Dans l'une des études de laboratoire les plus complètes de son genre, Des scientifiques de l'Université Rice ont retracé l'absorption et l'accumulation de nanoparticules de points quantiques de l'eau aux racines des plantes, les feuilles des plantes et les chenilles mangeuses de feuilles.

L'étude, l'un des premiers à examiner comment les nanoparticules se déplacent dans les chaînes alimentaires pertinentes pour l'homme, ont constaté que l'accumulation de nanoparticules chez les plantes et les animaux variait considérablement selon le type de revêtement de surface appliqué aux particules. La recherche est disponible en ligne dans le journal de l'American Chemical Society Sciences et technologies de l'environnement .

"Avec l'augmentation de l'utilisation industrielle des nanoparticules, il y a de plus en plus de questions sur la façon dont ils se déplacent dans l'environnement et s'ils peuvent s'accumuler à des niveaux élevés dans les plantes et les animaux que les gens mangent, " a déclaré Janet Braam, co-auteur de l'étude, professeur et président du département des biosciences de Rice.

Braam et ses collègues ont étudié l'absorption de points quantiques fluorescents en Arabidopsis thaliana , une espèce végétale souvent étudiée qui est apparentée à la moutarde, brocoli et chou frisé. En particulier, l'équipe a examiné comment divers revêtements de surface affectaient la façon dont les points quantiques se déplaçaient des racines aux feuilles ainsi que la façon dont les particules s'accumulaient dans les feuilles. L'équipe a également étudié le comportement des points quantiques lorsque des chenilles appelées fausses-arpenteuses du chou ( Trichoplusia ni ) nourris de feuilles de plantes contenant des points quantiques.

"L'impact de l'absorption de nanoparticules sur les plantes elles-mêmes et sur les herbivores qui s'en nourrissent est une question ouverte, " a déclaré le premier auteur de l'étude Yeonjong Koo, un associé de recherche postdoctoral dans le laboratoire de Braam. "Très peu de travail a été fait dans ce domaine, surtout chez les plantes terrestres, qui sont la pierre angulaire des réseaux trophiques humains."

Certaines toxines, comme le mercure et le DDT, ont tendance à s'accumuler à des concentrations plus élevées à mesure qu'ils remontent la chaîne alimentaire des plantes aux animaux. On ne sait pas si les nanoparticules peuvent également être soumises à ce processus, connu sous le nom de bioamplification.

Bien qu'il existe des centaines de types de nanoparticules en usage, Koo a choisi d'étudier les points quantiques, morceaux submicroscopiques de semi-conducteurs qui brillent intensément sous la lumière ultraviolette. Les particules fluorescentes, qui contenaient du cadmium, sélénium, le zinc et le soufre - pourraient facilement être mesurés et imagés dans les tests. En outre, l'équipe a traité la surface des points quantiques avec trois revêtements polymères différents - un chargé positivement, un chargé négativement et un neutre.

« Dans les applications industrielles, les nanoparticules sont souvent recouvertes d'un polymère pour augmenter la solubilité, améliorer la stabilité, améliorer les propriétés et pour d'autres raisons, " a déclaré le co-auteur de l'étude Pedro Alvarez, professeur et président du Département de génie civil et environnemental de Rice. "Nous nous attendons à ce que les revêtements de surface jouent un rôle important dans la question de savoir si et comment les nanomatériaux peuvent s'accumuler dans les réseaux trophiques."

Des études de laboratoire antérieures avaient suggéré que les revêtements neutres pourraient provoquer l'agrégation des nanoparticules et la formation de touffes si grosses qu'elles ne passeraient pas facilement des racines d'une plante à ses feuilles. Les expériences l'ont confirmé. Des trois types de particules, seuls ceux avec des revêtements chargés se sont déplacés facilement à travers les plantes, et seules les particules chargées négativement évitaient de s'agglutiner complètement. L'étude a également révélé que le type de revêtement avait un impact sur la capacité des plantes à se biodégrader, ou en panne, les points quantiques.

Koo et ses collègues ont découvert que les chenilles qui se nourrissaient de plantes contenant des points quantiques prenaient moins de poids et poussaient plus lentement que les chenilles qui se nourrissaient de feuilles intactes. En examinant les excréments de la chenille, les scientifiques ont également pu estimer si le cadmium, du sélénium et des points quantiques intacts pourraient s'accumuler chez les animaux. De nouveau, le revêtement a joué un rôle important.

"Nos tests n'ont pas été spécifiquement conçus pour mesurer la bioaccumulation chez les chenilles, mais les données que nous avons recueillies suggèrent que les particules avec des revêtements chargés positivement peuvent s'accumuler dans les cellules et poser un risque de bioaccumulation, " dit Koo. " Sur la base de nos découvertes, davantage de tests devraient être effectués pour déterminer l'étendue de ce risque dans un ensemble plus large de conditions écologiques. »