Development of a method for monitoring reactive oxygen species generated by nanoparticles

Abstract

Nanoteknologiaa hyödynnetään eri teollisuuden aloilla, mutta toistaiseksi ei ole kehitetty standardoituja mittausmenetelmiä, joilla voitaisiin tutkia niiden turvallisuutta. Nanopartikkelien tiedetään katalysoivan reaktiivisten happiyhdisteiden (reactive oxygen species, ROS) muodostumista hapellisissa olosuhteissa. Tämän diplomityön tarkoituksena oli kehittää mittausmenetelmä, jonka avulla voidaan määrittää nanopartikkelien vaikutuksesta muodostuneiden ROS:ien määrä abioottisessa ympäristössä.

Mittausmenetelmä perustuu yhdisteeseen 2', 7'-diklorofluoresin (DCFH), jonka mittauksessa syntyneet ROS:it hapettavat. Hapettunut DCFH fluoresoi, ja mittaamalla fluoresenssin intensiteetin muutosta voidaan määrittää muodostuvien ROS:ien määrä. Mittausmenetelmää testattiin viidellä eri nanopartikkelilla (ZnO, Ti02, Al203, ZnO pinnoitettuna A1203-partikkeleilla sekä monikerroksiset hiilinanoputket). Mittauksen yhteydessä määritettiin partikkelien kokojakauma lasermikroskoopilla. Lisäksi partikkelien hydrofobisuus mitattiin MATH-testillä (microbial adhesion to hydrocarbon). Nanopartikkelien toksisuutta Aliivibrio fischeri -bakteerille tutkittiin bioluminesenssimittauksella.

Verrattaessa muodostuneiden ROS:ien määrää bioluminesenssitestin tuloksiin havaittiin, että partikkelit, jotka lisäsivät ROS:ien määrää 20 % kontrolliin nähden (Ti02, A1203, ZnO pinnoitettuna A1203-partikkeleilla), eivät olleet haitallisia, mutta ZnO-partikkelit, jotka lisäsivät ROS:ien määrää 200 % heikensivät selvästi A. fischeri -bakteerin bioluminesenssia. Kaikki partikkelit olivat hydrofobisia, ja ne agglomeroituivat vedessä. Hiilinanoputkien havaittiin absorboivan fluoresenssia, jolloin niiden muodostamien ROS:ien mittaaminen ilman sopivia kontrolleja ei ollut tällä mittausmenetelmällä mahdollista. Kyseinen mittausmenetelmä ei ole varsinainen toksisuustesti, vaan se on viitteellinen testi, jonka avulla nähdään nopeasti ja helposti, onko aihetta tutkia jotain tiettyä materiaalia tarkemmin.