Helsingin yliopiston tutkijat löysivät keinon vähentää hopean myrkyllisyyttä

Helsingin yliopisto

Viestintä / Kumpulan tiedekampus

24.2.2010

Antimikrobisen hopean myrkyllisyyttä tuotteissa voi vähentää

Kemistit Helsingin yliopistossa ovat valmistaneet uusia polymeereillä stabiloituja hopeananopartikkeleita. Tulos on merkittävä, sillä hopean antimikrobisia ominaisuuksia käytetään tekstiileissä, lattiapinnoitteissa ja maaleissa, vaikka hopeananohiukkasten terveysvaikutuksia ei täysin tunneta. Suomalaistutkijat arvioivat nyt, että hopea-altistusta voidaan vähentää, kun nanopartikkelit sidotaan kemiallisesti polymeereihin. Tutkimus ilmestyy piakkoin kansainvälisesti merkittävässä alan julkaisussa Colloid and Polymer Science.

Nanopartikkelit (nanometri on metrin miljardiosa) puhuttavat sekä tutkimuksessa että arjessa. Hopea taas on tunnettu antimikrobisena aineena pitkään, ja sen kaupallisia sovellutuksia on paljon. Marketeista löytyy kirjo tuotteita, joihin on lisätty hopeaa tai hopeananopartikkeleita. Tällaisia ovat antimikrobiset tekstiilit, säilytysastiat, suihkuverhot, pöytälevyt, lattiapinnoitteet, maalit ja liimat. Tarjolla on myös sisäisesti käytettävää kolloidista hopeavettä ja ulkoisesti käytettäviä hopeapitoisia voiteita ja deodorantteja, jopa haavanhoitotuotteita.

USA:ssa hopeananopartikkeleita sisältävien uusien hyönteismyrkkyjen rekisteröiminen on herättänyt pohdintaa niiden turvallisuudesta. Aiheellisesti kysytään, voiko aiemmista turvallisuustiedoista koskien hopeaionien ja metallisen hopean toksisuutta tehdä johtopäätöksiä hopeananopartikkeleiden myrkyllisyydestä. (1)

Helsingin yliopistossa on nyt kehitetty ratkaisu hopean toksisuuden vähentämiseen. Nanohiukkasia voidaan valmistaa usealla eri menetelmällä, jotka perustuvat metallisuolojen, tässä tapauksessa hopeanitraatin, pelkistykseen jonkin stabiloivan yhdisteen läsnä ollessa. Polymeereillä stabiloituja hopeananopartikkeleita on valmistettu onnistuneesti Helsingin yliopiston kemian laitoksen polymeerikemian laboratoriossa. Työssä on hyödynnetty laboratorion aiempaa kokemusta kultananopartikkeleista sekä Aalto-yliopiston Teknillisen korkeakoulun ja eurooppalaisten yhteistyökumppaneiden tietotaitoa.

Helsingissä valmistuksessa stabiloivana yhdisteenä käytetään polymeeriä, jossa on reaktiivinen tiolipääteryhmä. Tioliryhmien tiedetään sitoutuvan voimakkaasti hopeaan, jolloin on mahdollista hopeananopartikkeleiden tehokas kolloidinen stabilisaatio ja kiinnittyminen polymeereihin. Polymeeri itsessään on pehmeä kumimainen akrylaatti, joka sisältää vesiliukoisen lohkon, jotta hopeaionit pystyvät vapautumaan muuten hydrofobisesta pinnoitteesta. Ajatuksena on, että näitä hopeananohiukkasia voisi käyttää pinnoitteena tai sen komponenttina. (2)

Hopean toksisuudesta mikro-organismeille on esitetty monta mekanismia. On osoitettu, että hopeaionit reagoivat soluissa proteiinien tioliryhmien kanssa. On myös näyttöä, että hopeaionit vaurioittavat DNA:ta siten, että sen monistuminen estyy. Myös hopean kykyä muodostaa erittäin niukkaliukoisia suoloja pidetään yhtenä sen vaikutusmekanismina. Kloridi-ionien saostuessa hopeakloridina solujen sytoplasmasta solujen soluhengitys estyy. Hopeananopartikkeleiden antibakteerinen teho tunnetaan myös varsin hyvin, etenkin gram-negatiivisia (esim. E.Coli ) bakteereja vastaan. Hopeananopartikkelit vaikuttavat sekä vapauttamalla hopeaioneja että kulkeutumalla kokonaisina solujen sisään.

Ihmisille hopeaa, hopeaioneja ja hopeananopartikkeleita on yleisesti pidetty melko harmittomina. Viimeisimmissä tutkimuksissa nanohiukkasten on kuitenkin osoitettu tunkeutuvan myös nisäkkäiden soluihin ja vaurioittavan perimää. On jopa viitteitä siitä, että hopeananopartikkelit kulkeutuisivat aktiivisesti soluihin endosytoosin avulla. Solun sisällä soluhengityksessä muodostuva vetyperoksidi hapettaa hopeananohiukkasia ja vapauttaa niistä hopeaioneja, jolloin niiden toksisuus kasvaa. Voidaan siis jopa olettaa hopeananopartikkeleiden olevan syto- ja genotoksisia. Hopeananohiukkasten on myös osoitettu kulkeutuvan huokosten ja rauhasten kautta ihon läpi. Jos ihossa on vaurioita, edistävät ne hopeahiukkasten läpäisyä ihon läpi.

On siis tärkeää, ettei hopeananopartikkeleita sisältävistä pinnoitteista vapaudu nanohiukkasia. Suomalaistutkijoiden mukaan tehon tulisikin perustua vain niistä liukeneviin hopeaioneihin. Näin ollen nanohiukkasten tulee olla mahdollisimman hyvin sitoutuneena pinnoitteeseen, jolloin mahdollista hopeananopartikkelialtistusta voidaan vähentää.

Viitteet:

1) Erickson B.E. (2009) Nanosilver pesticides . Chemical and Engineering news, 87, 48, 25-26.

2) Niskanen, Jukka; Shan, Jun; Tenhu, Heikki; Jiang, Hua; Kauppinen, Esko; Barranco, Violeta; Pico, Fernando; Yliniemi, Kirsi; Kontturi, Kyösti. Synthesis of copolymer-stabilized silver nanoparticles for coating materials . Colloid and Polymer Science, in press. DOI: 10.1007/s00396-009-2178-x

Lisätietoja antaa professori Heikki Tenhu, puhelin (09) 191 50334 ja 040 521 9690.

Ystävällisin terveisin

Minna Meriläinen, tiedottaja, (09) 191 51042