Objectives This study aims to evaluate the size-dependent toxicity of spherical silver nanoparticles (Ag NPs) to an endemic benthic organism, Glyptotendipes tokunagai. Methods Ag nanoparticles of three nominal sizes (50, 100, and 150 nm) capped with polyvinyl pyrrolidone (PVP-Ag NPs) were used. Their physicochemical properties, acute toxicity (48 hours), and bioaccumulation were measured using third instar larvae of G. tokunagai. Results The aggregation and dissolution of PVP-Ag NPs increased with exposure time and concentration, respectively, particularly for 50 nm PVP-Ag NPs. However, the dissolved concentration of Ag ions was not significant compared with the median lethal concentration value for $AgNO_3$ (3.51 mg/L). The acute toxicity of PVP-Ag NPs was highest for the smallest particles (50 nm), whereas bioaccumulation was greatest for the largest particles (150 nm). However, larger PVP-Ag NPs were absorbed and excreted rapidly, resulting in shorter stays in G. tokunagai than the smaller ones. Conclusions The size of PVP-Ag NPs significantly affects their acute toxicity to G. tokunagai. In particular, smaller PVP-Ag NPs have a higher solubility and stay longer in the body of G. tokunagai, resulting in higher toxicity than larger PVP-Ag NPs.
Journal of Korean Society of Occupational and Environmental Hygiene
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v.26
no.2
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pp.119-138
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2016
Objectives: The purpose of this study is to review size, shape, and crystal structure-dependent toxicity of major metal oxide particles such as silicon dioxide, tungsten trioxide, aluminum oxide, and titanium dioxide as byproducts generated in semiconductor fabrication facility. Methods: To review the toxicity of major metal oxide particles, we used various reported research and review papers. The papers were searched by using websites such as Google Scholar and PubMed. Keyword search terms included '$SiO_2$(or $WO_3$ or $Al_2O_3$ or $TiO_2$) toxicity', 'health effects $SiO_2$(or $WO_3$ or $Al_2O_3$ or $TiO_2$). Additional papers were identified in references cited in the searched papers. Results: In various cell lines and organs of human and animals, cytotoxicity, genotoxicity, hepatoxicity, fetotoxicity, neurotoxicity, and histopathological changes were induced by silicon dioxide, tungsten trioxide, aluminium oxide, and titanium dioxide particles. Differences in toxicity were dependent on the cell lines, organs, doses, as well as the chemical composition, size, surface area, shape, and crystal structure of the particles. However, the doses used in the reported papers were higher than the possible exposure level in general work environment. Oxidative stress induced by the metal oxide particles plays a significant role in the expression of toxicity. Conclusions: The results cannot guarantee human toxicity of the metal oxide particles, because there is still a lack of available information about health effects on humans. In addition, toxicological studies under the exposure conditions in the actual work environment are needed.
Objectives: Titanium dioxide ($TiO_2$), a common nanoparticle widely used in industrial production, is one of nano-sized materials. The purpose of this study was to determine the acute and chronic toxicity of $TiO_2$ using different size and various concentrations on Daphnia magna. Methods: In the acute toxicity test, four concentrations (0, 0.5, 4, and 8 mM) for $TiO_2$ with 250 or 500 nm and five concentrations (0, 0.25, 0.5, 0.75, and 1 mM) for $TiO_2$ with 21 nm were selected to analyze the toxic effect to three groups of ten daphnia neonates over 96 hours. In addition, to better understand their toxicity, chronic toxicity was examined over 21 days using 0, 1, and 10 mM for each type of $TiO_2$. Results: Our results showed that all organisms died before the reproduction time at a concentration of 10 mM of $TiO_2$. In addition, the exposure of anatase (21 nm) particles were more toxic to D. magna, comparing with that of anatase (250 nm) and rutile (500 nm) particles. Conclusions: This study indicated that $TiO_2$ had adverse impacts on the survival, growth and reproduction of D. magna after the 21days exposure. In addition, the number of test organisms that were able to reproduce neonates gradually were reduced as the size of $TiO_2$ tested was decreased.
Kim, Sunghyun;Sin, Hyunjoo;Lee, Sooyeon;Lee, Insook
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.23
no.9
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pp.1279-1286
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2013
Particle size and metal species are important to both soil microbial toxicity and phytotoxicity in the soil ecosystem. The effects of CuO and ZnO nanoparticles (NPs) and microparticles (MPs) on soil microbial toxicity, phytotoxicity, and bioaccumulation in two crops (Cucumis sativus and Zea mays) were estimated in a soil microcosm. In the microcosm system, soil was artificially contaminated with 1,000 mg/kg CuO and ZnO NPs and MPs. After 15 days, we compared the microbial toxicity and phytotoxicity by particle size. In addition, C. sativus and Z. mays were cultivated in soils treated with CuO NPs and ZnO NPs, after which the treatment effects on bioaccumulation were evaluated. NPs were more toxic than MPs to microbes and plants in the soil ecosystem. We found that the soil enzyme activity and plant biomass were inhibited to the greatest extent by CuO NPs. However, in a Biolog test, substrate utilization patterns were more dependent upon metal type than particle size. Another finding indicated that the metal NP uptake amounts of plants depend on the plant species. In the comparison between C. sativus and Z. mays, the accumulation of Cu and Zn by C. sativus was noticeably higher. These findings show that metal oxide NPs may negatively impact soil bacteria and plants. In addition, the accumulation patterns of NPs depend on the plant species.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.31
no.12
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pp.1069-1074
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2009
This study investigated soil microbial community and growth of Zea mays to compare the toxicity of nano and micro-sized Cu and Zn oxide particles in microcosm system. In the presence of nanoparticles, biomass of Zea mays reduced by 30% compared with micro-sized particles and inhibited growth. Dehydrogenase activity was inhibited by CuO nano although it was increased by ZnO nano particles. According to the Biolog test, the microbial diversity was decreased after exposed to CuO nanoparticles and ZnO microparticles. Therefore, though it is widely recognized that nanoparticles are more harmful than microparticles, we can conclude that the diversity of microbial community does not always influenced by the size of particles of nano and micro.
Amyloid oligomers are believed to play important causal roles in many types of amyloid-related degenerative diseases. Many different laboratories have reported amyloid oligomers that differ in size, morphology, toxicity, and method of preparation or purification, raising the question of the structural relationships among these oligomer preparations. The structural plasticity that has been reported to occur in amyloid formed from the same protein sequence indicates that it is quite possible that different oligomer preparations may represent distinct structural variants. In view of the difficulty in determining the precise structure of amyloids, conformation- and epitope-specific antibodies may provide a facile means of classifying amyloid oligomer structures. Conformation-dependent antibodies that recognize generic epitopes that are specifically associated with distinct aggregation states of many different amyloid-forming sequences indicate that there are at least two fundamentally distinct types of amyloid oligomers: fibrillar and prefibrillar oligomers. Classification of amyloid oligomers according to their underlying structures may be a more useful and rational approach than relying on differences in size and morphology.
Youn-Ha Lee;Jong-Seok Park;Chaerin Park;Sang-Hyun Cho;Je-Won Yoo;Young-Mi Lee
Korean Journal of Environmental Biology
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v.41
no.4
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pp.386-399
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2023
Microplastics and nanoplastics (NMPs) are considered one of hazardous contaminants in marine ecosystems due to their toxic effects, such as reproduction disorder and oxidative stress, on marine organisms. Although water temperature is rising due to global climate change, little information on the toxicological interaction between NMPs and temperature is available. Therefore, in this study, we confirmed the toxicity of NMPs (polystyrene [PS] beads; 0.05- and 6-㎛) on brackish water fleas (Diaphanosoma celebensis) depending on increased temperature (30℃ and 35℃) at individual and molecular levels. In the chronic toxicity test, the group exposed to high temperatures showed an earlier first reproduction time compared to the normal temperatures group, but it was delayed by co-exposure to NMPs at 35℃. Notably, the total reproduction decreased significantly only after 0.05-㎛ PS beads exposure at 30℃. Interaction analysis showed that first reproduction time, modulation of the antioxidant-related gene (GSTS1), heat shock gene (Hsp70), and ecdysteroid pathway-related genes (EcR_A, EcR_B, and CYP314A1) were closely related to temperature and PS beads size. These results indicate that microplastics have size-dependent toxicity, and their toxicity can be enhanced at high temperatures. In addition, higher temperatures and PS beads exposure may have negative effects on reproduction. This study suggests that various factors such as water temperature should be considered when evaluating the toxicity of microplastics in marine ecosystems, and provides an understanding of the complex toxic interaction between water temperature and microplastics for marine zooplankton.
Thirty-four glutathione conjugates of 5,8-dimethoxy-1,4-naphthoquinones (DMNQ) were synthesized and their structure was determined. The yield of GSH conjugate was dependent on size of alkyl group; the longer the size of alkyl group was, the lower was the yield. It was also found that the length of alkyl side chain influenced the chemical shift of quinonoid protons; the quinonoid protons of 2-glutathionyl DMNQ derivatives with R=H to propyl, 6.51-6.59 ppm vs. other ones with R=butyl to heptyl, 6.64-6.68 ppm. this was explained to be due to a folding effect of longer alkyl group. Glutathione (GSH) reacted with DMNQ derivative first to form a 1,4-adduct (2- or 3-glutathionyl-1,4-dihydroxy-5,8-dimethoxynaphthalenes) and then the adduct was autooxidized to 2- or 3-glutathionyl-DMNQ derivatives. Moreover, GSH reduced DMNQ derivatives to their hydrogenated products. It was suggested that such an organic reaction might play an important role for a study of metabolism or toxicity of DMNQ derivative sin the living cells.
The biological activity of particles is largely dependent on their size in biological systems. Dispersion in the aqueous phase has been both a critical impediment to and a prerequisite for particle studies. Carbon black has been used as a surrogate to investigate the biological effects of carbonaceous particles. Here, biocompatible methods were established to disperse carbon black into ultrafine and fine particles which are generally distinguished by the small size of 100 nm. Carbon black with a distinct particle size, N330 and N990 were suspended in blood plasma, cell culture media, Krebs-Ringer's solution (KR), or physiological salt solution (PSS). Large clumps were observed in all dispersion preparations; however, sonication improved dispersion - averaged particle sizes for N330 and N990 were $85.0{\pm}42.9$ and $112.4{\pm}67.9$ nm, respectively, in plasma; the corresponding sizes in culture media were $84.8{\pm}38.4$ and $164.1{\pm}77.8$ nm. However, sonication was not enough to disperse N330 less than 100 nm in either KR or PSS. Application of Tween 80 along with sonication reduced the size of N330 to less than 100 nm, and dispersed N990 larger than 100 nm ($73.6{\pm}28.8$ and $80.1{\pm}30.0$ nm for N330 and $349.5{\pm}161.8$ and $399.8{\pm}181.1$ nm for N990 in KR and PSS, respectively). In contrast, 1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DPPC) exhibited little effect. Electron microscopy confirmed the typical aciniform structure of the carbon arrays; however, zeta potential measurement failed to explain the dispersibility of carbon black. The methods established in this study could disperse carbon black into ultrafine and fine particles, and may serve as a useful model for the study of particle toxicity, particularly size-related effects.
Objectives We investigated the particle mass size distribution and chemical properties of air pollution particulate matter (PM) in the urban area and its capacity to induce cytotoxicity in human bronchial epithelial (BEAS-2B) cells. Methods To characterize the mass size distributions and chemical concentrations associated with urban PM, PM samples were collected by a 10-stage Micro-Orifice Uniform Deposit Impactor close to nearby traffic in an urban area from December 2007 to December 2009. PM samples for in vitro cytotoxicity testing were collected by a mini-volume air sampler with $PM_{10}$ and $PM_{2.5}$ inlets. Results The PM size distributions were bi-modal, peaking at 0.18 to 0.32 and 1.8 to $3.2{\mu}m$. The mass concentrations of the metals in fine particles (0.1 to $1.8{\mu}m$) accounted for 45.6 to 80.4% of the mass concentrations of metals in $PM_{10}$. The mass proportions of fine particles of the pollutants related to traffic emission, lead (80.4%), cadmium (69.0%), and chromium (63.8%) were higher than those of other metals. Iron was the dominant transition metal in the particles, accounting for 64.3% of the $PM_{10}$ mass in all the samples. We observed PM concentration-dependent cytotoxic effects on BEAS-2B cells. Conclusions We found that exposure to $PM_{2.5}$ and $PM_{10}$ from a nearby traffic area induced significant increases in protein expression of inflammatory cytokines (IL-6 and IL-8). The cell death rate and release of cytokines in response to the $PM_{2.5}$ treatment were higher than those with $PM_{10}$. The combined results support the hypothesis that ultrafine particles from vehicular sources can induce inflammatory responses related to environmental respiratory injury.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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