیعت محیط

4) راه تماس

5)زیست شناسی و اکولوژی فعال موجود زنده درگیر.

قابل ذکر است که مطالعات محدودی بر روی مسمومیت اکولوژیکی نانوذرات نقره و در غلظت­هایی بالاتر و زمان کوتاه­تر از آنچه در محیط زیست قابل انتظاراست، انجام شده است (Navarro et al., 2008a).

 

اثر شرایط محیطی

محققین بر اهمیت درک طبیعت شیمیایی محیط تماس در تعیین قابلیت دسترسی زیستی تاکید کرده­اند (Navarro et al., 2008a). pH، ترکیب و قدرت یونی، دما و غلظت نانو ذره بر تجمع و ثبات نانوذرات نقره تاثیر گذار هستند. حل شوندگی، تماس نسبی موجودات زنده را با Ag0، Ag+ و یا نقره ترکیبی تعیین می­کند. به­عنوان مثال نشان داده شده­است که نانو ذرات Ag0 نمونه­های متعادلی نبوده و در محیط­های آبی حاوی اکسیژن محلول مقاومت نمی­کنند (Liu & Hurt 2010)، اگر چه ما داده های  مرتبطی در رابطه با اتلاف جنبشی[8] نداریم اما جنبش انحلال در pH خنثی احتمالا آهسته می­باشد. دست کم 6 روز و شاید چندین ماه برای حل کامل یک نانو ذره نقره با ابعاد 5 نانومتر در حالت های اکسایشی زمان لازم است  (Liu & Hurt 2010). کپه شدن­ ذرات، تعیین کننده اندازه نانوذرات نقره بوده که­ این هم اثر آن را در موجود زنده در معرض تماس تعیین می کند. کمی اطلاعات موجود درباره بررسی اثر شیمی محیط تماس روی قابلیت زیستی نانو ذرات منجر به فرضیات و نتایج مختلفی در باره اثر فرایندهای محلول شدن و کپه شدن نانو ذرات شده است. برای مثال Gao et al (2009) مسمومیت کم نانوذرات نقره در زئوپلانکتون سریودافنیا دوبیا [9] در آب های شیرین رودخانه سوانی[10] غنی از مواد آلی نسبت به آب­های حاوی مواد آلی کمتر را گزارش کرد. آن­ها این اثر را نسبت داده اند به کاهش یون نقره آزاد شده از نانوذرات در حضور پوشش آلی که باعث کاهش قابلیت دسترسی زیستی در اثر کاهش محلولیت می­شود. از طرف دیگر Liu & Hurt  (2010) به­طور مستقیم نشان دادند در صورتی که نانوذرات سیترات نقره با اسیدهای هیومیک و فولویک پوشش داده شوند، آزاد شدن یون نقره کاهش می­یابد. در بررسی و مطالعه نانو ذرات Navarro et al.(2008a) نتیجه گیری کردند که کپه شدن نانوذرات، قابلیت دسترسی زیستی و مسمومیت را کاهش می­دهد. آنها بیان کردند که انباشتگی بیشتر منجر به رسوب نانوذرات (از ستون آب) شده و احتمالا قابلیت زیستی آن­ها را کاهش می­دهد. بر عکس محلول شدن باعث افزایش تحرک و دسترسی زیستی بیشتر نانو ذرات خواهد شد. این نتیجه گیری برای جلبک­ها و گیاهان و جذب فرم­های حل شده نانو ذرات می تواند معتبر باشد. اما به­هرحال برای موجودات زنده­ای که از راه­های مختلف نظیر فروبردن ذرات با نانوذرات تماس می­یابند این نتیجه گیری ممکن است صحیح نباشد. در مجموع، ما درابتدای درک فرایندهایی که دسترسی زیستی نانوذرات را تحت تاثیرقرار می­دهند هستیم، اگرچه مطالعه و تحقیقات بیشتری برای یک نتیجه گیری کلی و گسترده مخصوصا برای نانوذرات نقره لازم می باشد. طبیعت ذرات و شیمی محیط زیست با دینامیک فیزیکی– شیمیایی محیطی واکنش می دهد تا ترکیب نقره و ذرات نانونقره موجود در یک محیط را تحت تاثیر قرار دهد. اما خصوصیات گونه­های مختلف زیستی و راه­های تماس بالقوه باید در پیش بینی کافی خطر­ها و نگرانی­های اکولوژیکی تحت بررسی قرار گیرد.

 

اثرات نانو ذرات نقره بر موجودات آبزی

مسمومیت برای ماهی

مسمومیت یون نقره در آزمایشاتی روی حیوانات[11] به ویژه در گونه­های ماهی آب­های شیرین (Janes & Playle; Wood et al, 1996; Zhou et al., 2005) با غلظت کشندگی[12] (LC10) 8/0 میکروگرم در لیتر برای گونه­های معینی از ماهی آب­های شیرین انجام شده است (Birge W, Zuiderveen 1995). یون­های نقره در محلول می­توانند به سلول­های پوششی  برونش­ها [13]از طریق کانال سدیم جفت شده با پروتونATPase  در غشای اپیکال آبشش­ها به غشای پایه­ای- جانبی آبشش­ها منتقل شده و اثر کنترلی یونی Na+k+ATPase  یون­های سدیم Na+Cl- را در آبشش­ها مهار کند (Bury NR, Wood 1999) . در غلظت­های بالا (میکرومول) توالی­های مهمی از قبیل اسیدوز خون وجود دارد که منحصرا منتهی به انسداد گردش خون و مرگ ماهی می­شود (Grosell et al., 1996; Hogstrand C, Wood 1998; Morgan et al., 1997; Wood et al, 1996)    . نتایج تحقیقات نشان داده است که نانو ذرات نقره به ابعاد 10 تا80 نانو متر بر مراحل اولیه رشد و توسعه از جمله رشد نخاع، گردش خون و قدرت زنده ماندن ماهی اثر می­گذارد (Asharani et al., 2008; Yeo & Pak 2008) . نانو ذرات نقره همچنین می­توانند در آبشش­ها و کبد ماهی انباشته شده و تحمل ماهی را نسبت به غلظت­های پایین اکسیژن و تحریک استرس­های اکسایشی کاهش دهند(Bilberg et al., 2010; Scown et al., 2010) . ولی به­هر حال آستانه تحریکی که در بین این آزمایشات مختلف موثر می­باشد حتی برای یک گونه آزمایشگاهی متغیر می­باشد. این تنوع ممکن است انعکاسی از تفاوت در انتخاب موقعیت­های آزمایشی و یا تفاوت در رفتار و یا خصوصیات ذرات باشد که این موضوع هنوز مشخص نشده است. در یک نوع ماهی گوراسبی [14] و مداکای ژاپنی[15] نشان داده­ شده است که در غلظت­های مساوی، نانوذرات نقره و نیترات نقره نسبت به نانو ذرات نقره حساس­تر­اند. بعضی از پژوهشگران پیشنهاد می­کنند که احتمالا مسمومیت مربوط به حل شدن ذرات می­باشد (Chae et al., 2009; Griffitt et al., 2009; Yeo & Yoon 2009)  . مطالعات دیگر در رابطه با تماس با نانوذرات با مقادیر مساوی نانوذرات نقره و نیترات نقره (کمتر از 10-20 نانوگرم در لیتر) و مطالعات جنین شناسی (ا میلی گرم در لیتر برای جوینیلز) سازوکارهای مختلفی را برای نحوه عمل، جذب و کپی برداری DNA را برای نانوذرات نقره و نیترات نقره پیشنهاد کرده است .(Yeo Kang 2008; Asharani et al., 2008; Yeo & Pak 2008)  تحقیقات نشان داده است که در جنین ماهی گوراسبی در غلظت­های بالا ( 4/0 و 100 میلی گرم در لیتر) نانو ذرات در رگ های خونی، پوست، مغز و قلب و زرده تخم انباشته می­شود (Yeo & Yoon 2009) در صورتی­که یون نقره فقط در ارگانل­ها، هسته و زرده  ذخیره می­شود.

 

اثر تماس با نقره در رشد و توسعه ماهی گور اسبی: اثرات پایدار بر زنده ماندن و رفتار لاروی

همان­طور که ذکر گردید، دلایلی وجو دارد که تماس مداوم با یون نقره مشکلات خاصی را ایجاد می کند چون که با انتقال اثرات ضد میکروبی مانع سنتز DNA شده و از همانند سازی سلول (Feng et al., 2000) با بالا بردن استرس اکسایشی (Le Pape et al., 2004)  و تداخل در تعادل یونی و انتقال الکترونی که برای مصرف انرژی لازم است جلوگیری می کند (Bragg & Rainnie 1974; Schreurs &Rosenberg 1982)  تمام این فرایند ها بعنوان اهدافی برای مواد مسمومیت زا شناخته شده اند که رشد جنین را تحت تاثیر قرار داده مخصوصا آنهایی که به توسعه سیستم عصبی آسیب رسانده و درنهایت به موجود زنده آسیب جدی وارد می کنند (Bondy & Campbell 2005; Fantel 1996; Finnell et al., 2002; Mattson et al., 2008) آزمایشات نشان داده است که تماس مداوم جوندگان با غلظت های بالای یون نقره Ag+ (250 میلی گرم در کیلوگرم AgCl در روز) در موش آبستن شکل جنین را تحت تاثیر قرار داده و منجر به مرگ جنین شده است (Shavlovski et al., 1995). حتی تماس های ظاهرا غیر سمی منجر به تجمع Ag+ در مغز می شود (Rungby & Danscher 1983). چونکه در ماهی گور اسبی[16] اثرات مواد مسموم کننده و داروها مشابه آنچه که در پستانداران مشاهده شده است می باشد، بنابراین این حیوان به­عنوان مدلی برای شناسایی مواد شیمیایی و خطرات احتمالی که برای انسان و محیط زیست دارد، به­کار برده می شود  (Parng et al., 2007; Irons et al., 2010). همانند جوندگان، غلظت های بالای  Ag+باعث مرگ و میر در ماهی گوراسبی  می شود (92میکرومول، مدت 48 ساعت با (LD50   (Griffitt et al., 2008). به­طور مشابه غلظت­های زیاد نانو نقره باعث کاهش زنده ماندن، تاخیر در خروج از تخم و تغییر درشکل جنین این موجود می شود(Griffitt et al., 2008; Asharani et al., 2008; Bar-Ilan et al., 2009) . به ­هر حال هنوز به­درستی مشخص نشده است که این مربوط به عمل Ag+ آزد شده از نانو درات نقره می باشد و یا ناشی از تماس های طولانی مدت با دز های پایین می باشدکه این یکی اثرات نا مطلوب محیطی را به­دنبال دارد. ارزیابی رفتار حیوان نشان دهنده توسعه سیستم عصبی حیوان می­باشدBondy 2005) &(Campbell.  محققین گزارش کردند که تماس ماهی گور اسبی 0 تا 5 روز بعد از لقاح با غلظت های Ag+ از 10 نانو مول تا 100 میکرو مول،  Ag+ در غلظت های مساوی و یا بیشتر از 3میکرومول≤ بطور معنی داری قدرت زنده ماندن جنین را کاهش داده در صورتی­که 1 میکرومول Ag+ باعث تاخیر در خروج از تخم شده بدون این­که اثری بر قدرت زنده ماندن جنین داشته باشد. کاهش غلظت Ag+ به 1/0 میکرومول باعث تاخیر در تورم باله شنا شده بدون این­که اثری بر تغییر شکل جنین و یا خروج از تخم داشته باشد. در این غلظت فعالیت شنا کردن از بین رفت، برعکس فعالیت عمومی موتورباله تحت تاثیر قرار نگرفت. تخریب رفتار اولیه یک نشانه­ای از کاهش در قدرت زنده ماندن بود. در غلظت­های بیشتر از حد مجاز، یون نقره بعنوان یک مسموم کننده بازدارنده رشد می­باشد. در غلظت های پایین Ag+ بعنوان یک مسموم کننده عصبی رفتاری عمل می کند حتی اگر تغییری در شکل موجود زنده اتفاق نیافتد (Powers et al., 2010) .

 

مسمومیت نانو ذرات نقره در بی مهره گان و جلبک ها

مطالعات گسترده­ای در زمینه مسمومیت­های یون­های نقره برای بی مهره­گان و جلبک­ها انجام شده است. کمترین ارقام ثبت شده در گونه دفنیا[17] 001 /0 میلی گرم در لیتر می­باشد  (Bielmyer et al., 2002) و برای جلبک­های آب شیرین و آب­های شور به­ترتیب 2 و 002/0 میلی گرم در لیتر گزارش شده است (Ratte, 1999)، که این گزارشات تفاوت در پروتکل مسمومیت­های اکولوژیکی را منعکس می­کند. در بی مهره­گان قدرت تولید مثل و زنده ماندن بیشتر تحت تاثیر جذب یون­های نقره از طریق غذا (فیتوپلانکتون) تا جذب این مواد از طریق آب می­باشد (Bielmyer et al., 2006). در مورد بی­مهره­گان آبزی بعضی از تحقیقات نشان داده است که نقره به­صورت نانوذرات نقره مسمومیت بیشتری در این موجودات دارد  (Griffitt et al., 2008; Roh et al., 2009)  در صورتی­که دیگر پژوهشگران ثابت کرده­اند که مسمومیت نانوذرات نقره کمتر از یون­های نقره برای این آبزیان می­باشد.(Kvitek et al., 2009)  

 

مسمومیت­زایی نانوذرات نقره برای میکروب ها

قرن­ها­ست که مسمومیت­زایی نقره برای میکروب­ها شناخته شده است. نحوه عمل به این صورت است که یون نقره با گروه تایول[18] آنزیم­های حیاتی و پروتئین ترکیب شده و تنفس سلولی و انتقال یون­ها را از غشاهای سلولی تحت تاثیر قرار داده و باعث مرگ سلول می­شود.(Luoma 2008; Ratte 1999)   با توجه به کاربرد نانوذرات نقره در پزشکی و مقاومت میکروب­ها در مقابل آنتی بیوتیک­ها، مسمومیت این ذرات برای میکروب­ها کاملا بررسی شده است، علی­رغم اینکه هنوز سازوکارهای مسمومیت زایی و دز­های مسمومیت زا بخوبی مشخص نشده است. بعضی از بررسی­ها نشان داده­اند که اندازه و شکل نانوذرات نقش مهمی در ایجاد مسمومیت دارند (Choi &Hu 2008; Griffitt et al., 2009; Morones et al., 2005; Pal et al., 2007; Sondi & Salopek-Sondi 2004) در صورتی­که دیگران پیشنهاد می­کنند که محلول بودن بیشتر یون نقره نسبت به نانوذرات مسئول کشندگی باکتری­ها می باشد  .(Lok et al., 2007; Navarro  et al., 2008b)  واکنش­های مستقیم ذرات با غشاهای سلولی و ذرات نقره تولید کننده رادیکال­های آزاد بر کنترل و انتقال از غشا موثر بوده و در تشکیل پیت­ها[19] در سلول­های باکتری ای کولای[20] که با نانوذرات نقره واکنش نشان داده، (Amro et al., 2000; Kim et al., 2007; Sondi & Salopek-Sondi 2004)  ودر انباشتگی باکتریایی درون سلولی آر-او-اس[21] مشارکت دارند (Choi et al., 2008)  .  تنوع زیاد فیزیولوژیکی، آناتومیکی و رفتاری در بین سویه­های باکتریایی مشکلاتی را در مطالعه نحوه عمل نانوذرات نقره ایجاد کرده است. (Kim et al., 2007)  گزارش کردند که باکتری­های گرم مثبت نسبت به باکتری­های گرم منفی مقاومت بیشتری نسبت به نانوذرات نقره با ابعاد 12 نانومتر  دارند، در صورتی­که  (Yoon et al., 2007) عکس اینحالت را برای نانوذرات نقره باابعاد 40 نانومتر گزارش کرده است.هر دوی این تحقیقات روی باکتری­های در حال رشد در پلیت­های حاوی آگار که به آن نانوذرات نقره اضافه شده بودانجام شده، لذا تفاوت­ها می­تواند نتیجه اندازه ذرات استفاده شده و تفاوت در نوع سنتز و احتمالا مواد استفاده شده برای کپسوله کردن باشد.

 

تاثیر دی اکسید کربن بر مسمومیت ناشی از یون های نقره  برای میکروارگانیسم های پروکاریوت و یوکاریوت

در ابتدا سمی بودن یون نقره بر اساس غلظتشان تعیین می شد. در همان زمان، درجه سمی بودنشان بستگی به عوامل مختلفی از قبیل  pH، حضور سایر یون ها و همچنین ترکیبات خنثی داشت (Beveridge et al., 1996)، ولی اطلاعات منتشر شده­ای در رابطه با اثر دی اکسید کربن بر سمی بودن نقره وجود ندارد. این عدم وجود احتمالا به پیچیدگی کنترل غلظت دی اکسید کربن در محیط می باشد زیرا که تنفس موجودات زنده به­عنوان یک منبع دائمی نقش عمده­ای در تولید دی اکسید کربن دارد. همچنین تحقیقات نشان داده است که غلظت­های کم CO2 از واکنش احیا شدن نقره در هنگام تشکیل نانو ذرات نقره در لوله آزمایش جلوگیری می کند (Malygin & .(Sultanova 2002; Malygin & Ponomareva 2008)  با توجه به این اطلاعات فرض بر این است که یکی از عوامل تاثیر گذار بر سمی بودن یون­های نقره مقدار CO2 موجود در محیط می­باشد. محققین در مطالعه­ای روی باکتری E coli و قارچ Neurospora crassa  نتیجه گرفتند که CO2 اثر سمی بودن یون نقره را روی سلول های پروکاریوت   E  coliافزایش داد ولی روی زنده ماندن اسپور قارچ  crassa  Neurospora تاثیری نداشت(Pshennikova et al., 2011).

 

تأثیر نانونقره بر عملکرد و جمعیت میکروبی روده طیور

با ممنوع شدن استفاده از آنتی­بیوتیک­های محرک رشد در برخی جوامع، امروزه استفاده از ترکیبات جایگزین آنتی­بیوتیک­ها مورد توجه قرار گرفته­است. همانطور که قبلا ذکر گردید، نانو نقره یک ترکیب ضدعفونی کننده می­باشد که بر روی ترکیبات غشاهای باکتریایی اثر می­گذارد و منجر به تغییر ساختار و درنتیجه مرگ میکروارگانیسم­ها می­شود. حساسیت و عدم پایداری باکتری­های ای کولای، استافیلوکوکوس اورئوس  و باسیلوس سوبتیلیس  به نانو نقره ثابت شده است (Atiyeh et al., 2007). این ماده از طریق اختلال در آنزیم­های تنفسی و سیستم انتقال الکترون و همچنین با چسبیدن به سطح باکتری­ها و تغییر ساختار غشاء باعث مرگ باکتری­ها می­شود (Percival et al., 2005; Waibel et al., 1991) . این ذرات به عنوان حامل اکسیژن عمل می­نمایند و از این راه باعث کاهش میکروارگانیسم­های بی­هوازی و همچنین موجب افزایش در جمعیت میکروارگانیسم­هایی که توانایی زندگی در حضور فشار اکسیژن تقلیل یافته را دارند مخصوصا لاکتوباسیل­ها می­گردند (Grudzien & Sawosz 2006; Sawosz et al., 2007). فعالیت ضدمیکروبی نقره از طریق بلوکه کردن سیستم انتقال الکترون، تغییر عملکرد غشای باکتریایی و ممانعت از همانند سازی DNA آشکار شده است. تقابل بین یون­های نقره با گروه­های تیول در آنزیم­ها و پروتئین­ها نقش اساسی در فعالیت ضدمیکروبی یون­های نقره بازی می­کنند، اگرچه دیگر ترکیبات سلول­ها مانند پیوندهای هیدروژن نیز ممکن است درگیر باشد(Sondi I and Sondi 2004). همچنین در تحقیقی نشان داده شده است که نانوذرات نقره سبب کاهش معنی­داری در کل باکتری­ها و تعداد باکتری­های گرم منفی در قسمت­های مختلف دستگاه گوارش به غیر از سکوم شدند. در تحقیق دیگری تأثیر هیدروکلوئید نانوذرات نقره بر جمعیت میکروبی سکوم روده بلدرچین ژاپنی بررسی شده که نتایج آن نشان داده­است که نانوذرات نقره تأثیری بر تعداد باکتری­های گرم منفی سکوم بلدرچین ندارد (Sawosz et al., 2007)  که این می­تواند به دلیل ترکیب   HClبا ذرات فلز نقره و تولید   AgCl به هنگام عبور از معده باشد که منجر به کاهش ویژگی­های ضدمیکروبی این ذرات می شود (Atiyeh et al., 2007)  . در حقیقت اثر اصلی HCl  بر نانوذرات نقره بستگی به  pH دستگاه گوارش دارد و معمولاً در یک محیط آزمایشگاهی با  3=pH، به دو ساعت زمان برای ترکیب شدن نیاز است.  این امکان نیز وجود دارد که بخشی از نقره در روده کوچک قبل از رسیدن به ایلئوم جذب شده باشد. نانونقره همچنین سبب کاهش معنی­داری در تعداد کل باکتری­ها، باکتری­های گروه کلستریدیاها و نیز کاهش جزئی در تعداد لاکتوباسیل­ها شده است  .(Fondevila et al., 2008) استفاده از نانونقره در غلظت 25 میلیگرم در کیلوگرم سبب افزایش در تعداد لاکتوباسیل­های سکوم گردیده است .(Sawosz et al., 2007) هر چند در تحقیق دیگری هیچ تغییری در تعداد باکتری­های مختلف در سکوم مشاهده نشد، به استثنای باکتری­های اسید لاکتیک که افزودنی­های مختلف سبب افزایش تعداد این باکتری­ها در سکوم شده است. این احتمال  وجود دارد که این مواد با کاهش باکتری­های بیماری­زا در دستگاه گوارش سبب کاهش رقابت بین گونه­های مختلف باکتریایی و در نتیجه افزایش در تعداد لاکتوباسیل­ها شود (Taghizadeh et al.,  2011) . گزارش کرد که استفاده از نانونقره در خوراک تأثیر بیشتری نسبت به استفاده آن  در آب داشته است، که این ممکن است به دلیل واکنش نانونقره در آب با املاح و مواد مختلف موجود در آب آشامیدنی مانند کلر و گوگرد باشد، که باعث کاهش در میزان فعالیت ضدمیکروبی نانوذرات محلول در آب شده­است. به طورکلی مشاهده شده که استفاده از کلوئید نانونقره در هر دو نوع روش استفاده شده علاوه بر کاهش باکتری­های گرم منفی دستگاه گواش هیچ تأثیر منفی در عملکرد مرغ­های تخم­گذار ندارد. این کاهش بار میکروبی با افزایش عملکرد (وزن توده تخم مرغ تولیدی) در پرندگان این گروه­ها همراه بود(Taghizadeh et al.,  2011)  در دو روش استفاده از نانونقره نیز تفاوت­هایی مشاهده شده است به طوری­که نانونقره در خوراک عملکرد بهتری نسبت به نانونقره در آب داشته است. تحقیقات نشان داده است که استفاده از نانونقره در سطح 8/0 و 6/1 پی پی ام تاثیری بر عملکرد و خصوصیات لاشه جوجه­های گوشتی ندارد(Zargaran Esfahani et al., 2010) . محققین گزارش کرده­اند که تزریق  ppm50 نانو ذرات نقره  به داخل تخم مرغ تاثیر منفی بر زنده ماندن، رشد و توسعه و مرفولوژی مرغ نداشته­است. همچنین نانو ذرات نقره تاثیر منفی بر فراسنجه­های بیوشیمیایی سرم خون و فعالیت آنزیم­های کبد نداشته است. ولی استفاده از مقادیر بالاتر نانوذرات نقره و به مدت طولانی­تر به مطالعات بیشتر و دقیق­تری نیاز دارد (Sawosz et al., 2009). افزایش غلظت آنزیم­های کبد به­عنوان یک نشان­دهنده آسیب اکسایشی DNA در نظر گرفته می­شود.(Rosen et al., 1996)    در تحقیقی Bahraini et al. (2010) نیز در دانشگاه شهید باهنر کرمان، اثر نانو نقره را بر سیستم ایمنی، عملکرد، فراسنجه­های خونی و باکتری­های دستگاه گوارش بررسی کردیم. میزان نانونقره اضافه شده به آب آشامیدنی جوجه­ها به ترتیب در مرحله آغازین (5/0، 1و ppm5/1)، رشد (1، 2 و ppm3) و پایانی (1، 5/3 و ppm5/4) بود.

 

 

جدول 2- اثرات سمی نانو درات نقره بر گونه های مختلف مهره داران و بی مهرگان آبزی و تک یاخته­ای ها.

Tabble 2- Toxic effect of Ag NPs to aquatic invertebrate and vertebrate species and selected examples on prokaryote.

 

منبع (Ref.)

سال(Year)

موجود زنده(Organism)

اندازه (Size) (nm)

غلظت(Nominal Con)  

یا(LC50s)

دز(Dosing regime)

اثر اصلی نانوذرات(Major NP effects)

Yeo and Yoon

2009

جنین­ماهی­گوراسبی

Zebrafish embryo

20-30

10-20 Ppt

72 hours

نفوذ نانو ذره و کپه شدن آن در پوست و سیستم گردش خون

Yeo and Pak

2009

ماهی­گور اسبی

Zebrafish

10-20

ppm -0.4-4.

2-36 days

تغییر مسیر ژن p53  و نفوذ به هسته و اجزای سلول

Griffit etal

2008

ماهی­گور اسبی

Zebrafish

20-30

7.07 mg/L

48 hours

تاثیر بر مراحل مختلف رشد، در مجموع یون نقره مسمومیت زایی بیشتری نسبت به نانوذرات نقره دارد

Asharani et al

2009

جنین­ماهی­گور اسبی

Zebrafish embryo

5-20

50-100 mg/L

72 hours

تجمع نانو نقره در هسته سلول، مغز، سیتم عصبی و خون

 

Bar-ilan et al

2009

ماهی­گور اسبی

Zebrafish

3, 10, 50 &100

93 & 126 µmole

120 hours

مسمومیت زایی وابسته به اندازه نانو ذرات نقره

Bilberg et al

2010

ماهی خار دار

Perch

81

63-300 µg/L

2 days

ترکیب با آبشش و کاهش تحمل به کمبود اکسیژن

Scown et al

2010

ماهی قزل الا

 Brown trout

 

 

10-35

10-100 µg/L

10 days

جذب وابسته به اندازه نانونقره و تجمع آن در آبشش و کبد، افزایش استرس اکسایشی در آبشش

Gao et al

2009

Ceriodaphina dubia

20-30

0.46 & 6.18 mg/L

48 hours

افزایش در ماده آلی و کاهش مسمومیت زایی نانو نقره

Navarro et al

 

2008

Chlamydomonas reinhardtii

25

829 & 3300 nmole

1-5 hours

مسمومیت زایی نانوذرات نقره به واسطه یون­های نقره­ای که از نانوذرات نقره در تماس با سلول، آزاد شده است

Roh et al

2009

Caenorhabditis elegans

14-20

0.05- 0.5 mg/L

24-72 hours

کاهش تولید مثل و افزایش استرس اکسایشی نانونقره کپه شده در اطراف رحم

Morones et al

2005

Bacteria spp.

16

0-100µg/L

30min

اتصال نانونقره به ابعاد 10 نانومتر به سلول باکتری و ایجاد مسمومیت شدید

Pal et al

2007

E coli

39

 0.1-10µg/L

0-26 hours

نانونقره مثلثی شکل قابلیت باکتری کشی بالاتری نسبت به سایر اشکال نانوذرات دارد

Sondi & salopek-sondi

2004

E coli

12

0-10µg/L

10 hours

ایجاد حفره در دیواره سلول باکتری

Choi et al

2008

Nitrifying bacteria

21

0.05-1 mg/L

180 days

جلوگیری از رشد در اثر تولید )ROSمولکول فعال حاوی اکسیژن مانند یون اکسیژن و پراکسید)  درون سلولی

Fabrega et al

2009

Pseudomonas putida biofilm

65

ppm 0-2000

24 hours

وجود ماده آلی باعث افزایش جذب نانونقره بوسیله بیوفیلم شده ولی وجود ماده آلی باعث کاهش شدت مسمومیت زایی نانونقره می شود

 

 

نتیجه این آزمایش نشان داد که نانو نقره تاثیر منفی بر عملکرد جوجه های گوشتی نداشت ولی تعداد باکتری­های اسید لاکتیک روده که مفیدند افزایش یافت.   همچنین نانو نقره تعداد گلبول های سفید خون را افزایش داد ولی اثر آن بر تعداد لنفوسیت­های خون معنی­دار نبود. با توجه به اینکه در تحقیقات اخیر ذخیره نانو ذرات نقره در بافت­های خوراکی جوجه های گوشتی شامل عضله سینه و جگر گزارش شده است، پیشنهاد می­شود قبل از کاربرد صنعتی این فراورده در تغذیه طیور اثرات احتمالی آن بیشتر بررسی شود (Zargaran Esfahani et al., 2010). بررسی اثرسمیت نانوذرات نقره بر موجودات آبزی و تک سلولی ها در جدول2 خلاصه شده است.

 

جمع بندی و پیشنهادات

مطالعات آزمایشگاهی زیادی اثرات مسمومیت زایی نانوذرات نقره را نشان داده­اند  (Foldbjerg et al., 2009 & 2011; Kawatta et al., 2009; Kim et al., 2009)  تحقیقات مسمومیت شناسی نانو ذرات این امر را تداعی می کند که برای مثال اندازه، شکل، ترکیب شیمیایی، سطح قابل شارژ، محلولیت، توانایی­شان برای ایجاد پیوند و تاثیر بر جایگاه­های زیستی و همچنین متابولیسم و دفع خاصیت مسمومیت زایی نانو ذرات را تحت تاثیر قرار می دهد  (Schrand et al., 2010; Castranova 2011) بالا بودن سطح تماس نانو ذرات فلزی پتانسیل آزاد شدن یون های فلزی از این نانو ذرات را افزایش می­دهد Bian et al., 2011) (Mudunkotuwa & Grassian 2011;  اما هنوز روشن نشده است که تا چه اندازه مسمومیت زایی نانو ذرات نقره نتیجه آزاد شدن یون های نقره می باشد و چه مقدار مربوط به نانوذرات نقره می شود. هر چند مدارک پیشنهاد می­کنند که یون­های نقره حداقل مسئول مسمومیت­زایی ناشی از نانوذرات نقره می­باشند. اگر چه مسمومیت­زایی بالای یون های نقره شناخته شده هستند، مقدار یون­های نقره اندازه­گیری شده در مخلوطهای معلق نانو ذرات نقره مورد بررسی، به طور بسیار نادری انجام شده­اند و بنابراین اطلاعات درباره حدی که یون­های نقره مسئول ایجاد مسمومیت ناشی از نانوذرات نقره می­باشد هنوز محدود است.

این مقاله، دانش و خلاء­های موجود در رابطه با نانوذرات نقره به­عنوان یک مشکل بالقوه برای سلامت محیط زیست را فراهم کرده است. با توجه به اطلاعات موجود، خلاء­ها و زمینه­های تحقیقاتی زیر پیشنهاد می شوند:

1) توسعه روش­های تجزیه­ای و اندازه­گیری که بتواند مقدار و خصوصیات نانوذرات نقره را درحالت­های مناسب تشخیص بدهد. چنین داده­هایی اطلاعاتی درباره تماس با ذرات و خطرات ناشی از آن را برای ما فراهم خواهد کرد.

2) توسعه اطلاعات در زمینه خطرات ناشی از ذرات ضروریست. پیشرفت­های مهمی در باره دانستن دز، خصوصیات فیزیکی-شیمیایی، جذب زیستی و فرایندهای مسمومیت زایی باید انجام گیرد.

3) برای ارزیابی خطرات بالقوه نانوذرات نقره در محیط های آبی  نیاز است که نانوذرات نقره خوب مشخصه­یابی شده و مطالعه نانوذرات نقره در یک حالت خوب پخش شده برای شناسایی اثرات مربوط به نانوذرات انجام گیرد. همزمان با آن  مطالعات روی آماده سازی تجارتی نانوذرات نقره برای دانستن بهتر سناریو خطرات محیطی احتمالی و اثرات زیست شناسی ضروری می­باشد که این داده­های مفیدی برای درک خطرات و نگرانی های موجود را در اختیار ما قرار خواهد داد.

4) اطلاعات بهتری در رابطه با کاربرد و نسبت­های آزاد شدن نقره محلول و نانوذرات نقره از طرف مصرف کننده این مواد و فرایند های صنعتی مورد نیاز می­باشد. بطور ایده­آل این اطلاعات برای ایجاد مدل­ها یا آماده قابل دسترس ضروریست.

5) توسعه مدل­هایی برای استفاده در مطالعات روی نانوذرات نقره و سایر نانو ذرات. مدل هایی که که برای تطبیق استفاده می­شوند باید از مطالعه بر روی سایر آلاینده های محیطی، در زمینه تماس (Blaser et al., 2008; Mueller & Nowack 2008) ، زیست فراهمی، بیودینامیک (Luoma &  Rainbow 2005) مسمومیت (Paquin et al., 2002) ساختار ارتباطات فعالیتی (Puzyn et al., 2009) حاصل شده باشند. چنین مدل هایی با داده هایی مناسب و با کیفیت بالا برای چالش و تعدیل اثرات اختصاصی هر نانو ذره­ای لازم می باشد.

 

سپاسگزاری

بدینوسیله نویسنده این مقاله از همکاری خانم دکتر یگانه و خانم دکتر سیلر تشکر و قدردانی می نماید.


 

منابع

Amato I (2005). Nanotechnologists seek biological niches. Cell 123: 967-970.

Amro NA, Kotra LP, Wadu-Mesthrige K, Bulychev A, Mobashery S, Liu G-Y(2000). High resolution atomic force microscopy studies of the Escherichia coli outer membrane: structural basis for permeability. Langmuir 16: 2789–2796.

Asharani PV, Wu YL, Gong ZY, Valiyaveettil S (2008). Toxicity of silver nanoparticles in zebrafish models. Nanotechnology 19.

Atiyeh BS, Costagliola M, Hayek SN, Dibo SA (2007). Effect of silver on burn wound infection control and healing. Burns 33: 139-148.

Bahraini L, Hasanabadi M, Memarian H, Ziaei N (2010). The effect of nanosilver on immune sytem, blood parameters and performance of broiler chickens. MSc Thesis, Zanjan University.

Bar-Ilan O, Albrecht RM, Fako VE, Furgeson DY (2009). Toxicity assessments of multisized gold and silver nanoparticles in zebrafish embryos. Small 5: 1897–1920.

Benn TM, Westerhoff  P (2008). Nanoparticle silver released into water from commercially available sock fabrics. Environmental  Science Technology 42: 4133–4139.

Beveridge TJ, Hughes MN, Lee H (1996). Metal Microbe Interactions: Contemporary Approaches. Advanced Microbiology Physiology 38: 177–243.

Bhabra G, Sood A, Fisher B, Cartwright L, Saunders M, Evans WH, Surprenant A, Lopez-Castejon G, Mann S, Davis SA, Hails LA, Ingham E, Verkade P, Lane J, Heesom K, Newson R, Case CP (2009). Nanoparticle scan cause DNA damage across a cellular barrier. National nanotechnology 4: 876-883.

Bian SW, Mudunkotuwa IA, Rupasinghe T, Grassian VH (2011). Aggregation and dissolution of 4 nm ZnO nanoparticles in aqueous environments: influence of pH, ionic strength, size, and adsorption of humic acid. Langmuir 27: 6059–6068.

Bielmyer GK, Bell RA, Klaine SJ (2002). Effects of ligand-bound silver on Ceriodaphnia dubia. Environmental Toxicological Chemistry 21: 2204–2208.

Bielmyer GK, Grosell M, Brix KV (2006). Toxicity of silver, zinc, copper, and nickel to the copepod Acartia tonsa exposed via a phytoplankton diet. Environmental Science Technology 40: 2063–2068.

Bilberg K, Malte H, Wang T, Baatrup E (2010). Silver nanoparticles and silver nitrate cause respiratory stress in Eurasian perch (Perca fluviatilis). Aquatic Toxicology 96: 159–165.

Birge W, Zuiderveen J (1995). The comparative toxicity of silver to aquatic biota. Proceedings, 3rd Argentum International Conference on the Transport, Fate, and Effects of Silver in the Environment. Washington, DC.

Blaser SA, ScheringerM, MacLeod M, Hungerbühler K (2008). Estimation of cumulative aquatic exposure and risk due to silver: contribution of nano-functionalized plastics and textiles. Science Total Environmentent 390: 396–409.

Bondy SC, Campbell A (2005). Developmental neurotoxicology. Journal of Neuroscience Research 81: 605–612

Boxall AB, Tiede K, Chaudhry Q (2007). Engineered nanomaterials in soils and water: how do they behave and could they pose a risk to human health? Nanomedicine 2: 919–927.

Bragg PD, Rainnie DJ (1974). The effect of silver ions on the respiratory chain of Escherichia coli. Canadian  Journal of  Microbiology 20: 883–889.

Bury NR, Wood CM (1999). Mechanism of branchial apical silver uptake by rainbow trout is via the proton-coupled Na+ channel. American Journal Physiology Regular Integrative Comparative Physiology 277: R1385–1391.

Capek I (2004). Preparation of metal nanoparticles in water-in-oil (w/o) microemulsions. Advanced Colloid Interface Science 110: 49–74.

Castranova V (2011). Overview of current toxicological knowledge of engineered nanoparticles. Journal of Occupation Environmental Medicine 53: S14–S17.

Catalina M,  Eric M, Hoek V (2010). A review of the antibacterial effects of silver nanomaterials and potential implications for human health and the environment. Journal of Nanoparticle Research 12: 1531–1551.

Chae YJ, Pham CH, Lee J, Bae E, Yi J, Gu MB (2009). Evaluation of the toxic impact of silver nanoparticles on Japanese medaka (Oryzias latipes). Aquatic Toxicology 94: 320–327.

Choi O, Deng KK, Kim NJ, Ross L, Surampalli RY, Hu ZQ (2008). The inhibitory effects of silver nanoparticles, silver ions, and silver chloride colloids on microbial growth. Water Research 42: 3066–3074.

Choi O, Hu ZQ (2008). Size dependent and reactive oxygen species related nanosilver toxicity to nitrifying bacteria. Environmental Science Technology42: 4583–4588.

Colognato R, Bonelli A, Ponti J, Farina M, Bergamaschi E, Sabbioni E, Migliore L (2008). Comparative genotoxicity of cobalt nanoparticles and ions on human peripherial leukocytes in vitro. Mutagenesis 23: 377-382.

Davis JM, Addison J, Bolton RE, Donaldson K, Jones AD, Smith T (1986). The pathogenicity of long versus short fibre samples of amosite asbestos administered to rats by inhalation and intraperitonial injection. British Journal of Experimental Pathology 67: 415-430.

Di Gioacchino M, Verna N, Gornati R, Sabbioni E, Bernardini G (2009). Metal nanopsrticle health risk assessment. In nanotoxicity: From in vivo and in vitro models to health risks. Sahu Sc Ed. Wiley. 

Fabrega J, Renshaw JC, Lead JR (2009b). Interactions of silver nanoparticles with Pseudomonas putida biofilms. Environmental Science Technology 43: 9004–9009.

Fantel AG (1996). Reactive oxygen species in developmental toxicity: review and hypothesis. Teratology 53: 196–217.

Feng QL, Wu J, Chen GO, Cui FZ, Kim TN, Kim JO (2000). A mechanistic study of the antibacterial effect of silver ions on Escherichia coli and Staphylococcus aureus. Journal of  Biomedical Material Research  52: 662–668.

Finnell RH, Waes JG, Eudy JD, Rosenquist TH (2002). Molecular basis of environmentally induced birth defects. Annual Review Pharmacological Toxicology 42: 181–208.

Foldbjerg R, Dang DA, Autrup H (2011). Cytotoxicity and genotoxicity of silver nanoparticles in the human lung cancer cell line A549. Archive Toxicology 85: 743–750.

Foldbjerg R, Olesen P, Hougaard M, Dang DA, Hoffmann HJ, Autrup H (2009). PVP-coated silver nanoparticles and silver ions induce reactive oxygen species, apoptosis and necrosis in THP-1 monocytes. Toxicology Letters 190: 156–162.

Fondevila M, Herrer R, Casallasa MC, Abeciaa L, Duchab JJ (2008). Silver nanoparticles as a potential antimicrobial additive for weaned pigs. Animal Feed Science Technology 150: 259-269.

Gao J, Youn S, Hovsepyan A, Llaneza VL, Wang Y, Bitton G (2009). Dispersion and toxicity of selected manufactured nanomaterials in natural river water samples: effects of water chemical composition. Environmental Science Technology 43: 3322–3328.

Geranio L, Heuberger M, Nowack B (2009). The behavior of silver nanotextiles during washing. Environmental Science Technology 43: 8113–8118.

Gottschalk F, Sonderer T, Scholz RW, Nowack B (2009). Modeled environmental concentrations of engineered nanomaterials (TiO2, ZnO, Ag, CNT, fullerenes) for different regions. Environmental Science Technology 43: 9216–9222.

Griffitt RJ, Luo J, Gao J, Bonzongo JC, Barber DS (2008). Effects of particle composition and species on toxicity of metallic nanomaterials in aquatic organisms. Environmental Toxicological Chemistry 27: 1972–1978.

Grosell M, De Boeck G, Johannsson O, Wood CM (1999). The effects of silver on intestinal ion and acid–base regulation in the marine teleost fish, Papophrys vetulus. Comparative Biochemistry Physiological Toxicological Pharmacology 124: 259–270.

Grudzien M and Sawosz E (2006). The influence of silver nanoparticles on chick embryo development and bursa Fabricius morphology. Animal Feed Science 15: 111-115.

Han DW, Lee MS, Lee MH, Uzawa M, Park JC (2005). The use of silver-coated ceramic beads for sterilization of Sphingomonas sp. in drinking mineral water. World Journal of Microbiology Biotechnology 21: 921–924.

Hassellov M, Readman JW, Ranville JF, Tiede K (2008). Nanoparticle analysis and characterization methodologies in environmental risk assessment of engineered nanoparticles. Ecotoxicology 17: 344–361.

Hill WR (1941). Argyria: the pharmacology of silver. South Medical Journal 34:340.

Hogstrand C, Wood CM (1998). Toward a better understanding of the bioavailability, physiology and toxicity of silver in fish: implications for water quality criteria. Environmental Toxicological Chemistry 17: 547–561.

Irons TD, Macphail RC, Hunter DL, Padilla S (2010). Acute neuroactive drug exposures alter locomotor activity in larval zebrafish. Neurotoxicologicl Teratology 32: 84–90.

Janes N, Playle RC (1995). Modeling silver-binding to gills of rainbow trout (Onchorrynchus mykiss). Environmental Toxicological Chemistry 14: 1847–1858.

Kaegi R, Ulrich A, Sinnet B, Vonbank R, Wichser A, Zuleeg S (2008). Synthetic TiO2 nanoparticle emission from exterior facades into the aquatic environment. Environmental  Pollution 156: 233–239.

Kane AB, Hurt RH (2008). Nanotoxicology the asbestos analogy revisited. National Nanotechnology 3: 378-379.

Kawata K, Osawa M, Okabe S (2009). In vitro toxicity of silver nanoparticles at noncytotoxic doses to HepG2 human hepatoma cells. Environmental Science Technology 43: 6046–6051.

Kim JS, Kuk E, Yu KN, Kim JH, Park SJ, Lee HJ (2007). Antimicrobial effects of silver nanoparticles. Nanomedical Nanotechnology Biology Medicine 3: 95-101.

Kim S, Choi JE, Choi, Chung J, Park KH, Yi K, Ryu J (2009). Oxidative stressdependent toxicity of silver nanoparticles in human hepatoma cells. Toxicological In Vitro 23:  1076–1084.

Kim S, Lim YT, Soltesz EG, De Grand Am, Lee J, Nakayama A, Parker JA, Mihljevic T, Laurence REG, Dor DM, Cohn LH, Bawendi MG, Frangioni JV (2004). Near-infrared fluorescent type II quantum dots for sentinel lymph node mapping. National Biotechnology 22: 93-97.

Köhler AR, Som C, Helland A, Gottschalk F (2008). Studying the potential release of carbon nanotubes throughout the application life cycle. Journal of Cleaner Production 16: 927–937.

Kumar R, Howdle S, Munstedt H (2005). Polyamide/silver antimicrobials: Effect of filler types on the silver ion release. Journal of Biomedical  Material  Research  Part B: Applied Biomaterial 75B: 311–319.

Kvitek L, Vanickova M, Panacek A, Soukupova J, Dittrich M, Valentova E (2009). Initial study on the toxicity of silver nanoparticles (nps) against Paramecium caudatum. Journal of  Physics Chemistry C 113: 4296–4300.

Landsiedel R, Ma-Hock L, Kroll A, Hahn D, Schnekenburger J, Wiench K, Wohlleben W(2010). Testing metal-oxide nanomaterials for human safety. Advanced Material  22:  2601–2627.

Le Pape H, Solano-Serena F, Contini P, Devillers C, Maftah A, Leprat P (2004). Involvement of reactive oxygen species in the bactericidal activity of activated carbon fibre supporting silver; bactericidal activity of ACF(Ag) mediated by ROS. Journal of Inorganic Biochemistry 98: 1054–1060.

Lee KJ, Nallathamby PD, Browning LM, Osgood CJ, Xu XHN (2007). In vivo imaging of transport and biocompatibility of single silver nanoparticles in early development of zebrafish embryos. ACS Nanotechnology 1: 133–143.

Liu J, Hurt RH (2010). Ion release kinetics and particle persistence in aqueous nano-silver colloids. Environmental Science Technology 44: 2169–2175.

Lok CN, Ho CM, Chen R, He QY, Yu WY, Sun H (2007). Silver nanoparticles: partial oxidation and antibacterial activities. Journal of Biological Inorganic Chemistry 12: 527–534.

Luoma SN (1983). Bioavailability of trace metals to aquatic organisms—a review (1983) Science Total Environment 28: 1-22.

Luoma SN (2008). Silver nanotechnologies and the environment: old problems and new challenges? Washington DC: Woodrow Wilson International Center for Scholars or The PEW Charitable Trusts.

Luoma SN, Ho YB, Bryan GW (1995). Fate, bioavailability and toxicity of silver in estuarine environments. Marine Pollutant Bulletin 31: 44–54.

Luoma SN, Rainbow PS (2005). Why is metal bioaccumulation so variable? Biodynamics as a unifying concept. Environmental Science Technology39: 1921–1931.

Luoma SN, Rainbow PS (2008). Metal contamination in aquatic environments: science and lateral management. Cambridge: Cambridge University Press.

Malygin AG, Ponomareva VD (2008). carbon dioxide of air inhibits the formation of silver nanoparticles initiated by proteins in polyacrylamide gel and in solution.  Bioorg.Khim 34: 764–772.

Malygin AG, Sultanova DO (2002). Air carbon dioxide prevents proteins from being developed by silver staining in polyacrylamide gel. Dokl. Akad. Nauk 386: 124–126.

Mantovani A (2010). Molecular pathways linking inflammation and cancer. Current Molecullar Medicine 10: 369-373.

Marambio-Jones C, Hoek EMV (2010). A review of the antibacterial effects of silver nanomaterials and potential implications for human health and the environment.

materials: nanotoxicology and beyond. Toxicol. Sci. 120 : S109–S129.

Mattson MP, Gleichmann M, Cheng A (2008). Mitochondria in neuroplasticity and neurological disorders, Neuron 60: 748–766.

Maynard, AD, Warheit DB, Philbert MA( 2011). The new toxicology of sophisticated

Morgan IJ, Henry RP, Wood CM (1997). The mechanism of acute silver nitrate toxicity in freshwater rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) is inhibition of gill Na+ and Cl−1 transport. Aquatic Toxicology 38:145–163.

Morones JR, Elechiguerra JL, Camacho A, Holt K, Kouri JB, Ramírez JT (2005). The bactericidal effect of silver nanoparticles. Nanotechnology 16: 2346–2353.

Mudunkotuwa IA, Grassian VH (2011). The devil is in the details (or the surface): impact of surface structure and surface energetics on understanding the behavior of nanomaterials in the environment. Journal of  Environmental Monitoring 13: 1135–1144.

Mueller NC, Nowack B (2008). Exposure modeling of engineered nanoparticles in the environment. Environmental Science Technology 42: 4447–4453.

Navarro E, Baun A, Behra R, Hartmann NB, Filser J, Miao AJ (2008a). Environmental behavior and ecotoxicity of engineered nanoparticles to algae, plants, and fungi. Ecotoxicology 17: 372–386.

Navarro E, Piccapietra F, Wagner B, Marconi F, Kaegi R, Odzak N (2008b). Toxicity of silver nanoparticles to Chlamydomonas reinhardtii. Environmental  Science Technology 42:  8959–8964.

Nel A (2005). Air pollution-related illness: effects of particles. Science 308: 804-806.

Nel A, Xia T, Madler L, Li N (2006). Toxic potential of materials at the nano level. Sience 311: 622-627.

Nel AE, Madler L, Velegol D, Xia T, Hoek EM, Somasundaran P, Klaessig F, Castranova V, Thompson M (2009). Understanding biophyusicochemical interactions at the nano-bio interface. National  Material 8: 543-557.

Nicholson FA, Smith SR, Alloway BJ, Carlton-Smith C, Chambers BJ (2003). An inventory of heavy metals inputs to agricultural soils in England and Wales. Science Total Environment 311: 205–219.

Pal S, Tak YK, Song JM (2007). Does the antibacterial activity of silver nanoparticles depend on the shape of the nanoparticle? A study of the gram-negative bacterium Escherichia coli. Applied  Environmental Microbiology 73: 1712–1720.

Papageorgiou I, Yin Z, Ladon D, Baird D, Lewis AC, Sood A, Newson R, Learmonth ID, Case CP (2007). Genotoxic effects of particles of surgical cobalt chrome alloy on human cells of different age in vitro. Mutant Research 619: 45-58.

Papsi E, Rossi F, Raspanti M, Dalle-DonneI, Colombo G, Milzani A, Bernardini G, Gornati R (2009). Engineered cobalt oxide nanoparticles readily enter cells. Toxicoilogy Letters 189: 253-259.

Paquin PR, Gorsuch JW, Apte S, Batley GE, Bowles KC, Campbell PGC (2002). The biotic ligand model: a historical overview. Comparative Biochemistry Physiology C Toxicology Pharmacology133: 3-35.

Park EJ, Cho WS, Jeong J, Yi J, Choi K, Park K (2009). Pro-inflammatory and potential allergic responses resulting from B cell activation in mice treated with multi-walled carbon nanotubes by intratrachial instillation. Toxicology 259: 113-121.

Parng C, Roy NM, Ton C, Lin Y, McGrath P (2007). Neurotoxicity assessment using zebrafish. Journal of  Pharmacological Toxicology Methods 55: 103–112.

Percival SL, Bowler PG and Russell D (2005). Bacterial resistance to silver in wound care. Hospital Infection 60: 1-7.

Peters K, Unger RE, Gatti AM, sabbioni E, Tasryk R, Kirkpatrick CJ (2007). Metallic nanoparticles exhibit paradoxical effects on oxidative stress and pro-inflammatory response in endothelial cell invitro. International Immunopathological pharmacology 20: 685-695.

Poland CA, Duffin R, Kinloch I, Maynard A, Wallace WA, Seaton A, Stone V, Macnee W, Donaldson K (2008). Carbon nanotubes introduced into the abdominal cavity of mice show asbestos-likepathogenecity in a pilot study. National Nanotchnology 3: 423-428.

Ponti J, sabbioni E, Munaro B, Broggi F, Marmorato P, Franchini F, Colognato R, Rossi F (2009). genotoxicity and morphological transformation induced by cobalt nanoparticles and cobalt chloride: an in vitro study in Balb/3T3 mouse fibroblasts. Mutagenesis 24:  439-445.

Powers CM, Yen J, Linney EA, Seidler FJ, Slotkin TA (2010). Silver exposure in developing zebrafish (Danio rerio): Persistent effects on larval behavior and survival.  Neurotoxicology and Teratology 32: 391–397.

Pshennikova ES, Filippovich SY, Bachurina GP, Ponomareva VD, Malygin AG (2011). The different effects of carbon dioxide on the toxicity of silver ions for prokaryotic and eukaryotic microorganisms. Izvestiya Akademii Nauk Seriya Biologicheskaya  3: 354–357.

Puzyn T, Leszczynska D, Leszczynski J (2009). Toward the development of “nano-qsars”: advances and challenges. Small 5: 2494–2509.

Ratte HT (1999). Bioaccumulation and toxicity of silver compounds: a review. Environmental Toxicology Chemistry 18: 89-108.

Roh JY, Sim SJ, Yi J, Park K, Chung KH, Ryu DY (2009). Ecotoxicity of silver nanoparticles on the soil nematode Caenorhabditis elegans using functional ecotoxicogenomics. Environmental  Science Technology 43: 3933–3940.

Rosen JE, Prahalad AK, Williams G (1996). 8oxodeoxyguanosine formation in the DNA of cultured cells after exposure to H202 alone or with UVB or UVA irradiation. Photochemistry Photobiology 64: 117-122.

Rosenman KD, Moss A, Kon S (1979). Argyria: clinical implications of exposure to silver nitrate and silver oxide. Journal of Occupation Environmental  Medicine 21: 430–435.

Rungby J, Danscher G (1983). Neuronal accumulation of silver in brains of progeny from argyric rats. Acta Neuropathology 61: 258–262.

Sager TM, Kommineni C, Castranova V (2008). Pulmomary response to intratrachial instillation of ultrafine versus fine titanium dioxide: role of particle surface area. Part Fibre Toxicology 5: 17.

Samuelsen M, Nygaard UC, Lovick M (2009). Particle size determines activation of the innate immune system in the lung. Scandinavian Immunology 69: 421-428.

Sawosz E, Binek M, Grodzik M, Zielinska M, Sysa P, Szmidt M (2007). Influence of hydrocolloidal silver nanoparticles on gastrointestinal microflora and morphology of enterocytes of quails. Archive of Animal Nutrition 61: 444–451.

Sawosz E, Grodzik M, Zieliska M, Niemiec T, Olszaska B, Chwalibog A (2009). Nanoparticles of silver do not affect growth, development and DNA oxidative damage in chicken embryos Archive Geflügelk 73: 208–213

SCENIHR (Scientific Committee on Emerging and Newly Identified Health Risks) (2006). Opinion consultation on the appropriateness of existing methodologies to assess the potential risks associated with engineered and adventitious products of nanotechnologies.

SCENIHR (Scientific Committee on Emerging and Newly Identified Health Risks) (2009). Risk assessment of products of nanotechnologies.

Schins RP, Knaapen AM (2007). Genotoxicology of poorly soluble particles. Inhalation Toxicology 19: 189-198.

Schrand AM, Rahman MF, Hussain SM, Schlager JJ, Smith DA, Syed AF (2010). Metal-based nanoparticles and their toxicity assessment. Wiley Interdisciplinary Review Nanomedicine Nanobiotechnology 2: 544–568.

Schreurs WJ, Rosenberg H (1982). Effect of silver ions on transport and retention of phosphate by Escherichia coli. Journal of Bacteriology 152: 7–13.

Scown T, Santos E, Johnston B, Gaiser B, Baalousha M, Mitov S (2010). Effects of aqueous exposure to silver nanoparticles of different sizes in rainbow trout. Toxicological Science115: 521–534.

Sharpe S, Mackay D (2000). A framework for evaluating bioaccumulation in food webs. Environmental Science Technology 34: 2373–2379.

Shavlovski MM, Chebotar NA, Konopistseva LA, Zakharova ET, Kachourin AM, Vassiliev VB, Gaitskhoki VS (1995). Embryotoxicity of silver ions is diminished by ceruloplasmin further evidence for its role in the transport of copper. Biometals 8: 122–128.

Sondi I, Salopek-Sondi B (2004). Silver nanoparticles as antimicrobial agent: a case study on E-coli as a model for gram-negative bacteria. Journal of Colloid Interface Science 275:  177–182.

Taghizadeh F, Karmi Torshizi MA, Rahimi S (2011). Comparison of nanosilver and in-feed disinfectants on layer performance and intestinal microflora and yolk cholesterol. Journal of Animal Production 13: 49-58.

Talalay p, Fahey JW, Holtzclaw WD, Prestera T, Zhang Y (1995). Chemoprotection against cancer by phase 2 enzyme induction. Toxicology Letters 82: 173-179.

Veltman K, Huijbregts MAJ, Kolck MV, Wang W-X, Hendriks AJ (2008). Metal bioaccumulation in aquatic species: quantification of uptake and elimination rate constants using physicochemical properties of metals and physiological characteristics of species. Environmental Science Technology 42: 852–858.

Waibel PE, Halvorson JC, Noll SL, Hoffbeck SL (1991). Influence of virginiamycin on growth and efficiency of large white turkeys. Poultry Science 70: 837-847.

Wang W-X, Fisher NS (1999). Assimilation efficiencies of chemical contaminants in aquatic invertebrates: a synthesis. Environmental Toxicology Chemistry18: 2034–2045.

Wood CM, Hogstrand C, Galvez F, Munger RS (1996). The physiology of waterborne silver toxicity in freshwater rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) 1. The effects of ionic Ag+. Aquatic Toxicology 35: 93.

Woodrow W(2009). Consumer products inventory Project on emerging nanotechnologies, a project of the WoodrowWilson International Center for Scholars.

Xu X, Brownlow W, Kyriacou S, Wan Q, Viola J (2004). Real-time probing of membrane transport in living microbial cells using single nanoparticle optics and living cell imaging. Biochemistry 43: 10400–10413.

Yeo MK, Kang M (2008). Effects of nanometer sized silver materials on biological toxicity during zebrafish embryogenesis. Bull Korean Chemistry Society 29: 1179–1184.

Yeo MK, Pak SW (2008). Exposing zebrafish to silver nanoparticles during caudal fin regeneration disrupts caudal fin growth and p53 signaling. Molecular Cell Toxicology 4: 311–317.

Yeo MK, Yoon JW (2009). Comparison of the effects of nano-silver antibacterial coatings and silver ions on zebrafish embryogenesis. Molecular Cell Toxicology 5: 23–31.

Yoon K-Y, Hoon Byeon J, Park J-H, Hwang J (2007). Susceptibility constants of Escherichia coli and Bacillus subtilis to silver and copper nanoparticles. Science Total Environment 373: 572–575.

Zargaran Esfahani H, Sharifi SD, Barin A, Afzalzadeh A (2010). Influence of silver nanoparticles on performance and carcass properties of broiler chicks. Iranian Journal of Animal Science 41: 137-143

Zhou B, Nichols J, Playle RC, Wood CM (2005). An in vitro biotic ligand model (BLM) for silver binding to cultured gill epithelia of freshwater rainbow trout (Oncorhynchus mykiss). Toxicological Applied Pharmacology 202: 25.

 

 

 


Study the toxicological effect of nanosilver particle on biological and ecological systems

 

 Ziaei N.*

 

 Assistant Professor at Department of Animal Sciences, Faculty of Agriculture, University of Jiroft, Iran.

 

 

Abstract

The use of antibacterial property of nanosilver particles has significantly expanded and applied in a variety of products, consisting clothing, paints, plastics, food packaging, wound dressings, bandages, and household appliances such as refrigerators and washing machines. However, their use in animal feeding as prebiotics have been remained minimized, mostly because of the low cost antibiotics used as growth promoters. After the ban of this practice, silver compounds appear as a potential alternative to other products already in use. The results of different studies with different species revealed that Ag NPs had no negative impact on their growth and development. Our works at Shahid Bahonar University of Kerman using 0.5, 1 and 1.5 ppm Ag NPs in water improved the number of lactic acid bacteria without any negative impact on broiler performance. However, the major concerns about the safe use of additive in animal feeding are its effective role as antimicrobial, acting selectively over potential pathogens but not over symbiotic microbial communities; a low toxic effect over the animal and its human consumer; and a low risk of environmental pollution. Despite the growth of commercialization of Ag NPs, little is known about the environmental effects of the widespread use of the products containing AgNPs. As low as just a few ng L−1, can affect prokaryotes, invertebrates and fish indicating a significant potential risk to the environment. Mechanisms of toxicity are still poorly understood although it seems clear that in some cases nanoscale specific properties may cause biouptake and toxicity above that caused by the dissolved Ag ions. The present study reviews the proceeding research works on toxcicity of Ag NPs along with some recommendations for better understanding of the role of nanoscale silver particles in environmental and ecotoxicological researchs.

Key words: Silver nanoparticles, Toxicological effect, Pollution of biological and ecological systems.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


* نویسنده مسئول: نعمت ضیائی                                تلفن: 43347061-034                     Email: nematziaei@yahoo.com

[1] NP-tailored assay

[2] In vitro

[3] In vivo

[4] Oxidative stress

[5] Pro-inflammatory signaling cascades

[6]Cellular barrier

[7] Flow field- flow fraction and inductively coupled plasma spectrometry (FIFFF- ICPMS)

[8] Kinetic of loss

[9] Ceriodaphnia dubia

[10] Suwanee river

[11] Invivo

[12] Lethal concenteration (LC)

[13] Branchial epithelial cell

[14] Juenile zebrafish

[15] Japanese medaka

[16] Zebrafish

[17] Daphnia spp

[18] Thiol

[19] Pits

[20] E. coli

[21] Reactive oxygen species

* Corresponding Author: Ziaei N.             Tel:034-43347061                 Email: nematziaei@yahoo.com

References

 

Amato I (2005). Nanotechnologists seek biological niches. Cell 123: 967-970.
Amro NA, Kotra LP, Wadu-Mesthrige K, Bulychev A, Mobashery S, Liu G-Y(2000). High resolution atomic force microscopy studies of the Escherichia coli outer membrane: structural basis for permeability. Langmuir 16: 2789–2796.
Asharani PV, Wu YL, Gong ZY, Valiyaveettil S (2008). Toxicity of silver nanoparticles in zebrafish models. Nanotechnology 19.
Atiyeh BS, Costagliola M, Hayek SN, Dibo SA (2007). Effect of silver on burn wound infection control and healing. Burns 33: 139-148.
Bahraini L, Hasanabadi M, Memarian H, Ziaei N (2010). The effect of nanosilver on immune sytem, blood parameters and performance of broiler chickens. MSc Thesis, Zanjan University.
Bar-Ilan O, Albrecht RM, Fako VE, Furgeson DY (2009). Toxicity assessments of multisized gold and silver nanoparticles in zebrafish embryos. Small 5: 1897–1920.
Benn TM, Westerhoff  P (2008). Nanoparticle silver released into water from commercially available sock fabrics. Environmental  Science Technology 42: 4133–4139.
Beveridge TJ, Hughes MN, Lee H (1996). Metal Microbe Interactions: Contemporary Approaches. Advanced Microbiology Physiology 38: 177–243.
Bhabra G, Sood A, Fisher B, Cartwright L, Saunders M, Evans WH, Surprenant A, Lopez-Castejon G, Mann S, Davis SA, Hails LA, Ingham E, Verkade P, Lane J, Heesom K, Newson R, Case CP (2009). Nanoparticle scan cause DNA damage across a cellular barrier. National nanotechnology 4: 876-883.
Bian SW, Mudunkotuwa IA, Rupasinghe T, Grassian VH (2011). Aggregation and dissolution of 4 nm ZnO nanoparticles in aqueous environments: influence of pH, ionic strength, size, and adsorption of humic acid. Langmuir 27: 6059–6068.
Bielmyer GK, Bell RA, Klaine SJ (2002). Effects of ligand-bound silver on Ceriodaphnia dubia. Environmental Toxicological Chemistry 21: 2204–2208.
Bielmyer GK, Grosell M, Brix KV (2006). Toxicity of silver, zinc, copper, and nickel to the copepod Acartia tonsa exposed via a phytoplankton diet. Environmental Science Technology 40: 2063–2068.
Bilberg K, Malte H, Wang T, Baatrup E (2010). Silver nanoparticles and silver nitrate cause respiratory stress in Eurasian perch (Perca fluviatilis). Aquatic Toxicology 96: 159–165.
Birge W, Zuiderveen J (1995). The comparative toxicity of silver to aquatic biota. Proceedings, 3rd Argentum International Conference on the Transport, Fate, and Effects of Silver in the Environment. Washington, DC.
Blaser SA, ScheringerM, MacLeod M, Hungerbühler K (2008). Estimation of cumulative aquatic exposure and risk due to silver: contribution of nano-functionalized plastics and textiles. Science Total Environmentent 390: 396–409.
Bondy SC, Campbell A (2005). Developmental neurotoxicology. Journal of Neuroscience Research 81: 605–612
Boxall AB, Tiede K, Chaudhry Q (2007). Engineered nanomaterials in soils and water: how do they behave and could they pose a risk to human health? Nanomedicine 2: 919–927.
Bragg PD, Rainnie DJ (1974). The effect of silver ions on the respiratory chain of Escherichia coli. Canadian  Journal of  Microbiology 20: 883–889.
Bury NR, Wood CM (1999). Mechanism of branchial apical silver uptake by rainbow trout is via the proton-coupled Na+ channel. American Journal Physiology Regular Integrative Comparative Physiology 277: R1385–1391.
Capek I (2004). Preparation of metal nanoparticles in water-in-oil (w/o) microemulsions. Advanced Colloid Interface Science 110: 49–74.
Castranova V (2011). Overview of current toxicological knowledge of engineered nanoparticles. Journal of Occupation Environmental Medicine 53: S14–S17.
Catalina M,  Eric M, Hoek V (2010). A review of the antibacterial effects of silver nanomaterials and potential implications for human health and the environment. Journal of Nanoparticle Research 12: 1531–1551.
Chae YJ, Pham CH, Lee J, Bae E, Yi J, Gu MB (2009). Evaluation of the toxic impact of silver nanoparticles on Japanese medaka (Oryzias latipes). Aquatic Toxicology 94: 320–327.
Choi O, Deng KK, Kim NJ, Ross L, Surampalli RY, Hu ZQ (2008). The inhibitory effects of silver nanoparticles, silver ions, and silver chloride colloids on microbial growth. Water Research 42: 3066–3074.
Choi O, Hu ZQ (2008). Size dependent and reactive oxygen species related nanosilver toxicity to nitrifying bacteria. Environmental Science Technology42: 4583–4588.
Colognato R, Bonelli A, Ponti J, Farina M, Bergamaschi E, Sabbioni E, Migliore L (2008). Comparative genotoxicity of cobalt nanoparticles and ions on human peripherial leukocytes in vitro. Mutagenesis 23: 377-382.
Davis JM, Addison J, Bolton RE, Donaldson K, Jones AD, Smith T (1986). The pathogenicity of long versus short fibre samples of amosite asbestos administered to rats by inhalation and intraperitonial injection. British Journal of Experimental Pathology 67: 415-430.
Di Gioacchino M, Verna N, Gornati R, Sabbioni E, Bernardini G (2009). Metal nanopsrticle health risk assessment. In nanotoxicity: From in vivo and in vitro models to health risks. Sahu Sc Ed. Wiley. 
Fabrega J, Renshaw JC, Lead JR (2009b). Interactions of silver nanoparticles with Pseudomonas putida biofilms. Environmental Science Technology 43: 9004–9009.
Fantel AG (1996). Reactive oxygen species in developmental toxicity: review and hypothesis. Teratology 53: 196–217.
Feng QL, Wu J, Chen GO, Cui FZ, Kim TN, Kim JO (2000). A mechanistic study of the antibacterial effect of silver ions on Escherichia coli and Staphylococcus aureus. Journal of  Biomedical Material Research  52: 662–668.
Finnell RH, Waes JG, Eudy JD, Rosenquist TH (2002). Molecular basis of environmentally induced birth defects. Annual Review Pharmacological Toxicology 42: 181–208.
Foldbjerg R, Dang DA, Autrup H (2011). Cytotoxicity and genotoxicity of silver nanoparticles in the human lung cancer cell line A549. Archive Toxicology 85: 743–750.
Foldbjerg R, Olesen P, Hougaard M, Dang DA, Hoffmann HJ, Autrup H (2009). PVP-coated silver nanoparticles and silver ions induce reactive oxygen species, apoptosis and necrosis in THP-1 monocytes. Toxicology Letters 190: 156–162.
Fondevila M, Herrer R, Casallasa MC, Abeciaa L, Duchab JJ (2008). Silver nanoparticles as a potential antimicrobial additive for weaned pigs. Animal Feed Science Technology 150: 259-269.
Gao J, Youn S, Hovsepyan A, Llaneza VL, Wang Y, Bitton G (2009). Dispersion and toxicity of selected manufactured nanomaterials in natural river water samples: effects of water chemical composition. Environmental Science Technology 43: 3322–3328.
Geranio L, Heuberger M, Nowack B (2009). The behavior of silver nanotextiles during washing. Environmental Science Technology 43: 8113–8118.
Gottschalk F, Sonderer T, Scholz RW, Nowack B (2009). Modeled environmental concentrations of engineered nanomaterials (TiO2, ZnO, Ag, CNT, fullerenes) for different regions. Environmental Science Technology 43: 9216–9222.
Griffitt RJ, Luo J, Gao J, Bonzongo JC, Barber DS (2008). Effects of particle composition and species on toxicity of metallic nanomaterials in aquatic organisms. Environmental Toxicological Chemistry 27: 1972–1978.
Grosell M, De Boeck G, Johannsson O, Wood CM (1999). The effects of silver on intestinal ion and acid–base regulation in the marine teleost fish, Papophrys vetulus. Comparative Biochemistry Physiological Toxicological Pharmacology 124: 259–270.
Grudzien M and Sawosz E (2006). The influence of silver nanoparticles on chick embryo development and bursa Fabricius morphology. Animal Feed Science 15: 111-115.
Han DW, Lee MS, Lee MH, Uzawa M, Park JC (2005). The use of silver-coated ceramic beads for sterilization of Sphingomonas sp. in drinking mineral water. World Journal of Microbiology Biotechnology 21: 921–924.
Hassellov M, Readman JW, Ranville JF, Tiede K (2008). Nanoparticle analysis and characterization methodologies in environmental risk assessment of engineered nanoparticles. Ecotoxicology 17: 344–361.
Hill WR (1941). Argyria: the pharmacology of silver. South Medical Journal 34:340.
Hogstrand C, Wood CM (1998). Toward a better understanding of the bioavailability, physiology and toxicity of silver in fish: implications for water quality criteria. Environmental Toxicological Chemistry 17: 547–561.
Irons TD, Macphail RC, Hunter DL, Padilla S (2010). Acute neuroactive drug exposures alter locomotor activity in larval zebrafish. Neurotoxicologicl Teratology 32: 84–90.
Janes N, Playle RC (1995). Modeling silver-binding to gills of rainbow trout (Onchorrynchus mykiss). Environmental Toxicological Chemistry 14: 1847–1858.
Kaegi R, Ulrich A, Sinnet B, Vonbank R, Wichser A, Zuleeg S (2008). Synthetic TiO2 nanoparticle emission from exterior facades into the aquatic environment. Environmental  Pollution 156: 233–239.
Kane AB, Hurt RH (2008). Nanotoxicology the asbestos analogy revisited. National Nanotechnology 3: 378-379.
Kawata K, Osawa M, Okabe S (2009). In vitro toxicity of silver nanoparticles at noncytotoxic doses to HepG2 human hepatoma cells. Environmental Science Technology 43: 6046–6051.
Kim JS, Kuk E, Yu KN, Kim JH, Park SJ, Lee HJ (2007). Antimicrobial effects of silver nanoparticles. Nanomedical Nanotechnology Biology Medicine 3: 95-101.
Kim S, Choi JE, Choi, Chung J, Park KH, Yi K, Ryu J (2009). Oxidative stressdependent toxicity of silver nanoparticles in human hepatoma cells. Toxicological In Vitro 23:  1076–1084.
Kim S, Lim YT, Soltesz EG, De Grand Am, Lee J, Nakayama A, Parker JA, Mihljevic T, Laurence REG, Dor DM, Cohn LH, Bawendi MG, Frangioni JV (2004). Near-infrared fluorescent type II quantum dots for sentinel lymph node mapping. National Biotechnology 22: 93-97.
Köhler AR, Som C, Helland A, Gottschalk F (2008). Studying the potential release of carbon nanotubes throughout the application life cycle. Journal of Cleaner Production 16: 927–937.
Kumar R, Howdle S, Munstedt H (2005). Polyamide/silver antimicrobials: Effect of filler types on the silver ion release. Journal of Biomedical  Material  Research  Part B: Applied Biomaterial 75B: 311–319.
Kvitek L, Vanickova M, Panacek A, Soukupova J, Dittrich M, Valentova E (2009). Initial study on the toxicity of silver nanoparticles (nps) against Paramecium caudatum. Journal of  Physics Chemistry C 113: 4296–4300.
Landsiedel R, Ma-Hock L, Kroll A, Hahn D, Schnekenburger J, Wiench K, Wohlleben W(2010). Testing metal-oxide nanomaterials for human safety. Advanced Material  22:  2601–2627.
Le Pape H, Solano-Serena F, Contini P, Devillers C, Maftah A, Leprat P (2004). Involvement of reactive oxygen species in the bactericidal activity of activated carbon fibre supporting silver; bactericidal activity of ACF(Ag) mediated by ROS. Journal of Inorganic Biochemistry 98: 1054–1060.
Lee KJ, Nallathamby PD, Browning LM, Osgood CJ, Xu XHN (2007). In vivo imaging of transport and biocompatibility of single silver nanoparticles in early development of zebrafish embryos. ACS Nanotechnology 1: 133–143.
Liu J, Hurt RH (2010). Ion release kinetics and particle persistence in aqueous nano-silver colloids. Environmental Science Technology 44: 2169–2175.
Lok CN, Ho CM, Chen R, He QY, Yu WY, Sun H (2007). Silver nanoparticles: partial oxidation and antibacterial activities. Journal of Biological Inorganic Chemistry 12: 527–534.
Luoma SN (1983). Bioavailability of trace metals to aquatic organisms—a review (1983) Science Total Environment 28: 1-22.
Luoma SN (2008). Silver nanotechnologies and the environment: old problems and new challenges? Washington DC: Woodrow Wilson International Center for Scholars or The PEW Charitable Trusts.
Luoma SN, Ho YB, Bryan GW (1995). Fate, bioavailability and toxicity of silver in estuarine environments. Marine Pollutant Bulletin 31: 44–54.
Luoma SN, Rainbow PS (2005). Why is metal bioaccumulation so variable? Biodynamics as a unifying concept. Environmental Science Technology39: 1921–1931.
Luoma SN, Rainbow PS (2008). Metal contamination in aquatic environments: science and lateral management. Cambridge: Cambridge University Press.
Malygin AG, Ponomareva VD (2008). carbon dioxide of air inhibits the formation of silver nanoparticles initiated by proteins in polyacrylamide gel and in solution.  Bioorg.Khim 34: 764–772.
Malygin AG, Sultanova DO (2002). Air carbon dioxide prevents proteins from being developed by silver staining in polyacrylamide gel. Dokl. Akad. Nauk 386: 124–126.
Mantovani A (2010). Molecular pathways linking inflammation and cancer. Current Molecullar Medicine 10: 369-373.
Marambio-Jones C, Hoek EMV (2010). A review of the antibacterial effects of silver nanomaterials and potential implications for human health and the environment.
materials: nanotoxicology and beyond. Toxicol. Sci. 120 : S109–S129.
Mattson MP, Gleichmann M, Cheng A (2008). Mitochondria in neuroplasticity and neurological disorders, Neuron 60: 748–766.
Maynard, AD, Warheit DB, Philbert MA( 2011). The new toxicology of sophisticated
Morgan IJ, Henry RP, Wood CM (1997). The mechanism of acute silver nitrate toxicity in freshwater rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) is inhibition of gill Na+ and Cl−1 transport. Aquatic Toxicology 38:145–163.
Morones JR, Elechiguerra JL, Camacho A, Holt K, Kouri JB, Ramírez JT (2005). The bactericidal effect of silver nanoparticles. Nanotechnology 16: 2346–2353.
Mudunkotuwa IA, Grassian VH (2011). The devil is in the details (or the surface): impact of surface structure and surface energetics on understanding the behavior of nanomaterials in the environment. Journal of  Environmental Monitoring 13: 1135–1144.
Mueller NC, Nowack B (2008). Exposure modeling of engineered nanoparticles in the environment. Environmental Science Technology 42: 4447–4453.
Navarro E, Baun A, Behra R, Hartmann NB, Filser J, Miao AJ (2008a). Environmental behavior and ecotoxicity of engineered nanoparticles to algae, plants, and fungi. Ecotoxicology 17: 372–386.
Navarro E, Piccapietra F, Wagner B, Marconi F, Kaegi R, Odzak N (2008b). Toxicity of silver nanoparticles to Chlamydomonas reinhardtii. Environmental  Science Technology 42:  8959–8964.
Nel A (2005). Air pollution-related illness: effects of particles. Science 308: 804-806.
Nel A, Xia T, Madler L, Li N (2006). Toxic potential of materials at the nano level. Sience 311: 622-627.
Nel AE, Madler L, Velegol D, Xia T, Hoek EM, Somasundaran P, Klaessig F, Castranova V, Thompson M (2009). Understanding biophyusicochemical interactions at the nano-bio interface. National  Material 8: 543-557.
Nicholson FA, Smith SR, Alloway BJ, Carlton-Smith C, Chambers BJ (2003). An inventory of heavy metals inputs to agricultural soils in England and Wales. Science Total Environment 311: 205–219.
Pal S, Tak YK, Song JM (2007). Does the antibacterial activity of silver nanoparticles depend on the shape of the nanoparticle? A study of the gram-negative bacterium Escherichia coli. Applied  Environmental Microbiology 73: 1712–1720.
Papageorgiou I, Yin Z, Ladon D, Baird D, Lewis AC, Sood A, Newson R, Learmonth ID, Case CP (2007). Genotoxic effects of particles of surgical cobalt chrome alloy on human cells of different age in vitro. Mutant Research 619: 45-58.
Papsi E, Rossi F, Raspanti M, Dalle-DonneI, Colombo G, Milzani A, Bernardini G, Gornati R (2009). Engineered cobalt oxide nanoparticles readily enter cells. Toxicoilogy Letters 189: 253-259.
Paquin PR, Gorsuch JW, Apte S, Batley GE, Bowles KC, Campbell PGC (2002). The biotic ligand model: a historical overview. Comparative Biochemistry Physiology C Toxicology Pharmacology133: 3-35.
Park EJ, Cho WS, Jeong J, Yi J, Choi K, Park K (2009). Pro-inflammatory and potential allergic responses resulting from B cell activation in mice treated with multi-walled carbon nanotubes by intratrachial instillation. Toxicology 259: 113-121.
Parng C, Roy NM, Ton C, Lin Y, McGrath P (2007). Neurotoxicity assessment using zebrafish. Journal of  Pharmacological Toxicology Methods 55: 103–112.
Percival SL, Bowler PG and Russell D (2005). Bacterial resistance to silver in wound care. Hospital Infection 60: 1-7.
Peters K, Unger RE, Gatti AM, sabbioni E, Tasryk R, Kirkpatrick CJ (2007). Metallic nanoparticles exhibit paradoxical effects on oxidative stress and pro-inflammatory response in endothelial cell invitro. International Immunopathological pharmacology 20: 685-695.
Poland CA, Duffin R, Kinloch I, Maynard A, Wallace WA, Seaton A, Stone V, Macnee W, Donaldson K (2008). Carbon nanotubes introduced into the abdominal cavity of mice show asbestos-likepathogenecity in a pilot study. National Nanotchnology 3: 423-428.
Ponti J, sabbioni E, Munaro B, Broggi F, Marmorato P, Franchini F, Colognato R, Rossi F (2009). genotoxicity and morphological transformation induced by cobalt nanoparticles and cobalt chloride: an in vitro study in Balb/3T3 mouse fibroblasts. Mutagenesis 24:  439-445.
Powers CM, Yen J, Linney EA, Seidler FJ, Slotkin TA (2010). Silver exposure in developing zebrafish (Danio rerio): Persistent effects on larval behavior and survival.  Neurotoxicology and Teratology 32: 391–397.
Pshennikova ES, Filippovich SY, Bachurina GP, Ponomareva VD, Malygin AG (2011). The different effects of carbon dioxide on the toxicity of silver ions for prokaryotic and eukaryotic microorganisms. Izvestiya Akademii Nauk Seriya Biologicheskaya  3: 354–357.
Puzyn T, Leszczynska D, Leszczynski J (2009). Toward the development of “nano-qsars”: advances and challenges. Small 5: 2494–2509.
Ratte HT (1999). Bioaccumulation and toxicity of silver compounds: a review. Environmental Toxicology Chemistry 18: 89-108.
Roh JY, Sim SJ, Yi J, Park K, Chung KH, Ryu DY (2009). Ecotoxicity of silver nanoparticles on the soil nematode Caenorhabditis elegans using functional ecotoxicogenomics. Environmental  Science Technology 43: 3933–3940.
Rosen JE, Prahalad AK, Williams G (1996). 8oxodeoxyguanosine formation in the DNA of cultured cells after exposure to H202 alone or with UVB or UVA irradiation. Photochemistry Photobiology 64: 117-122.
Rosenman KD, Moss A, Kon S (1979). Argyria: clinical implications of exposure to silver nitrate and silver oxide. Journal of Occupation Environmental  Medicine 21: 430–435.
Rungby J, Danscher G (1983). Neuronal accumulation of silver in brains of progeny from argyric rats. Acta Neuropathology 61: 258–262.
Sager TM, Kommineni C, Castranova V (2008). Pulmomary response to intratrachial instillation of ultrafine versus fine titanium dioxide: role of particle surface area. Part Fibre Toxicology 5: 17.
Samuelsen M, Nygaard UC, Lovick M (2009). Particle size determines activation of the innate immune system in the lung. Scandinavian Immunology 69: 421-428.
Sawosz E, Binek M, Grodzik M, Zielinska M, Sysa P, Szmidt M (2007). Influence of hydrocolloidal silver nanoparticles on gastrointestinal microflora and morphology of enterocytes of quails. Archive of Animal Nutrition 61: 444–451.
Sawosz E, Grodzik M, Zieliska M, Niemiec T, Olszaska B, Chwalibog A (2009). Nanoparticles of silver do not affect growth, development and DNA oxidative damage in chicken embryos Archive Geflügelk 73: 208–213
SCENIHR (Scientific Committee on Emerging and Newly Identified Health Risks) (2006). Opinion consultation on the appropriateness of existing methodologies to assess the potential risks associated with engineered and adventitious products of nanotechnologies.
SCENIHR (Scientific Committee on Emerging and Newly Identified Health Risks) (2009). Risk assessment of products of nanotechnologies.
Schins RP, Knaapen AM (2007). Genotoxicology of poorly soluble particles. Inhalation Toxicology 19: 189-198.
Schrand AM, Rahman MF, Hussain SM, Schlager JJ, Smith DA, Syed AF (2010). Metal-based nanoparticles and their toxicity assessment. Wiley Interdisciplinary Review Nanomedicine Nanobiotechnology 2: 544–568.
Schreurs WJ, Rosenberg H (1982). Effect of silver ions on transport and retention of phosphate by Escherichia coli. Journal of Bacteriology 152: 7–13.
Scown T, Santos E, Johnston B, Gaiser B, Baalousha M, Mitov S (2010). Effects of aqueous exposure to silver nanoparticles of different sizes in rainbow trout. Toxicological Science115: 521–534.
Sharpe S, Mackay D (2000). A framework for evaluating bioaccumulation in food webs. Environmental Science Technology 34: 2373–2379.
Shavlovski MM, Chebotar NA, Konopistseva LA, Zakharova ET, Kachourin AM, Vassiliev VB, Gaitskhoki VS (1995). Embryotoxicity of silver ions is diminished by ceruloplasmin further evidence for its role in the transport of copper. Biometals 8: 122–128.
Sondi I, Salopek-Sondi B (2004). Silver nanoparticles as antimicrobial agent: a case study on E-coli as a model for gram-negative bacteria. Journal of Colloid Interface Science 275:  177–182.
Taghizadeh F, Karmi Torshizi MA, Rahimi S (2011). Comparison of nanosilver and in-feed disinfectants on layer performance and intestinal microflora and yolk cholesterol. Journal of Animal Production 13: 49-58.
Talalay p, Fahey JW, Holtzclaw WD, Prestera T, Zhang Y (1995). Chemoprotection against cancer by phase 2 enzyme induction. Toxicology Letters 82: 173-179.
Veltman K, Huijbregts MAJ, Kolck MV, Wang W-X, Hendriks AJ (2008). Metal bioaccumulation in aquatic species: quantification of uptake and elimination rate constants using physicochemical properties of metals and physiological characteristics of species. Environmental Science Technology 42: 852–858.
Waibel PE, Halvorson JC, Noll SL, Hoffbeck SL (1991). Influence of virginiamycin on growth and efficiency of large white turkeys. Poultry Science 70: 837-847.
Wang W-X, Fisher NS (1999). Assimilation efficiencies of chemical contaminants in aquatic invertebrates: a synthesis. Environmental Toxicology Chemistry18: 2034–2045.
Wood CM, Hogstrand C, Galvez F, Munger RS (1996). The physiology of waterborne silver toxicity in freshwater rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) 1. The effects of ionic Ag+. Aquatic Toxicology 35: 93.
Woodrow W(2009). Consumer products inventory Project on emerging nanotechnologies, a project of the WoodrowWilson International Center for Scholars.
Xu X, Brownlow W, Kyriacou S, Wan Q, Viola J (2004). Real-time probing of membrane transport in living microbial cells using single nanoparticle optics and living cell imaging. Biochemistry 43: 10400–10413.
Yeo MK, Kang M (2008). Effects of nanometer sized silver materials on biological toxicity during zebrafish embryogenesis. Bull Korean Chemistry Society 29: 1179–1184.
Yeo MK, Pak SW (2008). Exposing zebrafish to silver nanoparticles during caudal fin regeneration disrupts caudal fin growth and p53 signaling. Molecular Cell Toxicology 4: 311–317.
Yeo MK, Yoon JW (2009). Comparison of the effects of nano-silver antibacterial coatings and silver ions on zebrafish embryogenesis. Molecular Cell Toxicology 5: 23–31.
Yoon K-Y, Hoon Byeon J, Park J-H, Hwang J (2007). Susceptibility constants of Escherichia coli and Bacillus subtilis to silver and copper nanoparticles. Science Total Environment 373: 572–575.
Zargaran Esfahani H, Sharifi SD, Barin A, Afzalzadeh A (2010). Influence of silver nanoparticles on performance and carcass properties of broiler chicks. Iranian Journal of Animal Science 41: 137-143
Zhou B, Nichols J, Playle RC, Wood CM (2005). An in vitro biotic ligand model (BLM) for silver binding to cultured gill epithelia of freshwater rainbow trout (Oncorhynchus mykiss). Toxicological Applied Pharmacology 202: 25.
 
Agricultural Biotechnology Journal
Volume 6, Issue 3 - Serial Number 3
October 2014
Pages 121-148

Files

Share

How to cite

Statistics