In uno degli studi di laboratorio più completi del suo genere, Gli scienziati della Rice University hanno tracciato l'assorbimento e l'accumulo di nanoparticelle di punti quantici dall'acqua alle radici delle piante, foglie di piante e bruchi che si nutrono di foglie.

Lo studio, uno dei primi ad esaminare come le nanoparticelle si muovono attraverso le catene alimentari rilevanti per l'uomo, hanno scoperto che l'accumulo di nanoparticelle sia nelle piante che negli animali variava in modo significativo a seconda del tipo di rivestimento superficiale applicato alle particelle. La ricerca è disponibile online sulla rivista dell'American Chemical Society Scienze e tecnologie ambientali .

"Con l'aumento dell'uso industriale delle nanoparticelle, ci sono sempre più domande su come si muovono nell'ambiente e se possono accumularsi ad alti livelli nelle piante e negli animali che le persone mangiano, ", ha affermato la coautrice dello studio Janet Braam, professore e presidente del Dipartimento di Bioscienze della Rice.

Braam e colleghi hanno studiato l'assorbimento dei punti quantici fluorescenti di Arabidopsis thaliana , una specie vegetale spesso studiata che è un parente della senape, broccoli e cavolo cappuccio. In particolare, il team ha osservato come i vari rivestimenti superficiali influenzano il modo in cui i punti quantici si spostano dalle radici alle foglie e come le particelle si accumulano nelle foglie. Il team ha anche studiato come si comportavano i punti quantici quando i bruchi chiamati cavoli loopers ( Trichoplusia ni ) nutrito con foglie di piante contenenti punti quantici.

"L'impatto dell'assorbimento delle nanoparticelle sulle piante stesse e sugli erbivori che se ne nutrono è una questione aperta, " ha detto il primo autore dello studio Yeonjong Koo, un associato di ricerca post-dottorato nel laboratorio di Braam. "Pochissimo lavoro è stato fatto in questo settore, soprattutto nelle piante terrestri, che sono la pietra angolare delle reti alimentari umane."

alcune tossine, come mercurio e DDT, tendono ad accumularsi in concentrazioni più elevate man mano che risalgono la catena alimentare dalle piante agli animali. Non è noto se anche le nanoparticelle possano essere soggette a questo processo, noto come biomagnificazione.

Mentre ci sono centinaia di tipi di nanoparticelle in uso, Koo ha scelto di studiare i punti quantici, frammenti submicroscopici di semiconduttori che brillano intensamente alla luce ultravioletta. Le particelle fluorescenti, che contenevano cadmio, selenio, zinco e zolfo, potrebbero essere facilmente misurati e visualizzati nei test. Inoltre, il team ha trattato la superficie dei punti quantici con tre diversi rivestimenti polimerici:uno caricato positivamente, una carica negativa e una neutra.

"Nelle applicazioni industriali, le nanoparticelle sono spesso rivestite con un polimero per aumentare la solubilità, migliorare la stabilità, migliorare le proprietà e per altri motivi, " ha detto il coautore dello studio Pedro Alvarez, professore e presidente del Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale della Rice. "Ci aspettiamo che i rivestimenti superficiali svolgano un ruolo significativo nel determinare se e come i nanomateriali possano accumularsi nelle reti trofiche".

Precedenti studi di laboratorio avevano suggerito che i rivestimenti neutri potrebbero causare l'aggregazione delle nanoparticelle e la formazione di grumi così grandi da non potersi spostare facilmente dalle radici di una pianta alle foglie. Gli esperimenti lo hanno confermato. Dei tre tipi di particelle, solo quelli con rivestimenti carichi si muovevano facilmente attraverso le piante, e solo le particelle caricate negativamente evitavano del tutto l'aggregazione. Lo studio ha anche scoperto che il tipo di rivestimento ha influito sulla capacità delle piante di biodegradarsi, o abbattere, i punti quantici.

Koo e colleghi hanno scoperto che i bruchi che si nutrivano di piante contenenti punti quantici guadagnavano meno peso e crescevano più lentamente dei bruchi che si nutrivano di foglie non contaminate. Esaminando gli escrementi del bruco, gli scienziati sono stati anche in grado di stimare se cadmio, selenio e punti quantici intatti potrebbero accumularsi negli animali. Ancora, il rivestimento ha giocato un ruolo importante.

"I nostri test non sono stati progettati specificamente per misurare il bioaccumulo nei bruchi, ma i dati che abbiamo raccolto suggeriscono che le particelle con rivestimenti caricati positivamente possono accumularsi nelle cellule e rappresentare un rischio di bioaccumulo, " ha detto Koo. "In base ai nostri risultati, dovrebbero essere condotti più test per determinare l'entità di questo rischio in una serie più ampia di condizioni ecologiche".