Oddziaływanie wybranych nanocząstek glinokrzemianów stosowanych w produkcji nanokompozytów polimerowych na surfaktant płucny

Celem projektu była ocena oddziaływania wybranych nanocząstek glinokrzemianów stosowanych w produkcji nanokompozytów polimerowych na właściwości powierzchniowe surfaktantu płucnego
i jego głównego składnika − dipalmitylofosfatydylocholiny (DPPC).

Ocenę przeprowadzono na podstawie analizy wyników badania zmian aktywności powierzchniowej modelowego surfaktantu reprezentującego właściwości endogennego surfaktantu płucnego oraz jego głównego fosfolipidowego składnika (DPPC) zachodzących w obecności nanocząstek glinokrzemianów naturalnych (haloizytu HN i bentonitu PGV) oraz glinokrzemianów modyfikowanych powierzchniowo (montmorylonitów I.28E, I.30E i I.31PS). Badania realizowano z zastosowaniem metody pulsującego pęcherzyka, metody wagi Langmuira-Wilhelmy’ego oraz metody wiszącej kropli. Analizie poddano:

-     kryteria ilościowe opisujące zmiany położenia i kształtu histerez napięcia powierzchniowego
w obecności badanych nanocząstek, uzyskanych podczas oscylacji wielkości powierzchni międzyfazowej ciecz-gaz w badaniach symulujących przebieg procesów występujących w pęcherzyku płucnym w trakcie cyklu oddechowego

-     zmiany napięcia powierzchniowego w czasie wyznaczone na podstawie obserwacji kształtu wiszącej kropli utworzonej z zawiesiny badanych nanocząstek

-     przebiegi izoterm kompresji i krzywych ściśliwości monowarstwy DPPC utworzonej na powierzchni czystej fazy ciekłej (bez dodatku badanych nanocząstek) oraz izoterm kompresji
i krzywych ściśliwości monowarstwy DPPC utworzonej na powierzchni zawiesin o różnych stężeniach nanocząstek

-     organizację cząsteczek w stanie gazowym (G), stanie cieczy rozprężonej (LE), stanie pośrednim (I) oraz stanie cieczy skondensowanej (LC) w odniesieniu do pola powierzchni przypadającego na jedną cząsteczkę DPPC podczas kompresji monowarstwy prowadzonej w różnych warunkach pomiarowych

-     zależność wskaźnika MA₃₀ od rodzaju i stężenia badanych nanocząstek

-     przebiegi izoterm kompresji powierzchni międzyfazowej ciecz-gaz wyznaczonych bez naniesienia monowarstwy DPPC w układach zawierających w fazie ciekłej badane nanocząstki.

Projekt I.B.10. Procentowe zmiany znormalizowanego pola histerezy w układach o stężeniu badanych nanocząstek wynoszącym 1 mg/ml

      Stwierdzono, że wszystkie z badanych nanocząstek glinokrzemianów mają wpływ na aktywność powierzchniową modelowego surfaktantu płucnego i jego głównego składnika − dipalmitylofosfatydylocholiny (DPPC). Obserwowany efekt silnie zależy od stężenia nanocząstek, a na charakter zmian dynamicznego napięcia powierzchniowego wpływa powierzchnia właściwa nanocząstek oraz obecność modyfikatorów powierzchni cząstek.

     Niemodyfikowane nanocząstki glinokrzemianów naturalnych (haloizytu HN i bentonitu PGV)
w widoczny sposób zmniejszają aktywność powierzchniową modelowego surfaktantu płucnego. Jest to prawdopodobnie spowodowane adsorpcją cząsteczek surfaktantu na powierzchni nanocząstek HN
i PGV, zmniejszeniem ich stężenia na powierzchni międzyfazowej i w efekcie obniżeniem zdolności surfaktantu do redukcji napięcia powierzchniowego.

     Nanocząstki glinokrzemianów o zmodyfikowanej powierzchni wywołują wzmocnienie efektów powierzchniowo czynnych w badanym układzie. Może to być wytłumaczone uwalnianiem cząsteczek związku modyfikującego z powierzchni montmorylonitu i ich adsorpcją na powierzchni międzyfazowej.

     Największy wpływ na zmianę aktywności powierzchniowej modelowego surfaktantu mają nanocząstki bentonitu PGV oraz montmorylonitu modyfikowanego powierzchniowo I.30E, a więc te nanonapełniacze, które mają największą powierzchnię właściwą w swoich grupach (glinokrzemiany naturalne i glinokrzemiany modyfikowane powierzchniowo).

     Wnioski z badań sugerują możliwość zaburzenia właściwości powierzchniowo czynnych surfaktantu płucnego w wyniku oddychania powietrzem zawierającym nanocząstki glinokrzemianów. W celu ochrony pracowników przed narażeniem na tego typu nanocząstki konieczne jest stosowanie odpowiedniej profilaktyki technicznej i organizacyjnej.

W ramach realizacji projektu opracowano metodę badania wpływu nanocząstek na dynamiczne napięcie powierzchniowe modelowego surfaktantu płucnego w układzie pulsującego pęcherzyka oraz metodę badania zmian właściwości powierzchniowych monowarstwy DPPC pod wpływem cząstek nanoproszków stosowanych na stanowiskach pracy. Ponadto przygotowano materiały informacyjne przeznaczone dla pracodawców i pracowników zatrudnionych w narażeniu na nanocząstki, dla osób odpowiedzialnych za bezpieczeństwo i higienę pracy w przedsiębiorstwach oraz dla laboratoriów wykonujących badania środowiska pracy. Projekt materiałów informacyjnych został poddany weryfikacji na seminarium, w którym wzięło udział 26 osób z 6 województw.

Wyniki  badań przedstawiono w 9 publikacjach i 13 doniesieniach na seminariach oraz konferencjach o zasięgu krajowym i międzynarodowym.