Harmonizing methods to assess the ecotoxicity of layered double hydroxides nanomaterials in a freshwater microalgae

Abstract

Nanotechnology has experienced an unprecedent growth, marked by the development of innovative nanomaterials with unique physicochemical characteristics for a wide range of applications. Layered double hydroxides (LDH) are a great example of such innovation. Currently, risk assessment methodologies are based on test methods developed for conventional chemical’s characteristics and do not account for the specificities that nanomaterials exhibit. Under REACH (Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemicals) and CLP (Classification, Labelling and Packaging of substances) EU regulations, nanomaterials are regarded as substances. The chemical safety assessment of nanomaterials is thus crucial to meet the needs for their registration and posterior commercialization. The safety assessment performed for REACH, based on the current non nano-specific ecotoxicological test methodologies might produce data with low relevance and reliability. Thus, the present study aimed to assess the impact of two different exposure methodologies, recommended by OECD (serial dilutions from a stock dispersion vs direct nanomaterial addition to each individual concentration), in the growth of the freshwater microalgae Raphidocelis subcapitata exposed to Zn-Al and Cu-Al LDHs. Moreover, different powder grain sizes (bulk, <25. 25-63, 63-125, 125- 250 and, >250 µm) of both LDHs were used for the exposure of the same microalgae regarding a possible grain size-dependent toxicity. Regarding exposure methodologies, differences were observed in the toxicity of Zn-Al LDH, however, there is no methodological difference in the toxicity output for Cu-Al LDH exposure. Zn-Al LDH toxicity was similar for all grain sizes, however, the 3 highest grain sizes of Cu-Al LDH produced lower toxicity when comparing to the bulk counterpart. Thus, a grain size separation for Cu-Al LDH might be of great advantage towards the formulation of an eco-friendlier nanomaterial. Exposure methodology results pose as a good starting point for ecotoxicological testing involving LDHs. Additionally, other studies with exposure methodologies and media, and different nanomaterials are needed, in order to achieve better standardization procedures for nano-specific test methodologies.

A nanotecnologia tem sofrido um crescimento sem precedentes, marcado pelo desenvolvimento de nanomateriais inovadores com características físico-químicas únicas para uma ampla gama de aplicações. Os hidróxidos duplos-lamelares (LDHs) são um excelente exemplo dessa inovação. Atualmente, as metodologias de avaliação de risco são baseadas em metodologias de avaliação desenvolvidas para substâncias convencionais e não têm em conta as especificidades exibidas pelos nanomateriais. Os nanomateriais estão enquadrados como substâncias nos regulamentos europeus REACH (Registo, Avaliação, AutorizaçãoeRestriçãodeQuímicos) e CRE (Classificação, Registo e Embalagem),sendo-lhes aplicáveis as disposições constantes em ambos os documentos.Assim,a avaliação do risco dos nanomateriais é crucial para o seu registo e posterior comercialização. No entanto, a avaliação de risco dos nanomateriais no âmbito REACH é baseada em metodologias para compostos convencionais o que pode originar resultados com baixa relevância e confiabilidade. Por isso, o presente estudo visou avaliar o impacto de duas metodologias de exposição recomendadas pela OCDE (diluições em série a partir de uma solução stock vs. adição direta de nanomaterial a cada concentração individual), no crescimento da microalga de água doce Raphidocelis subcapitata após a exposição a uma gama de concentrações de Zn-AlLDH e Cu-Al LDH. Adicionalmente, pós com diferentes tamanhos de grão (heterogéneo; <25, 25-63, 63-125, 125-250 e, >250 μm) de ambos os LDHs foram utilizados na exposição à mesma microalga, considerando uma possível toxicidade dependente do tamanho do grão. Relativamente às metodologias, foram observadas diferenças na toxicidade obtida entre ambas as metodologias de exposição para Zn-Al LDH, contudo, nenhuma diferença foi detetada no caso doCu-AlLDH. Relativamente aos tamanhos de grão nos pós de LDHs, atoxicidade do Zn-Al LDH foi similar para todos os tamanhos, contudo, os 3 tamanhos maiores do Cu-Al LDH produziram uma menor toxicidade comparando com a amostra heterogénea. Assim sendo, a separação do Cu-Al LDH por tamanhos granulométricos poderá ser uma vantagem para a formulação de uma nanomaterial mais amigo do ambiente. Os resultados da metodologia de exposição constituem um bom ponto de partida para a elaboração de adaptações das metodologias a realizar em testes ecotoxicológicos com algas envolvendo LDHs. Estudos futuros com outras metodologias de exposição, meios de exposição e diferentes nanomateriais permitirão atingir uma padronização mais precisa das metodologias de teste para nanomateriais.