sredobЗдоровье населения и среда обитания – ЗНиСОPublic Health and Life Environment – PH&LE2219-52382619-0788ФБУЗ ФЦГиЭ Роспотребнадзораsredob-444Research ArticleГИГИЕНА ПИТАНИЯFOOD HYGIENEИзучение возможности адсорбции ионов тяжелых металлов на наночастицахStudying the possibility of adsorption of heavy metal ions on nanoparticlesШумаковаАнтонина АлександровнаShumakovaA. A.antonina_sh@list.ruФГБУН «Федеральный исследовательский центр питания, биотехнологии и безопасности пищи» Минобрнауки РоссииРоссияFederal Research Centre of Nutrition and Biotechnology, Ministry of Education and Science of the Russian FederationRussian Federation2018190420210114649Copyright © Шумакова А.А., 20212021Шумакова А.А.Shumakova A.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://zniso.fcgie.ru/jour/article/view/444

В результате экспериментов in vivo, проведенных в ФГБУН «ФИЦ питания и биотехнологии», было показано как увеличение, так и снижение токсичности некоторых контаминантов (Pb и Cd) при их сочетанном поступлении с наночастицами (НЧ). Одним из возможных объяснений различий в уровнях накопления Pb и Cd при сочетанном поступлении с НЧ может быть различие в адсорбционной способности НЧ по отношению к ионам Pb2+ и Cd2+. Для проверки данной гипотезы был проведен эксперимент in vitro, характеризующий возможность адсорбции ионов Pb2+ и Cd2+ на НЧ в модельной системе. На основании полученных в ходе работы результатов рассчитывали Amax (максимальная предельная адсорбция, соответствующая насыщению адсорбционного слоя, мкмоль/мг), b (константа нестойкости связывания (концентрация 50%-го связывания), мкмоль/мг) и строили уравнения изотерм адсорбции в двойных обратных координатах. В результате исследований показано, что в случае адсорбции Pb2+ на НЧ TiO2, НЧ SiO2 и НЧ Al2O3 выполняется уравнение однослойной равновесной изотермы адсорбции по Ленгмюру. Максимальная адсорбция Pb2+ на трех видах НЧ различается незначительно. В случае адсорбции Cd2+ на НЧ трех видов уравнение изотермы адсорбции Ленгмюра не выполняется. Ввиду этого в отношении Cd константы b и Amax не могут быть корректно определены. Причина этого, по-видимому, состоит в том, что процесс связывания ионов Cd2+ на изученных видах НЧ не подчиняется модели однослойной, полностью обратимой адсорбции.

We found both an increase and a decrease in the toxicity of some contaminants (Pb and Cd) when combined with the NP as a result of in vivo experiments conducted in Federal Research Centre of Nutrition and Biotechnology. One possible explanation for the differences in Pb and Cd accumulation levels when combined with NPs can be the difference in the adsorption capacity of NPs with respect to Pb2+ and Cd2+ ions. To verify this hypothesis, an in vitro experiment was carried out, which characterizes the possibility of adsorption of Pb2+ and Cd2+ ions on the NPs in a model system. We calculated Amax (maximum limiting adsorption corresponding to the saturation of the adsorption layer, pmol/mg), b (binding constant for instability (concentration of 50 % binding), pmol/mg) based on the results obtained during the work and constructed the equations of the adsorption isotherms in double inverse coordinates. As a result of studies, we determined that in the case of Pb2+ adsorption on TiO2 NPs, SiO2 NPs and Al2O3 NPs, the equation of a single-layer equilibrium adsorption isotherm according to Langmuir is performed. The maximum adsorption of Pb2+ on the three types of NPs differs slightly. The Langmuir adsorption isotherm equation is not satisfied in the case of the adsorption of Cd2+ on the three NP types. Therefore, with respect to Cd, the constants b and Amax cannot be correctly defined. The reason for this, apparently, is that the process of binding of Cd2+ ions on the studied types of NPs does not obey the model of single-layer, completely reversible adsorption.

наночастицыадсорбцияin vivoin vitroсвинецкадмийтоксичностьnanoparticlesabsorptionin vivoin vitroleadcadmiumtoxicityReferencesШумакова А.А., Трушина Э.Н., Мустафина О.К. и др. Влияние наночастиц диоксида титана и диоксида кремния на накопление и токсичность свинца в эксперименте при их внутрижелудочном введении // Вопросы питания. 2014. Т. 83. № 2. С. 57-63.Шумакова А.А., Трушина Э.Н., Мустафина О.К. и др. Влияние наночастиц диоксида титана и диоксида кремния на накопление и токсичность свинца в эксперименте при их внутрижелудочном введении // Вопросы питания. 2014. Т. 83. № 2. С. 57-63.Шумакова А.А., Трушина Э.Н., Мустафина О.К. и др. Токсичность кадмия при его совместном введении с диоксидом титана (рутил), наноструктурным диоксидом кремния и фуллеренолом // Профилактическая и клиническая медицина. 2015. Т. 1. № 54. С. 86-93.Шумакова А.А., Трушина Э.Н., Мустафина О.К. и др. Токсичность кадмия при его совместном введении с диоксидом титана (рутил), наноструктурным диоксидом кремния и фуллеренолом // Профилактическая и клиническая медицина. 2015. Т. 1. № 54. С. 86-93.Шумакова А.А., Трушина Э.Н., Мустафина О.К. и др. Токсичность свинца при его совместном введении с наноструктурным диоксидом кремния // Вопросы питания. 2015. Т. 84. № 2. С. 10-18.Шумакова А.А., Трушина Э.Н., Мустафина О.К. и др. Токсичность свинца при его совместном введении с наноструктурным диоксидом кремния // Вопросы питания. 2015. Т. 84. № 2. С. 10-18.Шумакова А.А., Трушина Э.Н., Мустафина О.К. и др. Токсичность свинца при его совместном введении с наночастицами оксида алюминия крысам // Вопросы питания. 2015. Т. 84. № 3. С. 40-49.Шумакова А.А., Трушина Э.Н., Мустафина О.К. и др. Токсичность свинца при его совместном введении с наночастицами оксида алюминия крысам // Вопросы питания. 2015. Т. 84. № 3. С. 40-49.Holsapple M.P., Farland W.H., Landry T.D., Monteiro-Ri-viere N.A., Carter J.M., Walker N.J., Thomas K.V. Research strategies for safety evaluation of nanomaterials, part II: toxicological and safety evaluation of nanomaterials, current challenges and data needs. Toxicol Sci, 2005, no. 88 (1), pp. 12-17.Holsapple M.P., Farland W.H., Landry T.D., Monteiro-Ri-viere N.A., Carter J.M., Walker N.J., Thomas K.V. Research strategies for safety evaluation of nanomaterials, part II: toxicological and safety evaluation of nanomaterials, current challenges and data needs. Toxicol Sci, 2005, no. 88 (1), pp. 12-17.Shipelin V.A., Shumakova A.A., Gmoshinski I.V. Experimental Data On Risk Assessment Of Silver Nanoparticles. «Nanoworkshop» 7th International Conference «Nanopar-ticles, nanostructured coatings and microcontainers: technology, properties, applications». DOI: 10.13140/RG. 2.1.3870.8722Shipelin V.A., Shumakova A.A., Gmoshinski I.V. Experimental Data On Risk Assessment Of Silver Nanoparticles. «Nanoworkshop» 7th International Conference «Nanopar-ticles, nanostructured coatings and microcontainers: technology, properties, applications». DOI: 10.13140/RG. 2.1.3870.8722Shumakova A.A., Gmoshinski I.V., Khotimchenko S.A., Trushina E.N. Interaction of engineered nanoparticles with toxic and essential elements // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 98 (2015) 012043 DOI: 10.1088/1757-899X/98/1/012043Shumakova A.A., Gmoshinski I.V., Khotimchenko S.A., Trushina E.N. Interaction of engineered nanoparticles with toxic and essential elements // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 98 (2015) 012043 DOI: 10.1088/1757-899X/98/1/012043Ying Zhu et al. The biocompatibility of nanodiamonds and their application in drug delivery systems // The 7th International Nanotoxicology Congress «NanoTox2014»: Materials of the conference. Antalya, Turkey, 2014, 256 p.Ying Zhu et al. The biocompatibility of nanodiamonds and their application in drug delivery systems // The 7th International Nanotoxicology Congress «NanoTox2014»: Materials of the conference. Antalya, Turkey, 2014, 256 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.