Les effets de revêtements de surface sur la dissolution et la bioaccumulation de nanoparticules d'oxyde de zinc par l'algue unicellulaire, C. reinhardtii

Abstract

Au cours de la dernière décennie, les nanoparticules ont connu un essor sans précédent dans plusieurs domaines. On peut retrouver ces nanoparticules dans des secteurs aussi variés tels que la médecine, l’électronique, les écrans solaires, les cosmétiques et les plastiques, pour ne nommer que ceux-là. Cette utilisation massive a eu un effet pervers sur l’environnement, sachant qu’une grande partie de ces produits se sont retrouvés inévitablement dans les milieux naturels. Plusieurs études révèlent qu’autant la présence des nanoparticules que leurs produits de dissolution sont à prendre en considération lorsque des travaux toxicologiques ou le devenir de ces matériaux sont étudiés. Il est désormais clair que les propriétés de surface de ces nanoparticules jouent un rôle central sur leur comportement dans les solutions aqueuses; que ce soit les interactions avec des organismes ou entre les particules elles-mêmes. Afin d’évaluer le devenir de nZnO, une étude sur la dissolution ainsi que la bioaccumulation a été réalisée avec l’algue modèle Chlamydomonas reinhardtii en présence de nanoparticules ayant différents enrobages. Les nanoparticules d’oxyde de zinc suivantes ont été étudiées : (i) nZnO sans enrobage (nZnO); (ii) nZnO avec enrobage d’acide polyacrylique (nZnO-PAA) et (iii) nZnO avec enrobage d’hexamétaphosphate de sodium (nZnO-HMP). La dissolution était mesurée à l’aide de trois techniques : ultrafiltration par centrifugation (CU); technique potentiométrique (scanned stripping chronopotentiometry, SSCP) et spectrométrie de masse – plasma à couplage inductif couplé à une résine échangeuse d’ions (resin-based inductively coupled plasma-mass spectrometry, resin-based ICP-MS). Les résultats obtenus démontrent une grande tendance à la dissolution pour le nZnO (presque totale) tandis que pour le nZnO-PAA et le nZnO-HMP, la dissolution est dépendante de la nature de l’enrobage le composant. Pour la bioaccumulation sur l’algue testée, les données montrent une grande dépendance au zinc libre issu de la dissolution pour nZnO et nZnO-PAA. À l’inverse, le nZnO-HMP démontre une bioaccumulation plus élevée par comparaison aux mêmes concentrations d’expositions du zinc libre, expliquée par la stimulation de l’internalisation du zinc provoqué par la présence de phosphate constituant l’enrobage de nZnO-HMP.

Over the last decade, the use of nanoparticles (NP) has been increasing exponentially in numerous sectors, leading to their massive release into the environment. For example, zinc oxide nanoparticles (nZnO) can be found in areas such as medicine, electronics, sunscreens, cosmetics and plastics. Concerns have therefore been raised about the impacts of the NP on the natural environment, as well as their consequences for humans. Multiple studies reveal that not only the NP but also their dissolution products may have impacts on environmental systems. It is well understood that surface properties of engineered nanoparticles in aqueous solution play a pivotal role in nanoparticle behavior, including their interactions with organisms. Therefore, in order to assess the behavior of nZnO, this study focuses on their dissolution and evaluates the bioaccumulation of 3 nanoparticles with different surface stabilizations by the freshwater algae Chlamydomonas reinhardtii. The following NP were studied: (i) bare nZnO, (ii) polyacrylic acid coated (nZnO-PAA) and (iii) sodium hexametaphosphate coated (nZnO-HMP). Three different techniques were used to quantify dissolution of the nZnO: centrifugal ultrafiltration (CU), scanned stripping chronopotentiometry (SSCP) and resin-based inductively coupled plasma-mass spectrometry (resin-based ICP-MS). The results reveal a high dissolution of the bare nZnO (nearly total) while the dissolution of the polyacrylate coated and hexamataphosphate coated nZnO were highly dependent on the nature of the stabilizer. As a consequence, bioaccumulation in model algae C. reinhardtii was strongly related to the release of free zinc in the bare nZnO and the nZnO-PAA. On the other hand, algae exposed to nZnO-HMP appeared to be stimulated by the phosphate coating, leading to higher bioaccumulation than for the free zinc, once again demonstrating the importance of the nature of the stabilizer.