Исследование токсичности наноматериалов

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ  ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ  «УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Филиал ГОУ  ВПО УГНТУ в г. Стерлитамаке

 Кафедра  ЭРП

Курсовая

по общей  экологии

на тему «Исследование  токсичности наноматериалов»

Выполнила: ст. гр. ОС-10-31       Полушкина А.В.

Проверил:д.б.н. доцент      Зейферт Д.В.

Стерлитамак 2012

Содержание

1 Введение

2 Исследование токсичности наночастиц по зарубежным источникам

2.1 Резюме

2.2 Предисловие

2.2.1 Введение

2.2.2 Физические и химические свойства наночастиц

2.2.3 Наночастицы представляют потенциальную угрозу бактериям

2.2.4 Наночастицы разрушают целостность клеточной мембраны

2.2.5 Наночастицы вызывают окислительную токсичность, производя реактивные кислородные виды

2.2.6 Понятие текущей токсичности нано-размерных частиц бактериям

2.2.7 Испытания наночастиц на токсичность, используя бактерии как модели

2.2.8 Итоговые и будущие перспективы

3 Исследование токсичности наноматериалов в России

3.1Биологические последствия контакта гидробионтов с нано- и микрочастицами

3.1.1Проблемы экотоксикологиинаночастиц для рыб

3.1.2 Использование флуоресценции хлорофилла для оценки токсического действия наноматериалов на природный фитопланктон

3.1.3 Влияние наночастиц металлов на выживаемость 
и плодовитостьceriodaphniaaffinis

4 Заключение

5 Список литературы

1 Введение

Переход к наноразмерному состоянию органических и неорганических материалов является важнейшей чертой современного этапа развития науки  и техники. Нанотехнологии — базовый  приоритет для всех существующих отраслей, в частности, для мониторинга  среды обитания и медицины.

Активное развитие производства и использования наноматериалов приводит к загрязнению ими окружающей среды, их проникновению в живые  организмы и, в конечном итоге, влиянию  на здоровье человека. Наночастицы  способны проходить сквозь обычные  защитные барьеры организма: желудочный, плацентарный, гемато-энцефалический. Эволюция просто не создала механизмов защиты от веществ со свойствами, почти  не встречающимися в обычной среде  обитания. Хотя наноматериалы и нанотехнологии используются уже более 10 лет, однако ни один их вид, ни в одной из стран мира не был изучен в объёме, достаточном для объективной оценки рисков для здоровья, связанных с наноматериалами, и регламентации допустимого содержания наночастиц в компонентах окружающей среды.

Одними из первых объектов с уникальными свойствами, которые  известны с давних времен, являются металлические наночастицы и  образуемые ими нанокластеры.

Среди всех металлических  наноматериалов следует выделить наночастицы  золота и серебра.

Коллоидное золото известно еще с древности и использовалось в лечебных целях. Теоретические  предпосылки и имеющиеся в  литературе ограниченные экспериментальные  данные свидетельствуют о наличии  как количественных, так и качественных особенностей вредного действия наночастиц на организм по сравнению с хорошо изученными порошками и производственными пылями, в которых основная масса вещества приходится на микрочастицы. Очень большая удельная поверхность наноматериалов и её особые свойства обусловливают усиление тех первичных механизмов токсичности, которые связаны с процессами растворения вещества, сорбции биомакромолекул, взаимодействия с мембранами. Размеры наночастиц существенно изменяют кинетику распределения вещества в организме, делая возможным биологически значимое накопление его в таких клетках-мишенях и субклеточных структурах, которые для микрочастиц того же вещества практически недоступны. Поэтому вполне возможно, что даже практически нерастворимые и малотоксичные вещества, не создававшие серьёзных гигиенических проблем, в наносостоянии окажутся существенным фактором риска для здоровья.

Рассмотрим  проблему мониторинга воздействия наноматериалов на окружающую среду и здоровье человека на примере статьи«ToxicityofMetallicNanoparticlesinMicroorganisms»[1].

2 Исследование токсичности наночастиц по зарубежным источникам

2 .1. Резюме. Недавние открытия в синтезе и разработке наночастиц (NPs) для широкого применения, приводят к серьезной угрозекак здоровью человека, так и  окружающей среде. NPs являются высоко реактивными и каталитическими в природе по сравнению с их ионами и таким образом применяются в различных областях, включая доставку лекарственных средств, электронику, оптику, и терапию. Из-за этого, в промышленном отношении производятся много вариантовNPs в большом количестве. Эти NPs выделяются в окружающую среду и таким образом обеспечивают попадание в пищевую цепь через микроорганизмы, и в конечном счете нарушают экологический баланс. NPs токсичны к живым организмам, главным образом, из-за их небольшого размера (> 100 нм), большого отношения поверхности к объему и высоко реактивных аспектов. Микроорганизмы, включая бактерии, существующие в естественнойэкосистеме, являются основными целями для NPs. Прежде, чем эти NPs вступают в пищевую цепь, необходимо оценить токсичность, связанную с NPs в микроорганизмах. Самый удобный и быстрый путь - выполнить анализ токсичности, используя микроорганизмы, такие как бактерии. Токсичность наноматериалов, использующихся микроорганизмами, таких какE.coli, Pseudomonas, Bacillus, как модели для прокариотов,выдает ядовитые воздействия NPs. Токсичность, связанная с NPs в микроорганизмах, главным образом, связана с их нано-размером, который вызывает мембранную дезорганизацию, развитиереактивных кислородных разновидностей (ПЗУ) и в некоторых случаях, окислительное повреждение ДНК. В этой обзорной статье мы описали токсичность различных наночастиц для бактерий, оценили нанотоксичность и обсудили текущий статус воздействия токсичности на микроорганизмы.

2.2. Предисловие

2.2.1 Введение

Металлические наночастицы-самые  важные катализаторы, чем меньше металлические  частицы (<100 нм), тем больше фракция  металлических атомов, которые выставлены в поверхностях, где они доступны для молекулы и для катализа. Из-за этого у наночастиц имеются необычные  физические и химические свойства, которые существенно отличаются от тех обычных материалов, того же самого состава. Уникальные особенности металлическихнаночастиц (NPs) привлекли большое внимание для их многообещающего применения в оптическом, электрическом, механическом, химическом и медицинском использовании. Однако, в настоящее время не ясно, причиняют ли эти наночастицы вред здоровью человека и окружающей среде. Поэтому, эксплуатация полного потенциала нанотехнологий требует пристального внимания к токсичности наночастиц для живых клеток.

В настоящее время, наноматериалы, которые, как известно, являются ядовитыми, можно классифицировать на  четыре типа: (1) наноматериалы, базирующиеся на углероде, которые главным образом  сделаны из углерода в форме полых  сфер, эллипсоидов (fullerenes), или труб (nanotubes). Они, как известно, накапливаются  в живых клетках. Это причины  легочной токсичности.(Lametal. 2004; Magrezetal. 2006; Porteretal. 2006; Weietal. 2007); (2) наноматериалы, базирующиеся на металлах, включая квантовые точки, различных металлических NPs, такиекакAu, Ag, Pt, иFePtNPs (Lengkeидр. 2006; Maenosonoидр. 2007; Moronesидр. 2005), и металлических окисей, такихкакTiO2, ZnO2, Fe3O4, Al2O3, CrO3, иSiO2.У них есть отрицательные воздействия, главным образом, вызывающие окислительное напряжение, апоптоз, воспаление эндотелиальных клеток, и экотоксичность ((Bormetal. 2006; Gojovaetal. 2007; Heinlaanetal. 2008; JengandSwanson 2006); (3) наноматериалы, основанные на металло-древесном полимере, составлены из металлов, размером с наночастицы, совместно с органическими полимерами, используемыми в молекулярной электронике и катализе. Например, растворимое в воде звездообразное органика-железо.Окислительно-восстановительные катализаторы используются для нитрата и нитрита, катодного восстановления в воде, и электронного резервуара, служащего молекулярными батареями и примером C60(Astruc и др. 2003; Caminade и Majoral 2004; Partha и др. 2007). Наконец, (4) металлические соединения NPs, которые комбинируются из двух различных NPs, формируют материалы, такие как Fe-PtNPs. Соединения наноматериалов, такие как глина, размером с наночастицу, используются, чтобы увеличить механический, тепловой, барьер, огнезащитный состав. (Subramanian и др. 2003). Такой сложный металл NPs (Fe-Pt) вызывает мутагенность у бактерий (Maenosono и др. 2007). И металло-древесные полимеры и металлические соединения NP представляют токсичность, которая связана с металлическим NPs, как отмечено в двух вышеупомянутых случаях (1 и 2).

Такие наноматериалы, как  фуллерены (C6О)и углеродные нанотрубки имеют много интересных и уникальных свойств, полезных во многих биологических  и биомедицинских системах и устройствах, и наконец, входят в окружающую среду (Seetharam и Sridhar 2007). Нерастворимые углеродные нанотрубки в водной фазе имеют плавучесть и поэтому плавают сверху водного  слоя и принимаются за еду и  глотаются водными организмами. Были попытки изменить углеродные нанотрубки для улучшенногобиоприменения специально для водной растворимости и биосовместимостиуглеродныхнанотрубок. В результате для различныхметодов водной дисперсии и растворении  углеродныхнанотрубок, таких как  модификацияbiofunctionalization, functionalization с гидрофильньными полимерами, и нековалентной стабилизацией сообщили (ReviewedbyLinetal. 2004). Наночастицы, базирующиеся на углероде, включая фуллерены (C60), и одностенный углерод nanotubes (SWCNT) были поглощены водными организмами и вызвали изменения в биохимии или экспрессии генов.(Oberdorster 2004; Zhuetal. 2006).

Несмотря на обширное использование  этих наноматериалов человеком, есть большая  вероятность, что NPs затрагивают здоровье человека и экомедицину. Исследования показали, что NPs приводят к увеличению бионакопления и токсичности. В  настоящее время не хватает информации о размерах, формах, составах, зависимых  от скопления взаимодействий наноструктур с биологическими системами (FischerandChan 2007). Обнако, при исследовании токсикологического воздействия прямого и косвенного применения наноматериалов на окружающую среду, не выявлено ясных руководящих  принципов, чтобы определить количество этих эффектов (Colvin 2003). Следовательно,появилась  область нанотехнологии, названнаянанотоксичностью. (Oberdorster и др. 2005b, 2007). Появился интерес  к нанотехнологическому исследованию, потому что обработка наноструктур в биологическихсистемах могла  привести к непредсказуемым эффектам из-за их отличительных свойств по сравнению с их ионами или объемными  аналогами (FischerandChan 2007).

Потенциальная опасность  произведенного NPs, их выпуска в водную среду и их вредных эффектов остается в значительной степени неизвестной (Moore 2006). Существующие отчеты о наночастицах показывают, что могут спрягаться с биологическими молекулами в естественной водной окружающей среде, заставляющей их получать разрешимые свойства, у  которых может быть отрицательное  воздействие на бактерии и другие водные организмы. Взаимодействие углеродных нанотрубок или фуллеренов с биологическими системами хорошо зарегистрировано, особенно с биологическими макромолекулами, такими как ДНК, РНК, белки так же как lysophospho-липиды (рассмотренный в Ke и Qiao 2007). Первые доказательства прямого контакта с очищенными совокупностями SWNT убедили, что имеет место  повреждение бактериальной клеточной мембраны и таким образом вызван некроз клеток, указывающий на сильную антибактериальную деятельность SWNTs (Kang и др. 2007). Точно так же E. coli подвергается серьезному мембранному повреждению и последующей потере жизнеспособности из-за SWNTs. Однако, очень небольшаяинформацияв настоящее время доступна относительно цитостатических механизмов SWNTs (Канг и др. 2007). Исследования токсичности углеродных нанотрубок и использованиеStaphylococcusaureus иStaphylococcuswarneri показали антибактериальную деятельность и запретили их формирование. Предполагается, что SWNTs вызывают существенные морфологические изменения, которые включали удлинение и подобные изменения, которые показаны в бактериальных клетках при чрезвычайных условиях, таких как это под высокой температурой (Rasanen и др. 2001), давление (Ritz и др. 2001), и изменения в отношении поверхности к объему и подверганиихимического вещества (Veeranagouda и др. 2006). Недавно, Ghafari и др. сообщил, что SWNTs усвоены простейшим животным T. thermophilia и приобретали неспособность глотать и переварить их виды бактерий добычи, позволяющие nanotubes, чтобы продвинуть пищевую цепь (Ghafari и др. 2008). Это предполагает, что присутствие углероданыхнанотрубоккак загрязнителей  в водной среде может иметь вредные эффекты, которые в конечном счете приводят к экологической неустойчивости.

Таким образом тестирование токсичности NPs должно быть выполнено  экологически соответствующем способом, чтобы избежать введения в заблуждениео токсичности NPs (Oberdorster и др. 2006). Эффект наночастиц на микроорганизмах более  обширен и разнообразен чем для  растений, беспозвоночных и позвоночных животных (Oberdorster и др. 2007). Наночастицы включая TiO₂и серебро использовались в качестве антибактериальных веществ независимо от размера частицы, но эта деятельность увеличена когда поставлено в форме наночастиц. Один материал, который не является неотъемлемо антибактериальным, является углеродом, однако C60фуллурене, как недавно выяснили, затормозили ростEscherichiacoli иBacillussubtilis(Fortner и др. 2005). Однако, недостаточно доказано предположение, что все наночастицы имели антибактериальные эффекты, или фактически все наночастицы ядовиты к любому организму, выставленному в окружающей среде. Воздействие наночастиц относительно токсичности на микроорганизмах находится все еще на его стадии младенчества. Одноклеточные микроорганизмы, такие как бактерии и дрожжи могут служить образцовыми организмами, чтобы изучить токсикологию NPs. Перед токсичностью любого наноматериала, который будет проверен на живых организмах, обязательно нужно понять физико-химические свойства данного наноматериала.

2.2.2 Физические и химические свойства наночастиц

Наночастицы показывают уникальные физические и химические свойства по сравнению с тем же самым материалом без наноразмерных особенностей. Это, главным образом, из-за следующих  причин; (a) их размер в наноразмерном  измерении 100 нм или меньше с одним  или более измерениями, поверхностными особенностямии морфологией их фундамента, (b) их свойства отличаются значительно  от таковых из большего размера в  результате манипуляции в атомном, молекулярном и

у макромолекулярных весов, (c) несколько наночастиц есть наноструктура  на наноразмерных уровнях. У Наноматериалы- есть сложная взаимосвязь между  структурой и составом материалов. Таким образом они приобретают  новые свойства, полученные из атомного и молекулярного происхождения  сложным способом наряду с особенностями  его оптового коллеги по рождению.

Наноматериалы существуют в  различных формах и структурах, таких  как сферы, игла, трубы, пластины, листы  и т.д. Размер и форма наноматериалы  способствуют началу цитотоксичности, например, единственная стена nanotubes более  ядовиты чем мультистенаnanotubes (Jia и др. 2005). Понимание важных физико-химических свойств наночастиц для характеристики токсичности наночастиц к биологическим  системам включает (a) распределение  размера, (b) природа скопления/скопления, (c) форма, (d) структура наноматериала, (e) площадь поверхности, (f) поверхностная  химия, (h) поверхностное обвинение, и (i) пористость (Oberdorster и др. 2005a). Различные  физико-химические методы использовались, чтобы характеризовать наноматериалы, включая Передачу и/или Просмотр Электронной Микроскопии (TEM или SEM), Дифракция рентгена (XRD), Динамическое Рассеяние света (DLS), потенциальная, Изотермическая адсорбция, и Спектроскопические методы (ультрафиолетовый, IR, NMR) (Oberdorster и др. 2005a).

При окружающих условиях некоторые  наночасицы формируют совокупности или скопления. Наночастицы также  склонны соединяться, соединяясь и  смещение та большая часть формы  компоненты. Наночастицы, временно отстраненные в газе, склонны придерживаться друг друга более быстро чем в жидкостях. Основная свободная наночастица  может сформировать собранные основные частицы (скопления) взаимодействием  межчастицы, которое формирует коллекцию  частиц, которые приложены вместе и слабыми и сильными взаимодействиями, включая Ван-дер-Ваальса, электростатические силы и синтерированные связи (Oberdorster и др. 2005a). Частица - взаимодействием  частицы на наноразмерном уровне управляют слабые силы Ван-дер-Ваальса, более сильные полярные и электростатические или ковалентные взаимодействия.. Притягивающие или отталкивающие  силы наночастиц кардинально определяют судьбу отдельных и коллективныхнаночастиц. Это взаимодействие между наночастицамии/или  скопления, который очень влияет на их физическую и химическую природу.

Большинство наночастиц, принадлежащее  этой категории, изменено химически  или спроектировано поверхностью, чтобы  избежать скопления. Наночастицы в  присутствии химических веществ (поверхностно-активные вещества), поверхностные и граничные  свойства могут быть способами - сбежал, и такие агенты могут стабилизироваться  против коагуляции (скопление), сохраняя обвинение на наночастицах. Свойства наночастиц могут быть значительно  изменены поверхностной модификацией и распределением наночастиц, который, главным образом, зависит от поверхностных  особенностей. Разработка наночастиц  поверхностной модификацией, дополнением  или модификациейповерхностных  функциональных групп и химического  состава, чтобы поддержать особенности  наночастиц, которые часто устойчивы  и предотвращают скопление или  скопление (рассмотренный в Oberdorster и  др. 2005a, 2007). Поведение наночастиц будет  зависеть от их растворимости и восприимчивости к деградациии что ни химический размер состава ни частицы не должен остаться постоянным в течение долгого времени. Это делает все более и более трудным изучить и понять цитотоксичность любого наночастиц на биологических системах. Поэтому, текущий обзор обеспечит некоторые основные моменты, и заключения, основанные на существующейинформации о токсикологических исследованиях измеряли частицы, определенные механизмы, лежащие в основе эффектов NP, особенно сосредотачивающихся на микроорганизмах с особым вниманием к металлическим наночастицам как модели.

2.2.3 Наночастицы представляют потенциальную угрозу бактериям

Большинство проблем токсичности, которое до сих пор обращалось, связано с клетками человека или  здоровьем человека. Однако, важно  проверить воздействие NPs на других живых организмах, которые существуют в окружающей среде включая прокариотов, таких как бактерии, и другие одноклеточные  микроорганизмы. Эти одноклеточные  микроорганизмы могут также служить  образцовыми организмами для  анализа NP-токсичности. Является самым  интересным, что бактерии более чувствительны  чем человеческий фибробласт (Brunner и  др. 2006; Limbach и др. 2005). Микроорганизмы - основные цели для того, чтобы быть

выставленный человеку сделал NPs после того, как они освобождены  от обязательств в окружающую среду. В результате микробные взаимодействия и сообразительность NPs привели бы к входу постоянного NPs в пищевую  цепь, которая в конечном счете  нарушает экологический баланс. Вход выгоды NPs в живые клетки через  различный означает включение физического  разрыва клеточной мембраны или  стены, и вызывает клеточную токсичность  на различных уровнях. Исследования подтвердили, что металлическийNPs может  пройти или остаться приложенным  к клеточной мембране (Borm и Kreyling 2004; Kashiwada 2006). Много исследований исследовали  сообразительность и эффекты NPs на клеточном уровне, чтобы оценить их воздействие на людей. Это не может экстраполироваться к другим видам, таким как одноклеточные микроорганизмы (бактерии или дрожжи) основанный на заключениях этих исследований, но больше исследования необходимо, чтобы подтвердить это предположение. Поэтому, есть потребность оценить ядовитые воздействия различных типов NPs не только на человеческих или более высоких организмах, но также и на микроорганизмах. Это важно для занимающегося расследованиями эффекта NPs на бактериях из-за потенциального воздействия на микроорганизмы, которые служат основанием пищевой цепи и как основные агенты для биогеохимических циклов.

NPs показывают различную  токсичность, который зависит  от этих двух основных факторов: (1) природа NPs, такого как размер, морфология, и химическая природа; (2) взаимодействие с различными  микробными видами и основными  потенциальными механизмами, которые  должны быть исследованы, которые  включают повреждение клеточной  стенки и роль NPs в разрушении  мембранной целостности, окислительного  напряжения через реактивные  кислородные разновидности (ПЗУ)  формирование, органические радикалы  произвели в отсутствие света,  и возможных показанных связей  генотоксичности. Исследование диапазона  наночастиц,  их размера, эффективных  концентраций, и потенциального  механизма, в настоящее время  доступных для Отрицательных  грамм-бактерий и Положительных  грамм- бактерий, получено в итоге  в Таблицах 1 и 2.

2.2.4Наночастицы разрушают целостность клеточной мембраны

Наночастицы взаимодействуют с  бактериальной клеточной мембранной адсорбцией или электростатическими  взаимодействиями (Thilletal. 2006). Большая  толщина во внешних мембранах  некоторых бактерий, таких как E. coli, конечно, играет решающую роль в очень высоком уровне адсорбции, которая наблюдается как уже подозревающийся исследователями (Chatellieretal.  и др. 2001). Никакое явное доказательство прохода NPsв клетках не может быть получено методами, такими как микроскопия электрона передачи (TEM). Это возможно из-за сильного электростатического взаимодействия между NPs и мембраной, которая могла бы заблокировать их в поверхности очень долго. Однако, было найдено, что NPs, как находят, главным образом, расположены на поверхности бактерий, используя адсорбционные изотермы и изображения TEM (Morones и др. 2005; Оглобля и др. 2006). Далее, эта адсорбция на поверхность связана с окислительным напряжением для бактерий.

Взаимодействие наночастиц с клеточной  мембраной, как находили, отличалось в положительном Грамме и Грамме отрицательные бактерии из-за их отличных мембранных составов. Подвергание nC60с(Отрицательным  граммом) Pseudomonasputida и Bacillussubtilis (Положительный  грамму) результат в изменении  мембранного состава липида, температуры  перехода фазы, и мембранной текучести (Клык и др. 2007). Подозревается, что  липид является важным механизмом токсичности  у бактерий, так как бактериальные  липиды являются главным образом  мононе предельными и таким образом  нереактивными к липиду реакция (Bile и др. 1983; Imlay 2003). Однако, бактерии также склонны приспосабливаться  физиологически, изменяя мембранные составы жирной кислоты, чтобы справиться с ущербом, нанесенным наночастицами. Было найдено, что граммположительные бактерии, выставленные nC60наночастиц, увеличили уровни международной  организации по стандартизации - и anteiso-мембранные жирные кислоты на 5-32 %. Принимая во внимание, что, граммотрицательные бактерии уменьшили уровни ненасыщенных жирных кислот и увеличили cyclopropane пропорции  жирных кислот (Клык и др. 2007). Отличный ответ различными бактериями объясняет  отличительные ответы, связанные  с целостностью клеточной мембраны относительно токсичности nC6o. Однако, нужно отметить, что наночастицы также существуют во множестве различного размера, морфологии, химическая природа, которые также способствуют различным способам вызвать повреждение клеточной мембраны. До сих пор ни о каких подробных механизмах адаптации к ущербу, нанесенному NPs, не сообщили за исключением C60(Fangetal. 2007). Только физическое разрушение клеточной мембраны с диапазоном металлической и металлической окиси наночастиц очевидно из литературы. Недавно серебро иждивенца размера наночастицы, как находили, было расположено в клеточной мембране в результате прямого взаимодействия, приводящего к противобактерицидным эффектам (Morones и др. 2005; Paletal. 2007).

Меньшие частицы с большей поверхностью к отношению объема обеспечивают больше действенных средств для  антибактериальной деятельности (Пекарь и др. 2005). E. coli клетки, выставленные ZnONPs, показал увеличение мембранной проходимости, приводящей к накоплению ZnONPs в бактериальной мембране и  также клеточной интернализации этих NPs (Brayner и др. 2006). Существенная потеря целостности жизнеспособности/мембраны клетки (~30 %) также наблюдалась у E. coli после обращения с ZnONPs (Reddy и  др. 2007). Диапазон металлического окисного NPs включаяZnO, SiO2, TiO2, и MgO показал, чтобы  вызвать мембранную дезорганизацию, увеличил мембранную проходимость в  результате перфорации, и наконец, приведения к некрозу клеток (Адамс и др. 2006a; Brayner и др. 2006; Reddy и др. 2007; Tsuang и др. 2008). Большое количество CeO2 NPs измерение 7 нм размером, как показывали, было адсорбировано на E. coli внешняя  мембрана и подвергаются сокращению, приносящему существенную бактериальную  цитотоксичность. Токсичный эффект CeO2 NPs навлечен косвенно с E. coli через  адсорбцию, сопровождаемую воспроизводством кислорода .Металлические наночастицы, такой как наносеребро (AgNPs), NPsFePt и C60, который, как также находят, вызвал мембранное разрушение у граммположительных и у граммотрицательные бактерий (DeWindtetal. 2006;. 2006; Gogoi и др. 2006; Maenosono и др. 2007; Morones и др. 2005; Ruparelia и др. 2007; Sondi и Salopek-Sondi 2004).

Недавно, исследования показали, что  серебро наночастиц вызванная токсичность  через белок/мембрану и окислительное  повреждение, но не приводят к повреждению  ДНК. Однако, золото наночастиц не наносит  ущерба E. coli (Хуань и др. 2008). Кроме  того, эти результаты и та из других групп, серебро наночастиц, кажется, разрушает клеточную мембрану, которая  приводит к синергистическому эффекту  токсичности к клеткам (Lok и др. 2006; Sondi и Salopek-Sondi 2004).

2.2.5 Наночастицы вызывают окислительную токсичность, производя реактивные кислородные виды

Механизм, которым NPs вызывают токсичность, как думают, через окислительное  напряжение, которое повреждает липиды, углеводы, белки и ДНК. Липидрассмотренный самым вредным, который приводит к изменениям в свойствах клеточной мембраны, которые в свою очередь разрушают жизненные клеточные функции (Rikans и Hornbrook 1997; Сыворотки и др. 1996). Производство ПЗУ, как находили, было с NPs столь же разнообразным, как C60, фуллерены, единственный обносил стеной нанотрубки (SWNTs), квантовые точки, и сверхтонкие частицы (UFPs). Эти наноматериалы показали, чтобы произвести ПЗУ особенно при сопутствующем подвергании легкому, ультрафиолетовому, или металлы перехода (Браун и др. 2001; Derfus и др. 2004; Клык и др. 2007; Joo и др. 2004; Литий и др. 2003; Лютеций и др. 2004; Oberdorster и др. 2005b; Yamakoshi и др. 2003).

Антибактериальная деятельность металлической окиси наночастиц связана с вызванным окислительным  напряжением света. Например, TiO2 и SiO2 были ядовиты и к E. coli и к B. subtilisи  при легких и темных условиях, и  запрещение роста клеток казалось выше в присутствии света (Адамс и  др. 2006a, b).

 Окислительные механизмы  напряжения, приводящие к мембранному  повреждению и антибактериальным  свойствам, были продемонстрированы  для ZnO в E. coli (Занг и др. 2007). Потенциальные механизмы окислительного  напряжения через формирование  ПЗУ, органические радикалы произвели  в отсутствие света, и роль  другого наноматериала в разрушении  мембранной целостности была  исследована, используя фуллерены  на Pseudomonasputida, TiO₂ в Psuedomonasaeruginosa (Tsuang и др. 2008). Металлический окисленный NPs, такой как SiO2, TiO2, ZnO, зависящий от света для того, чтобы побудить поколение ПЗУвBacillussubtilis и E. coli, которые в конечном счете приводят к окислительной токсичности, мембранной дезорганизации, и антибактериальным действиям (Адамс и др. 2006a, b; Brayner и др. 2006; Марихуана и др. 2006; Reddy и др. 2007; Tsuang и др. 2008). Антибактериальные свойства серебра долго известны за десятилетия. Однако, механизм противобактерицидных действий серебра хорошо все еще не понят. Действие серебра наночастиц, как думают, широко подобно тому из серебряного иона (Приятель и др. 2007). Считают, что бактериальная клетка, выставленная серебру наночастицы, берет в серебряных ионах, которые запрещают дыхательный фермент(ы), облегчая поколение реактивных кислородных разновидностей и следовательно повреждают клетку.

Металлические окиси являются очень реактивными к свету, потому что окиси металла макрочастицы, такие как MnO, WO₃, SrTiO3, Fe2O3, ZnS, ZnO и TiO₂ поглощают достаточную легкую/ультрафиолетовую энергию и приводят к формированию пар электронного отверстия посредством процесса электронного возбуждения между валентностью и группой проводимости (Beydoun и др. 1999.Фотопроизведенные электроны и отверстия подвергаются реакции с растворенным молекулярным кислородом, поверхностными гидроксильными группами, и адсорбированными молекулами воды, чтобы сформировать гидроксил (• О) и суперокись (радикалы O₂, как показано в уравнениях (1), (2), (3), и (4):

hvhvb + + ecb- (1)

hvb+ + ecb-  >ZnO + hv (или высокая температура)(2)

O2 + e- ► O₂^- (3)

H2O + h+  > •OH + H+ (4)

где, hvb+ отверстие валентной  зоны, и ecb- является электроном группы проведения. Предложено, чтобы этот тип реакций произошел, когда  металлические окисные NPs приходят в соприкосновение с бактериями и выставленный источнику света. Исследования в последние годы света  вызвали окислительную токсичность NPs, таким как C60 или фуллерены, TiO2, SiO2, ZnO, и MgO у бактерий появились, и  токсичность, как думают, связана  с поколением ПЗУ(Адамс и др. 2006a; Brayner и др. 2006; Марихуана и др. 2006; Tsuang и др. 2008). Недавние исследования показали, что соединение, освещенное Fe₃O₄, TiO₂ наночастицы, вызывает фотоубийствовбактериальных видов, таких как Streptococcuspyogenes, Streptococcussaprophyticus, и Стафилококк aureus, (Чен и др. 2008). Например, индукция окислительного напряжения поколением ПЗУ фуллерены подверганием Pseudomonasputida и Bacillussubtilis после изменений в мембранном составе как защитный механизм (Клык и др. 2007). E. coli, выставленный C60, как показывали, уменьшил производство CO2, мембранное повреждение, и цитотоксичностьсвязана с окислительной токсичностью (Fortner и др. 2005; Лион и др. 2005; Tangetal и др. 2007). C60окислительная токсичность у других бактерий, таких как Salmonella, Shewanella  также показала, вызывая кислород и окислительное повреждение ДНК связанная мутагенность (Seraetal. 1996; Tangetal. 2007). Взаимодействие NPs, вероятно, будет уникально для Положительного грамму и - отрицательные бактерии, у которых может быть различный потенциал, чтобы вызвать связи токсичности из-за отличающихся составов в их клеточных мембранах.