Quando acquisti qualsiasi cosa, dal trucco alla vernice alla crema solare, è probabile che contenga nanoparticelle ingegnerizzate. Questi materiali su scala nanometrica hanno proprietà che stanno rivoluzionando i prodotti, dalla medicina all'agricoltura all'elettronica. Ma alla fine, quelle nanoparticelle raggiungeranno gli ambienti naturali. Per usarli in sicurezza e al massimo delle loro potenzialità, dobbiamo sapere come si comportano in ambienti reali e se quel comportamento porta a conseguenze indesiderate.
Greg Lowry, professore di ingegneria civile e ambientale alla Carnegie Mellon University, studia il comportamento e l'impatto delle nanoparticelle sull'ambiente. Un modo in cui i ricercatori hanno studiato il destino delle nanoparticelle è tracciare le nanoparticelle d'oro, perché sono stabili e facili da trovare, o così pensavano i ricercatori.
Recentemente, Lowry e la ricercatrice post-dottorato Astrid Avellan hanno fatto una scoperta rivoluzionaria:le nanoparticelle d'oro si dissolvono effettivamente in ambienti di acqua dolce, quando entrano in contatto con microrganismi presenti sulle piante acquatiche. Durante il processo di scioglimento, vengono rilasciati ioni d'oro, che si comporteranno in modo diverso dalle nanoparticelle e potrebbero essere tossici per alcuni microrganismi. Lo studio non ha misurato la tossicità, quindi questo non significa che le nanoparticelle d'oro siano dannose, anzi, comprendendo meglio il loro comportamento in ambienti biologicamente attivi, gli scienziati possono infine utilizzare questa conoscenza per progettare nanomateriali migliori. I loro risultati sono stati pubblicati in Nanotecnologia della natura .
"Questo studio ha aperto i nostri occhi sull'importanza delle piante e del microbioma vegetale nel determinare il destino dei nanomateriali ingegnerizzati negli ambienti di acqua dolce, " disse Lowry. "Queste piante, e biofilm in genere, sono importanti pozzi per i nanomateriali e sono un affascinante comparto da studiare."
Il team ha esaminato esattamente cosa causa questa trasformazione e quanto velocemente si verifica. Hanno condotto i loro test in quello che viene chiamato un mesocosmo, un ambiente d'acqua dolce naturale controllato. Il mesocosmo, ospitato presso il Center for Environmental Implications of NanoTechnology presso la Duke University, contiene terra, sedimento, acqua, impianti, insetti, pesce, e microrganismi che normalmente vivono in questi ambienti naturali. Avellan e il team di ricerca hanno rilasciato nanoparticelle d'oro nell'acqua del mesocosmo in quantità molto basse ogni settimana per imitare a lungo termine, input a bassa dose attesi dagli usi dei nanomateriali. Volevano vedere come si sarebbero comportate le nanoparticelle in un complesso, ecosistema biologicamente attivo. Dopo sei mesi scoprirono che il 70% dell'oro si stava accumulando con le piante acquatiche, e che tutte le nanoparticelle d'oro si erano dissolte e si erano trasformate in altre forme d'oro. Quando hanno dato un'occhiata più da vicino al biofilm, o una sostanza appiccicosa composta da batteri e microrganismi presenti sulle piante, hanno scoperto che i microrganismi rilasciavano cianuro che interagiva con le nanoparticelle d'oro. Le nanoparticelle d'oro si sono dissolte (o ionizzate) e hanno formato cianuro d'oro insieme ad altri complessi d'oro rimasti con le piante.
Le nanoparticelle sono aggregati di atomi che formano particelle comprese tra uno e cento nanometri, o da un centesimo a un millesimo dello spessore di un capello umano. Le loro dimensioni conferiscono nuove proprietà a vantaggio di molte applicazioni:potrebbero trattare meglio l'acqua, potrebbero uccidere i batteri su una ferita, potrebbero creare materiali più resistenti ma più leggeri.
"Abbiamo scoperto che l'oro si stava accumulando come un matto nelle piante acquatiche, che non era quello che ci aspettavamo, " disse Astrid Avellan. "Così abbiamo scavato in questo e abbiamo scoperto che l'oro era associato a queste piante, ma non era più nanoparticellare".
Questo è un importante passo avanti perché si pensava che le nanoparticelle d'oro fossero un materiale stabile, e sono stati spesso usati come traccianti per capire come si comportano i nanomateriali:se trovi le nanoparticelle allora sai dove si accumulano le nanoparticelle. I risultati di questo articolo implicano che anche le nanoparticelle metalliche relativamente inerti come l'oro possono effettivamente dissolversi quando interagiscono con il biofilm negli ambienti acquatici.
"Le interazioni dei nanomateriali con il fitobioma possono potenzialmente essere sfruttate a beneficio dell'agricoltura, " ha detto Lowry. "La comunità di ricerca sta solo iniziando a capire il ruolo del phtyobiome sulla produttività delle piante. Questo studio indica il potenziale per progettare nanomateriali che lavorino insieme al fitobioma per migliorare la produttività delle piante. Gli interventi di successo in agricoltura dovranno considerare come lavorare in sinergia con la natura".
Sebbene gli effetti della trasformazione dell'oro debbano essere studiati di più, è possibile che possa essere tossico per alcuni organismi. Gli ioni potrebbero anche spostarsi più velocemente e più lontano delle nanoparticelle, distribuendosi diversamente negli organismi e nell'ambiente. La buona notizia è che ora i ricercatori hanno scoperto come e perché si dissolvono, così possiamo essere intelligenti sugli usi e sulle applicazioni future delle nanoparticelle, anche sfruttando questo fenomeno a nostro vantaggio.
"Ora sappiamo perché e in quali condizioni le nanoparticelle d'oro si dissolvono, " ha detto Avellan. "Quindi possiamo prendere questa conoscenza e usarla a nostro vantaggio per progettare materiali migliori".
