Biomedical research involving nanoparticles has produced useful products with medical applications. However, the potential toxicity of nanoparticles in biofluids, cells, tissues, and organisms is a major challenge. The '-omics' analyses provide molecular profiles of multifactorial biological systems instead of focusing on a single molecule. The 'omics' approaches are necessary to evaluate nanotoxicity because classical methods for the detection of nanotoxicity have limited ability in detecting miniscule variations within a cell and do not accurately reflect the actual levels of nanotoxicity. In addition, the 'omics' approaches allow analyses of in-depth changes and compensate for the differences associated with high-throughput technologies between actual nanotoxicity and results from traditional cytotoxic evaluations. However, compared with a single omics approach, integrated omics provides precise and sensitive information by integrating complex biological conditions. Thus, these technologies contribute to extended safety evaluations of nanotoxicity and allow the accurate diagnoses of diseases far earlier than was once possible in the nanotechnology era. Here, we review a novel approach for evaluating nanotoxicity by integrating metabolomics with metabolomic profiling and transcriptomics, which is termed "metabotranscriptomics."
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2014.04a
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pp.81-82
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2014
Recently it is often reported about toxic nanomaterials to organisms. In other words, it is called nanotoxicity, toxic nanomaterials have extremely toxic properties. Zinc oxide is widely used as a promising nanomaterials, but some researchers are warning that nanotype zinc oxide has nanotoxicity. One of typical zinc oxide materials is a zinc oxide nanowire, especially, there is no technique which is detecting a zinc oxide nanowire because of its geometric. In here, we use reduced graphene oxide in order to detect zinc oxide nanowire and use DNA immobilized cantilever sensor, we detect graphene wrapped zinc oxide nanowire. Detection of a zinc oxide nanowire is measured by shifting of cantilever's resonance frequency based on vibration theory. It is proved that cantilever sensor is valid for nanomaterial detection. We showed that detection of a zinc oxide nanowire is successful.
Park, Chanho;Jang, Kwewhan;Lee, Sangmyung;You, Juneseok;Na, Sungsoo
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2014.10a
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pp.358-360
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2014
For the several decades, various nanomaterials are broadly used in industry and research. With the growth of nanotechnology, the study of nanotoxicity is being accelerated. Particularly, mercury ion is widely used in real life. Because the mercury is representative high toxic material, it is highly recommended to detect the mercury ion. In previous reported work, thymine-thymine mismatches (T-T) capture mercury ion and create very stable base pair ($T-Hg^{2+}-T$). Here, we performed the high sensitive sensing method for direct label free detection of mercury ions and DNA binding using Kelvin Probe Force Microscope (KPFM). In this method, 30 base pairs of thymine (T-30) is used for mercury specific DNA binding ($T-Hg^{2+}-T$). KPFM is able to detect the mercury ion because there is difference between bare T-30 DNA and mercury mediated DNA ($T-Hg^{2+}-T$).
The ecotoxicity assessment of nanomaterials (NMs) in the environment is actively conducted throughout the world because of the concerns about their potential risk from usage and release into the environment, as well as their unique physiochemical properties. Ecotoxicity tests for NMs have been conducted using various species and methods; however, in spite of these efforts, the characteristics and toxicity of NMs have not been defined. The fish embryo toxicity test (FET) has been conducted extensively to evaluate the toxicity of NMs as an alternative to a whole-body test in fish. In this study, we collected and analyzed the trends of nanotoxicity on the early development of freshwater fish. The model nanomaterials are carbon NMs ($C_{60},\;C_{70},\;C_{60}$(OH)n and carbon nanotube). Their adverse effects were extensively investigated based on the properties of NMs, test species, and diverse exposure conditions.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.34
no.12
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pp.855-862
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2012
Caenorhabditis elegans, a free-living nematode mainly found in the soil pore water, roles the critical function in trophic levels, energy flow, and decomposition in soil ecosystem. C. elegans is commonly used species to test soil toxicity. Recently, they are employed broadly as a test organism in nanotoxicology. In this study, a review of the toxicity of nanomaterials for C. elegans was presented based on SCI (E) papers. The nanotoxicity studies using C. elegans have been reported in 20 instances including the mechanism of toxicity. Most studies used K-medium, S-medium, and NGM (Nematode Growth Medium) plate as an exposure medium to test toxicity of nanoparticles. The effects observed include anti aging, phototoxicity, genotoxicity, and dermal effects on C. elegans exposed to nanoparticles. We found that the toxic mechanisms were related with various aspects such as lifespan abnormality, oxidative stress, distribution of particles on inter-organisms, and stress-related gene analysis. C. elegans has advantage to test toxicity of nanoparticles due to various cellular activities, full genome information, and easy observation of transparent body. C. elegans was considered to be a good test species to evaluate the nanotoxicity.
Colloidal silver nanoparticles (AgNPs) have been commercialized as the typically stabilized form via the addition of a variety of surfactants or polymers. Herein, to examine the effects of stabilizing AgNPs in suspension, we modified the surface of bare AgNPs with four type of surfactants (NaDDBS, SDS, TW80, CTAB) and polymers (PVP, PAA, PAH, CMC). The modified AgNPs was applied to compare suspension stability and nanotoxicity test using Escherichia coli (E. coli) as a model organism. Modification of AgNPs surface using chemical stabilizer may be not related with molecular weight, but chemical structure such as ionic state and functional group of stabilizer. In this study, it is noteworthy that AgNPs modified with a cationic stabilizer (CTAB, PAH) were importantly toxic to E. coli, rather than anionic stabilizers (NaDDBS, SDS). Comparing similar anionic stabilizer, i.e., NaDDBS and SDS, the result showed that lipophilicity of chemical structure can affect on E. coli, because NaDDBS, which contains a lipophilic benzene ring, accelerated the cytotoxicity of AgNPs. Interestingly, none of the stabilizers tested, including biocompatible nonionic stabilizers (i.e., TW80 and cellulose) caused a reduction in AgNP toxicity. This showed that toxicity of AgNPs cannot be reduced using stabilizers.
In this study, nanotoxicity tests were made by exposure of Artemia salina to copper (Cu 60-80 nm) and copper oxide (CuO 40 nm) nanoparticles (NPs) at different concentrations (0.2, 1, 5, 10, 25, and 50 mg/L). The LC50 value of Cu (60-80 nm) NPs on the A. salina individuals at the beginning (0), 24th, 48th and 72nd hours and elimination period was 52.37 mg/L while the LC50 value of CuO (40 nm) NPs was 55.39 mg/L. The results of UV-Vis absorbance values showed that all statistical data revealed that maximum effect was observed between 24-30 hours and 25 ppm absorbance concentration was more effective. The multiple R, correlation coefficient (R2) and adjusted R2 values of Cu NP for the suitable Quadratic model were, respectively; 92.96 %, 86.42 % and 76.71 % while they are 98.31 %, 96.64 % and 94.25 % for CuO NP. Also, the data, was indicated effect size significantly changed based on the type and size of NP. Considering the microscope results, it was clearly noticed that A. salina organisms took the NPs in to their body. The accumulation in the gut of A. salina was observed and the images were taken with phase contrast microscope for both of NPs. The highest decrease for survival rates of A. salina individuals exposed to Cu NP was observed in the 10 ppm concentration (43.47 %) and in the 5 ppm concentration (46.20 %) for CuO NP. The results revealed that Cu and CuO NPS showed different toxic effects and that Cu NPs were more toxic than CuO.
Nanotechnology has been applied to various fields in our life. Although there is a limitation of nanoparticle monitoring so far, it is expected that nanoparticles are widely distributed in environmental multimedia. Nanoparticle is known to be more toxic than its corresponding bulk material. For this reason, developed countries and international organizations are preparing for future regulation. To evaluate the safety of nanoparticles, nanotoxicity studies are internationally underway. In this study, we evaluated the research trends of ecotoxicity of nanoparticles in water environment. Test species include fish, water flea, and algae. Nanoecotoxicological studies are rapidly increasing and the experimental designs become more sophisticated. Physicochemical properties of nanoparticles should be measured and the ionization potential is important for metal-based nanoparticles. We analyzed the research trends based on the type of nanoparticles and test species. Also experimental aspects of nanoecotoxicology are considered.
Cytotoxicity assessment of silver nanoparticles (AgNPs) was performed using MTT-based microfluidic image cytometry (${\mu}FIC$). The $LC_{50}$ value of HeLa cells exposed to AgNPs in the microfluidic device was estimated as 46.7 mg/L, which is similar to that estimated by MTT-based IC for cells cultured in a 96 well plate (49.9 mg/L). These results confirm that the ${\mu}FIC$ approach can produce cytotoxicity data that is reasonably well-matched with that of the conventional 96 well plate system with much higher efficiency. This ${\mu}FIC$ method provides many benefits including ease of use and low cost, and is a more rapid in vitro cell based assay for AgNPs. This may aid in speeding up data acquisition in the field of nanosafety and make a significant contribution to the quantitative understanding of nanoproperty-toxicity relationships.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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