Bizmut sülfür (Bi2S3) ve kobalt (Co) nanopartiküllerinin model organizmalar üzerinde olası nanotoksikolojik etkilerinin  belirlenmesi
Determination of possible nanotoxicological effects of bismuth sulfide (Bi2S3) and cobalt (Co) nanoparticles on model organisms
Yazar: AYŞEGÜL ERGENLER
Danışman: PROF. DR. FUNDA TURAN
İskenderun Teknik Üniversitesi / Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü / Su Ürünleri Ana Bilim Dalı / Su Ürünleri Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Su Ürünleri = Aquatic Products

Özet:
Bilim ve teknolojideki  en önemli gelişmelerden biri olan nanomalzemeler, görünmez küçük boyutlu parçacıklar olup; çeşitli alanlarda uygulamaları olan benzersiz fiziksel, kimyasal ve biyolojik özelliklere sahiptir. Sürekli olarak kullanılan nanoyapıların birçok avantajının arkasında hala belirsizliğini koruyan  nanotoksik etkileri ve çelişkili durumları mevcuttur. Teknolojik çalışmalarda  popüler olan nanomalzemelerin akuatik ekosistemde toksik etkileri belirsizdir. Çalışmamızda, Bizmut sülfür (Bi2S3) nanoçiçekler ve Kobalt (Co) nanoyaprakları mikrodalga bazlı hidrotermal süreç kullanılarak sentezlenmiş ve sentezlenen nanomalzemelerin ayırt edici özellikleri saptamak için; XRD (X ışını kırınımı), SEM (Taramalı elektron mikroskobu) ve FTIR (Fourier Dönüşüm Kızılötesi Spektroskopisi) analizleri yapılarak, model organizma (Cyprinus carpio), (Daphnia magna) üzerindeki genotoksik etkileri araştırılmıştır. Kullanılan nanomalzemelerin (Ekonomik İşbirliği ve Kalkınma Örgütü) yönergelerine göre yapılmıştır. İlk bölüm de Bi2S3nanoçiçeklerin 96.saat sonunda LC50değeri probit analizi ile 350 mg L -1 olarak belirlenmiş ve LC50değerine göre üç subletal konsantrasyon (35, 87 ve 175 mg L-1) seçilmiştir. LC50değerine göre Bi2S3 nanoçiçekleri AB Direktifi 93/67/EEC sınıflandırma şemasına göre sucul organizmalar için toksik  bulunmamıştır. Bi2S3nanoçiçeklerinin subletal konsantrasyonlarına ait genotoksikolojik değerlendirmede, 35 ve 87 mg L -1 doz gruplarının DNA hasarı ve mikronükleus düzensizlikleri; kontrol grubu ile benzer bulunurken; 175 mg L -1 Bi2S3 grubunda, kontrol ve diğer doz gruplarına göre yüksek DNA hasarı ve eritrosit anormallikleri belirlenmiştir. İkinci bölümünde, sentezlenen kobalt nanoyapraklarının diğer model organizmamız olan Daphnia magna üzerinde olası sitotoksik ve genotoksik etkileri araştırılmıştır. Model organizma, Kobalt (Co) nanoyaprakların farklı konsantrasyonları (1, 5, 10, 15, 20 ve 25 µg L-1 ) 24, 48, 72 ve 96 saatlik periyotlarda maruz bırakılmış ve 96. saatin sonunda, LC50değeri probit analizi ile 9.705 µg L-1 olarak belirlenmiştir. Kimyasalların Sınıflandırılması ve Etiketlenmesine İlişkin Küresel Uyumlaştırılmış Sistem tarafından belirlenen toksisite seviyelerine göre, Kobalt (Co) nanoyapraklarının yüksek derecede toksik kategorisine girmiştir. Ayrıca, 96 saatlik akut toksisite testi ile Güvenli Uygulama Oranı (SAR) ve Güvenlik Faktörü (SAFE) katsayıları hesaplanmış, sırasıyla 0,025 ve 0,243  olarak bulunmuştur. Subakut denemede, Co nanoyaprakların en yüksek konsantrasyonundaki (2,5 µg L-1 ) DNA hasarı (%53.00±0.94) kontrol grubuna (%28,33±1,52) göre yaklaşık 2 kat daha yüksek olduğu belirlenmiştir. Ayrıca, ISO10993-5;e göre, Kobalt nanoyapraklar D. magna üzerinde belirli konsantrasyonlar için sitotoksik olarak sınıflandırılmıştır. Bu tez çalışması Bi2S3 nanoçiçekleri ve Co nanoyapraklarının sucul yaşam üzerindeki etkilerini ortaya çıkarmak ve toksikolojisi hakkında somut veriler ortaya koymak adına ilk çalışma olup, bu nanomalzemelerinin çevresel etkileri ve risklerine yönelik daha fazla sistematik çalışma yapılması gerekmektedir.

Abstract:
Nanomaterials, invisible particles with unique physical, chemical, and biological properties, have numerous applications in various fields. However, their toxic effects on aquatic ecosystems remain unclear. A study synthesized Bismuth sulfide (Bi2S3) nanoflowers and Cobalt (Co) nanosheets using microwave-based hydrothermal processes investigated their genotoxic effects on Cyprinus carpio and Daphnia magna using XRD, SEM, and FTIR analysis.Made according to the guidelines of the nanomaterials used (Organization for Economic Cooperation and Development). In the first part, LC50value of Bi2S3 nanoflowers at the end of 96th hour was determined as 350 mg L -1 by probit analysis and three subletal concentrations (35, 87 and 175 mg L -1) were selected according to LC50value. According to LC50value, Bi2S3 nanoflowers are not found toxic to aquatic organisms according to EU Directive 93/67/EEC classification scheme. In the genotoxicological evaluation of the sublethal concentrations of Bi2S3 nanoflowers, DNA damage and micronucleus disorders of 35 and 87 mg L -1 dose groups; while it was found similar to the control group; Higher DNA damage and erythrocyte abnormalities were detected in the 175 mg L -1 Bi2S3 group compared to the control and other dose groups. In the second part, possible cytotoxic and genotoxic effects of synthesized cobalt nanoleaves on our other model organism, Daphnia magna, were investigated. The model organism was exposed to different concentrations of Cobalt (Co) nanoleaves(1, 5, 10, 15, 20 and 25 µg L-1 ) for 24, 48, 72 and 96 hours and at the end of the 96th hour, the LC50value was determined by probit analysis. It was determined as 9,705 µg L-1. According to the toxicity levels determined by the GHS, Cobalt(Co) nanoleaves are in the highly toxic category.Safe Administration Rate (SAR) and Safety Factor (SAFE) coefficients were calculated with the 96-hour acute toxicity test and found to be 0.025 and 0.243, respectively. In the subacute trial, DNA damage (53.00±0.94%) at the highest concentration (2.5 µg L -1) of Co nanoleaves was approximately 2 times higher than that of the control group (28.33±1.52%). ISO10993-5, Cobalt nanoleaves are classified as cytotoxic for certain concentrations on D. magna. This thesis is the first study to reveal the effects of Bi2S3 nanoflowers and Co nanoleaves on aquatic life and to reveal concrete data on their toxicology, and more systematic studies are needed on the environmental effects and risks of these nanomaterials.