海水飽和多孔質媒体中でのナノプラスチックのタンパク質コロナ媒介輸送

Protein corona-mediated transport of nanoplastics in seawater-saturated porous media.

• Zhiqiang Dong
• Yuanzhang Hou
• Wenhui Han
• Mengping Liu
• Junliang Wang
• Yuping Qiu

抄録

沖合の養殖環境は、微小なプラスチックや飼料用タンパク質が高濃度に存在する潜在的な水域である。本研究では、負に帯電したウシ血清アルブミン（BSA）と正に帯電したリゾチーム（LSZ）を用いて、35の実用塩濃度単位（PSU）の海水で飽和した海砂中でのポリスチレンナノプラスチック（NP、200, 500, 1000nm）の凝集、輸送、保持に及ぼすタンパク質コロナの影響を調べた。NPの表面にBSAが吸着して形成されたBSAコロナは、誘導されたコロイド立体障害により、NP（200nmと500nm）の分散を支配的に駆動した。例えば、500nmのNPの集合体サイズは1740±87nmから765±8nmへと40分で減少し、NPの輸送が促進された。計算された相互作用エネルギーは、BSAコロナによって1000nmのNPと砂表面との間に10KT以上の高いエネルギー障壁が存在することを示しており、BSAによって1000nmのNPの輸送が促進されていることを示している。排水からの回収率(M)は33.4%から61.7%に増加した。逆に、LSZコロナは、200nmのNPが静電吸着とブリッジング効果により大凝集体に凝集し、200nmのNPの輸送を阻害することがわかった。それにもかかわらず、500nmと1000nmのNPの表面には、タンパク質の吸着が極めて低いため、LSZコロナは形成されなかった。したがって、LSZはこれらのNPの安定性や輸送に影響を与えることはできないと考えられる。希釈した海水（3.5PSU）では、正に帯電したLSZと500nmのNPとの間の強い静電引力が著しく増加し、LSZコロナが形成され、500nmのNPの凝集を誘導した。その結果、NPのMは53.1%から11.2%に減少した。以上のことから，海水飽和多孔質媒体中でのNPのタンパク質コロナを介した輸送は，タンパク質の種類，NPサイズ，海水の塩分濃度に依存していることが明らかになった．

The offshore aquaculture environment is a potential water area with high concentrations of tiny plastics and feeding proteins. In this study, the negatively charged bovine serum albumin (BSA) and the positively charged lysozyme (LSZ) were used to explore the effects of protein corona on the aggregation, transport, and retention of polystyrene nanoplastics (NPs; 200, 500, and 1000 nm) in sea sand saturated with seawater of 35 practical salinity units (PSU). The BSA corona, which was formed by the adsorption of BSA on the surface of NPs, drove the dispersion of NPs (200 and 500 nm) due dominantly to the induced colloidal steric hindrance. For example, the aggregate sizes of 500 nm NP decreased from 1740 ± 87 nm to 765 ± 8 nm at 40 min, which resulted in the enhanced transportation of NP. The calculated interaction energies indicated the BSA corona-induced high energy barriers (>10 KT) between 1000 nm NPs and sand surface, demonstrating the BSA-enhanced transport of 1000 nm NPs. The mass percentage recovered from the effluent (M) increased from 33.4% to 61.7%. Inversely, the LSZ corona triggered the aggregation of 200 nm NPs into the large aggregates via electrostatic adsorption and bridging effect, thereby inhibiting the transport of 200 nm NPs. Nevertheless, no LSZ corona was formed on the surface of 500 and 1000 nm NPs due to extremely low protein adsorption. Accordingly, LSZ cannot affect the stability and transport of these NPs. In the diluted seawater (3.5 PSU), the strong electrostatic attraction between positively charged LSZ and 500 nm NPs significantly increased and the LSZ corona formed, which induced the aggregation of 500 nm NPs. The M of NPs therefore decreased from 53.1% to 11.2%. Overall, the protein corona-mediated transport of NPs in seawater-saturated porous media depends on protein type, NP size, and seawater salinity.

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