Bakır ve bakır oksit nanopartiküllerinin Artemia salina'daki birikim, eliminasyon ve oksidatif stres üzerine etkilerinin araştırılması

Abstract

Nanopartikül (NP) (<100 nm) içeren ürünlerin kullanımının artmasıyla birlikte, sucul sistemler ve besin zincirini oluşturan organizmaların antropojenik faaliyetler sonucu salınan NP'lerin etkisiyle risk altında olmalarından dolayı, bu çalışmada, deniz suyu ortamında yaşayan birincil tüketici zooplankton türlerinden Artemia salina'nın metal bazlı bakır (Cu) ve bakır oksit (CuO) NP'lere maruz bırakılmasiyla nanotoksisite testleri gerçekleştirilmiştir. Denemede, toplam 7 grup (Kontrol, 0,2 ppm, 1 ppm, 5 ppm, 10 ppm, 25 ppm ve 50 ppm) oluşturulmuş ve üç tekerrür ile çalışılmıştır. Çalışmada kullanılan Cu ve CuO NP'lerine karakterizasyonu; Transmisyon/Geçirimli Elektron Mikroskop (TEM), Dinamik Işık Saçılımı (DLS), Zeta Potansiyeli, X-ışını Difraksiyon (XRD), Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM), Fourier Dönüşüm Kızılötesi (FT-IR) ve UV-Görünür Spektroskopisi yöntemleriyle gerçekleştirilmiştir. Organizmalarda NP'lere bağlı birikim ve eliminasyon oranının belirlenmesi Endüktif Eşleşmiş Plazma-Kütle Spektrometresi (ICP-MS) analiziyle yapılmıştır. Zooplanktonlarda NP etkileri faz kontrast mikroskobuyla görüntülenmiştir. Zooplanktonlardaki toksik etkiler, mortalite ve oksidatif stres belirteçlerinden olan glutatyon (GSH) ve tiyobarbitürik asit reaktif maddeler (TBARS) testleriyle incelenmiştir. Çalışmanın 24., 48. ve 72. saatlerinde Cu NP'lerin GSH seviyelerinde kısmi artışlara neden olduğu belirlenmiştir. Cu (60-80 nm) NP'ne maruz bırakılan A. salina'da artan konsantrasyon oranlarıyla paralel olarak TBARS değeri artmış ve en yüksek artış 5 ppm grubunun 24. saatinde gözlenmiştir. Sonuçlar, NP'lerin organizmalar üzerindeki farklı etkilerini göstermekle birlikte, NP'lerin birikim ve eliminasyon oranlarında farklılıklar olduğunu göstermistir. Organizmadaki birikim oranı, NP konsantrasyonuyla paralel bir artış göstermiştir. Cu NP'lerinde birikim oranları, 0,2 ve 1 ppm konsantrasyonlarında 48. saatte artış ve 72. saatte düşüş eğilimi göstermiş olup, tüm diğer konsantrasyonlarda ise süre artışına paralel olarak bir artış eğiliminin olduğu saptanmıştır. CuO (40 nm) NP'lerinde ise 10 ppm konsantrasyonu hariç, 48. saatte düşüş ve 72. saatte artış eğilimleri görülmüş olup, 10 ppm konsantrasyonunda ise zaman ortalamaları arasındaki farkın önemli olmadığı belirlenmiştir (p>0,05). Cu (60-80 nm) NP'lerin LC50 değeri 52,37 mg/L; CuO (40nm) NP'lerin LC50 değeri 55,39 mg/L olarak bulunmuştur. NP'lerin metal iyon salınımlarının ise, her bir NP'de farklılık gösterdiği gözlenmiştir. NP'lere maruz bırakılan zooplanktonların yüzeylerinin NP'ler ile sarıldığı gözlemlenmiştir. Çalışmada çok yönlü yapılan analizler sonucunda, Cu ve CuO NP'lerin organizmada birikim yapmakla birlikte, deney organizmasında toksik etkilerinin olduğu ve aynı paralellikle oksidatif stres oluşturduğu da görülmektedir. Bu nano boyuttaki malzemelerin artan kullanım alanları ile birlikte, çevre için büyük bir problem olarak karşımıza çıkabileceği belirlenmiştir. Buna bağlı olarak besin zincirinde yer alan organizmalar tarafından alınan NP'ler, dokuda birikim yaptığında daha üst tüketici organizmalar için tehlike oluşturabilecektir. Bu partiküllerin kullanımı ve doğaya bulaşması ile ilgili bir kontrol mekanizması oluşturulmalı ve etkileri üzerinde daha geniş çalışmalar da yürütülmelidir. Antahtar Kelimeler: Nanopartikül, Cu, CuO, Karakterizasyon, Zooplankton, Nanotoksisite, Birikim, Oksidatif stres.

As the use of products containing nanoparticles (NPs) (<100 nm) increased, the aquatic systems and the organisms forming the food chain were at risk from the action of NPs released as a result of anthropogenic activities. In this study, nanotoxicity tests were performed by exposing Artemia salina which is one of the primary consumer zooplankton species living in sea water to metal based copper (Cu) and copper oxide (CuO) NPs. A total of 7 groups (Control, 0,2 ppm, 1 ppm, 5 ppm, 10 ppm, 25 ppm and 50 ppm) were formed in the experiment and three replicates were studied. Characterization of Cu and CuO NPs used in the study; Transmission / Transmission Electron Microscope (TEM), Dynamic Light Scattering (DLS), Zeta Potential, X-ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM), Fourier Transformation Infrared (FT-IR) and UV-Visible Spectroscopy were performed. In organisms, the accumulation and elimination rate of NPs was determined by Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry (ICP-MS) analysis. NP effects in zooplankton were visualized by phase contrast microscopy. The toxic effects of zooplankton were investigated by glutathione (GSH) and thiobarbituric acid reactive substances (TBARS) which are among the indicators of mortality and oxidative stress. It was determined that Cu NPs caused partial increases in GSH levels at 24th, 48th and 72th hours of the study. In the A. salina organism exposed to Cu (60-80 nm) NP, the TBARS value increased in parallel with the increasing concentration ratios and the highest increase was observed at the 24th hour of the 5 ppm group. The results showed that there were differences in the accumulation and elimination rates of NPs, although the NPs showed different effects on organisms. The accumulation rates in Cu NPs showed an increase at 0,2 and 1 ppm concentrations at 48 hours and a decrease trend at 72 hours, and at all other concentrations there was an increase trend in parallel with the increase in time. In CuO (40 nm) NPs, except for the concentration of 10 ppm, there was a decrease in the 48th hour and an increase in 72 hours, and the difference between the time averages in 10 ppm concentration was not significant (p> 0.05). LC50 values of Cu (60-80 nm) NPs were found as 52.37 mg / L and CuO (40nm) NPs were found LC50 value 55.39 mg / L. It was observed that the metal ion releases of NPs differed in each NP. It was observed that the surfaces of zooplanktons exposed to NPs were wrapped with NPs.As a result of multidimensional analyzes, it is seen that Cu and CuO NPs accumulate in organism and they have toxic effects in experimental organism and they cause oxidative stress with parallelism. It has been determined that this nano-sized material can be a big problem for the environment with increasing usage areas. Accordingly, NPs taken by organisms in the food chain may pose a danger to higher consumer organisms when they accumulate in the tissue. A control mechanism for the use and transmission of these particles should be established and further studies on their effects should be carried out.Keywords: Nanoparticle, Cu, CuO, Characterization, Zooplankton, Nanotoxicity, Accumulation, Oxidative stress.