그래핀 산화물의 Scenedesmus obliquus 및 Daphnia magna에 대한 독성에 대한 부식산의 영향

[Gloria]

자동번역 ; GO--그래핀 옥사이드 

그래핀 산화물의 Scenedesmus obliquus 및 Daphnia magna에 대한 독성에 대한 부식산의 영향

강조사항 ; GO는 D. magna보다 S. obliquus에 대해 더 심각한 독성을 나타냈습니다.
HA는 D. magna에 대한 GO의 독성에 대해 더 큰 완화 효과를 발휘합니다.
HA가 존재할 때 GO의 독성 메커니즘은 세 가지 측면에서 탐구되었습니다.

초록
그래핀 산화물(GO)의 광범위한 생산 및 적용은 필연적으로 수생 생태계로의 방출을 

초래했습니다. 그러나 수생 생물에 대한 GO의 독성에 대한 천연 유기물(NOM)의 

영향은 추가 조사가 필요합니다. 이 연구에서 우리는 Scenedesmus obliquus(S. obliquus)와 Daphnia magna(D. magna)를 이용하여 여러 가지 독성 시험(즉, 급성 독성 및 산화적 손상)과 D. magna를 이용한 만성 독성 시험을 수행하여 부식산(HA)이 있거나 없는 GO의 독성을 

조사했습니다. 

결과에 따르면 GO는 S. obliquus와 D. magna에 상당한 독성을 유발했으며 급성 독성에 대한 중앙 치사 농도(72h-LC50 및 48h-LC50)는 각각 20.6 및 84.2mgL−1인 반면 D. magna에 대한 만성 독성에 대한 21d-LC50은 3.3mgL−1이었습니다. 또한 HA는 GO의 S. obliquus와 D. magna에 대한 급성 독성을 각각 28.6%와 32.3% 완화했고, GO의 D. magna에 대한 만성 독성을 완화했습니다. HA가 존재할 때 GO의 독성이 감소한 것은 HA에 의한 S. obliquus와 D. magna 모두에 대한 산화적 손상의 완화, S. obliquus에 대한 표면 포위의 완화, D. magna에서의 체내 축적 때문이었습니다. 저희 연구는 GO의 유용하고 기본적인 생물 독성 데이터를 제공하며, NOM과의 상호 작용을 고려하여 GO가 자연 수생 환경에 미치는 위험을 과대평가하는 것을 방지하는 데 도움이 될 수 있습니다.

그래픽 초록

서론
새로운 종류의 탄소 나노물질인 그래핀은 벌집과 같은 구조를 가진 sp2 혼성화된 탄소 원자의 단일 층으로 구성된 2차원 결정질 물질입니다(Pretti et al., 2014). 뛰어난 전자적, 기계적, 열적 및 물리화학적 특성으로 인해 그래핀은 많은 분야(예: 진단, 약물 전달 시스템 및 암 치료)에서 사용되었습니다(Nogueira et al., 2015). 그래핀의 기능화된 형태인 그래핀 산화물(에폭시, 하이드록실 및 카르복실기를 포함하는 GO)은 뛰어난 친수성, 생체적합성, 기계적 및 전기화학적 특성을 나타내어 생명공학, 전자 및 기타 분야에서 광범위하게 응용되고 있습니다(Ruoff and Park, 2009; Liu et al., 2013). GO의 유비쿼터스 제조 및 응용으로 인해 수계 환경으로의 방출이 불가피해졌습니다.

GO는 수성 현탁액에서 응집되는 경향이 있어 결과적으로 유기체와 상호 작용할 가능성이 낮지만 독성을 일으킬 수 있습니다.GO는 수생 환경에서 박테리아(Liu 등, 2011; Zhang 등, 2016), 원생동물(Hu 등, 2015), 동물성 플랑크톤(Mesarič 등, 2013), 성체 다니오(Chen 등, 2016) 및 그 배아(Chen 등, 2015; Clemente 등, 2017; Zou 등, 2018)에 급성 독성을 일으키는 것으로 보고되었습니다.GO는 또한 조류 및 유글레나 그라실리스(Nogueira 등, 2015)(Hu 등, 2015) 내의 산화 활성에 영향을 미칠 수 있습니다. 또한 GO는 성인 Danio rerio에서 면역 독성을 일으킬 수 있습니다(Chen et al., 2016). 쉬운 배양과 높은 민감성으로 인해 수생 위험 평가의 표준 생물인 Scenedesmus obliquus(S. obliquus)와 Daphnia magna(D. magna)는 그래핀(Guo et al., 2013), 탄소 나노튜브(Stanley et al., 2016) 및 풀러렌(Chen et al., 2014)과 같은 나노 물질의 독성을 평가하는 데 사용되었습니다. S. obliquus와 D. magna에서 GO의 독성에 대한 보고가 있지만(Castro et al., 2018), 독성 메커니즘은 명확하지 않았으며 수생 생물에 대한 GO의 독성을 확인하기 위해 추가 조사가 필요했습니다.

나노물질은 일단 환경으로 방출되면 자연적으로 발생하는 거대 분자, 예를 들어 천연 유기 물질(NOM)과의 상호 작용을 통해 변형됩니다.NOM은 나노물질의 특성과 거동을 크게 수정할 가능성이 있습니다.NOM은 나노입자 표면에서 약하게 결합된 합성 캡핑제를 대체하여 나노스케일 코팅을 형성하여 나노입자의 효과를 "가립니다".따라서 표면 개질은 나노물질의 노출 특성을 결정하는 주요 요인이 될 수 있습니다(Lowry et al., 2012).흡착된 NOM 거대 분자는 나노물질의 전하 및 입체 안정화를 모두 제공하지만 브리징 응집을 초래할 수도 있으므로 그 효과는 복잡하고 예측하기 어려울 수 있습니다(Lin et al., 2017; Park et al., 2018).반면에 GO는 친수성 모서리와 더 소수성인 기저면을 가진 친수성 물질입니다(Hu et al., 2018). GO의 친수성 특성과 GO와 NOM 간의 상호 작용은 응집, 침전 및 독성 특성에 극적인 변화를 초래합니다.

GO의 양친매성 특성과 GO와 NOM 간의 상호작용은 GO의 응집, 침전 및 독성 특성에 극적인 변화를 초래합니다. 일부 연구자들은 HA가 수생 환경에 대한 나노물질의 생물 독성을 완화할 수 있는 잠재력이 있다는 것을 발견했습니다(Chen et al., 2014; Chen et al., 2015; Zhang et al., 2016; Clemente et al., 2017). 다른 연구자들은 HA의 존재가 GO의 콜로이드 안정성을 증가시키고 성장 속도에 영향을 미쳐 D. magna에 대한 그래핀 산화물의 독성을 증가시킨다는 것을 발견했습니다(Castro et al., 2018). 나노물질의 독성에 대한 HA의 효과는 불분명하고 논란의 여지가 있는 것으로 보입니다. 따라서 나노물질에 대해 수행되는 환경 위험 평가의 불확실성을 줄이기 위해 나노물질과 HA의 상호작용에 대한 추가 연구가 수행되어야 합니다.

여기서 우리는 HA의 존재 여부에 관계없이 여러 독성 시험(즉, 급성 독성, 만성 독성 및 산화적 손상 시험)을 사용하여 GO에 대한 연구를 수행했습니다. 급성 독성은 S. obliquus에서 세포 성장과 클로로필 a(Chl-a) 합성의 억제와 D. magna의 사망률로 특징지어졌습니다. D. magna에 대한 만성 독성은 부모 동물(PA)의 사망률과 자손의 생식 독성으로 나타났습니다. 반응성 산소종(ROS) 수치와 슈퍼옥사이드 디스뮤타아제(SOD) 및 카탈라아제(CAT) 활동은 GO에 의해 유도된 산화적 손상을 반영하는 데 사용되었습니다. 나아가 우리는 또한 주사 전자 현미경(SEM)과 광학 현미경을 사용하여 S. obliquus의 형태적 상태와 D. magna의 체내 축적을 확인하여 GO의 독성 메커니즘을 탐구했습니다. 우리의 연구 결과는 GO에 대한 유용하고 기본적인 생물독성 데이터를 제공하고, NOM과의 상호작용을 고려했으며, 나노물질이 자연 수생 환경에 미치는 위험을 과대평가하지 않는 방법에 대한 예를 제공합니다.