Published July 1, 2022 | Version v1
Publication Open

Airborne emissions from combustion of graphene nanoplatelet/epoxy composites and their cytotoxicity on lung cells via air-liquid interface cell exposure in vitro

Creators

  • 1. Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology
  • 2. ETH Zurich
  • 3. National Science and Technology Development Agency
  • 4. National Nanotechnology Center

Description

Graphene nanoplatelet (GNP) as a nanofiller improves the mechanical strength, electrical conductivity, and flame retardancy of the polymers significantly. With an increasing number of GNP-reinforced products, a careful safety assessment is needed to avoid social and economic setbacks. However, no study has addressed the effects of combustion-generated emissions from GNP-reinforced products in the lung, the most sensitive exposure route to airborne particles. Therefore, we studied the influence of GNP as a nanofiller on the emitted particles and polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), and cytotoxicity of the emissions from the combustion of pure epoxy (EP) and GNP-reinforced epoxy (EP-GNP). GNP was not detected in the airborne emissions. PAHs were found in airborne particles of both emissions from EP and EP-GNP, with some differences in their concentrations. A first hazard assessment was performed on human alveolar epithelial cells exposed to the airborne emissions at air-liquid interface conditions. At 24 h and 96 h after the exposure, similar responses were observed between EP and EP-GNP except an acute transient decrease in mitochondrial activity after exposure to the emissions from EP-GNP. Both emissions from EP and EP-GNP had no acute effects on membrane integrity, cell morphology or expression of anti-oxidative stress markers (HMOX1 and SOD2 genes). Meanwhile, both emissions induced the activation of the aryl hydrocarbon receptor (CYP1A1 gene) and a transient (pro-) inflammatory response (MCP-1), but the effects between EP and EP-GNP were not significantly different.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تعمل الصفيحات النانوية من الجرافين (GNP) كحشو نانوي على تحسين القوة الميكانيكية والموصلية الكهربائية ومثبطات اللهب للبوليمرات بشكل كبير. مع تزايد عدد المنتجات المعززة بالناتج القومي الإجمالي، هناك حاجة إلى تقييم دقيق للسلامة لتجنب الانتكاسات الاجتماعية والاقتصادية. ومع ذلك، لم تتناول أي دراسة آثار الانبعاثات الناتجة عن الاحتراق من المنتجات المعززة بالناتج القومي الإجمالي في الرئة، وهي أكثر طرق التعرض حساسية للجسيمات المحمولة جواً. لذلك، درسنا تأثير الناتج القومي الإجمالي كحشو نانوي على الجسيمات المنبعثة والهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات (PAHs)، والسمية الخلوية للانبعاثات الناتجة عن احتراق الإيبوكسي النقي (EP) والإيبوكسي المقوى بالناتج القومي الإجمالي (EP - GNP). لم يتم اكتشاف الناتج القومي الإجمالي في الانبعاثات المحمولة جواً. تم العثور على الهيدروكربونات العطرية العديدة الحلقات في الجسيمات المحمولة جواً لكل من الانبعاثات من EP و EP - GNP، مع بعض الاختلافات في تركيزاتها. تم إجراء أول تقييم للمخاطر على الخلايا الظهارية السنخية البشرية المعرضة للانبعاثات المحمولة جواً في ظروف التفاعل بين الهواء والسائل. في 24 ساعة و 96 ساعة بعد التعرض، لوحظت استجابات مماثلة بين EP و EP - GNP باستثناء انخفاض عابر حاد في نشاط الميتوكوندريا بعد التعرض للانبعاثات من EP - GNP. لم يكن لكل من الانبعاثات من EP و EP - GNP أي تأثيرات حادة على سلامة الغشاء أو مورفولوجيا الخلية أو التعبير عن علامات الإجهاد المضادة للأكسدة (جينات HMOX1 و SOD2). وفي الوقت نفسه، أدت كل من الانبعاثات إلى تنشيط مستقبلات الأريل الهيدروكربونية (جين CYP1A1) والاستجابة الالتهابية العابرة (المؤيدة) (MCP -1)، لكن التأثيرات بين EP و EP - GNP لم تكن مختلفة بشكل كبير.

Translated Description (French)

La nanoplaquette de graphène (GNP) en tant que nanocharge améliore considérablement la résistance mécanique, la conductivité électrique et l'ignifugation des polymères. Avec un nombre croissant de produits renforcés par le PNB, une évaluation minutieuse de la sécurité est nécessaire pour éviter les revers sociaux et économiques. Cependant, aucune étude n'a abordé les effets des émissions générées par la combustion des produits renforcés par le PNB dans les poumons, la voie d'exposition la plus sensible aux particules en suspension dans l'air. Par conséquent, nous avons étudié l'influence du PNB en tant que nanocharge sur les particules émises et les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), et la cytotoxicité des émissions provenant de la combustion de l'époxy pur (EP) et de l'époxy renforcé par le PNB (EP-GNP). Le PNB n'a pas été détecté dans les émissions atmosphériques. Les HAP ont été trouvés dans les particules en suspension dans l'air des émissions d'EP et d'EP-GNP, avec quelques différences dans leurs concentrations. Une première évaluation des dangers a été réalisée sur les cellules épithéliales alvéolaires humaines exposées aux émissions atmosphériques dans des conditions d'interface air-liquide. 24 h et 96 h après l'exposition, des réponses similaires ont été observées entre l'EP et l'EP-GNP, à l'exception d'une diminution transitoire aiguë de l'activité mitochondriale après l'exposition aux émissions de l'EP-GNP. Les émissions de l'EP et de l'EP-GNP n'ont eu aucun effet aigu sur l'intégrité membranaire, la morphologie cellulaire ou l'expression des marqueurs de stress anti-oxydants (gènes HMOX1 et SOD2). Pendant ce temps, les deux émissions ont induit l'activation du récepteur aux hydrocarbures aryliques (gène CYP1A1) et une réponse (pro-) inflammatoire transitoire (MCP-1), mais les effets entre l'EP et l'EP-GNP n'étaient pas significativement différents.

Translated Description (Spanish)

La nanoplaqueta de grafeno (GNP) como nanocarga mejora significativamente la resistencia mecánica, la conductividad eléctrica y el retardo de llama de los polímeros. Con un número cada vez mayor de productos reforzados con PNB, se necesita una evaluación cuidadosa de la seguridad para evitar contratiempos sociales y económicos. Sin embargo, ningún estudio ha abordado los efectos de las emisiones generadas por la combustión de productos reforzados con PNB en el pulmón, la ruta de exposición más sensible a las partículas en el aire. Por lo tanto, estudiamos la influencia del PNB como nanocarga sobre las partículas emitidas y los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP), y la citotoxicidad de las emisiones de la combustión de epoxi puro (EP) y epoxi reforzado con PNB (EP-GNP). No se ha detectado PNB en las emisiones aéreas. Se encontraron HAP en partículas transportadas por el aire tanto de emisiones de EP como de EP-GNP, con algunas diferencias en sus concentraciones. Se realizó una primera evaluación de riesgos en células epiteliales alveolares humanas expuestas a las emisiones en el aire en condiciones de interfaz aire-líquido. A las 24 h y 96 h después de la exposición, se observaron respuestas similares entre EP y EP-GNP, excepto una disminución aguda transitoria en la actividad mitocondrial después de la exposición a las emisiones de EP-GNP. Ambas emisiones de EP y EP-GNP no tuvieron efectos agudos sobre la integridad de la membrana, la morfología celular o la expresión de marcadores de estrés antioxidante (genes HMOX1 y SOD2). Mientras tanto, ambas emisiones indujeron la activación del receptor de hidrocarburos arílicos (gen CYP1A1) y una respuesta (pro) inflamatoria transitoria (MCP-1), pero los efectos entre EP y EP-GNP no fueron significativamente diferentes.

Files

1-s2.0-S2452074822000362-main.pdf.pdf

Files (3.2 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:7b052a4d303b953124da9f5a1bb24bd0
3.2 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
الانبعاثات المحمولة جواً من احتراق مركبات الصفيحات النانوية/الإيبوكسي من الجرافين وسميتها الخلوية على خلايا الرئة عن طريق التعرض للخلايا البينية بين الهواء والسائل في المختبر
Translated title (French)
Émissions atmosphériques provenant de la combustion de composites nanoplatelettes de graphène/époxy et de leur cytotoxicité sur les cellules pulmonaires via une exposition cellulaire d'interface air-liquide in vitro
Translated title (Spanish)
Emisiones aéreas de la combustión de compuestos de nanoplaquetas/epoxi de grafeno y su citotoxicidad en las células pulmonares a través de la exposición celular de la interfaz aire-líquido in vitro

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4290786854
DOI
10.1016/j.impact.2022.100414

Is supplement to
https://openalex.org/W3082440218 (Other)
https://openalex.org/W2950710828 (Other)
https://openalex.org/W2938386830 (Other)
https://openalex.org/W2899084033 (Other)
https://openalex.org/W2791920325 (Other)
https://openalex.org/W2738530155 (Other)
https://openalex.org/W2593200884 (Other)
https://openalex.org/W2501991661 (Other)
https://openalex.org/W2087017819 (Other)
https://openalex.org/W1995958177 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Thailand

References

  • https://openalex.org/W1697544827
  • https://openalex.org/W1970304030
  • https://openalex.org/W1979822041
  • https://openalex.org/W1981500188
  • https://openalex.org/W1983612873
  • https://openalex.org/W1984230056
  • https://openalex.org/W1987248903
  • https://openalex.org/W1991574224
  • https://openalex.org/W1992670984
  • https://openalex.org/W1993911750
  • https://openalex.org/W1994634312
  • https://openalex.org/W1999152455
  • https://openalex.org/W2001931101
  • https://openalex.org/W2002747843
  • https://openalex.org/W2018588907
  • https://openalex.org/W2023092546
  • https://openalex.org/W2033120642
  • https://openalex.org/W2035483177
  • https://openalex.org/W2039199691
  • https://openalex.org/W2041184685
  • https://openalex.org/W2046208657
  • https://openalex.org/W2055084808
  • https://openalex.org/W2068986290
  • https://openalex.org/W2083178150
  • https://openalex.org/W2094156327
  • https://openalex.org/W2111260443
  • https://openalex.org/W2114570899
  • https://openalex.org/W2126941192
  • https://openalex.org/W2130018676
  • https://openalex.org/W2132112416
  • https://openalex.org/W2133010278
  • https://openalex.org/W2172255777
  • https://openalex.org/W2177385490
  • https://openalex.org/W2235679284
  • https://openalex.org/W2263760737
  • https://openalex.org/W2298916167
  • https://openalex.org/W2312494039
  • https://openalex.org/W2326100662
  • https://openalex.org/W2376332700
  • https://openalex.org/W2512119505
  • https://openalex.org/W2518260225
  • https://openalex.org/W2542924420
  • https://openalex.org/W2561824302
  • https://openalex.org/W2607200472
  • https://openalex.org/W2614253801
  • https://openalex.org/W2743374337
  • https://openalex.org/W2794691600
  • https://openalex.org/W2801450219
  • https://openalex.org/W2899421489
  • https://openalex.org/W2899444701
  • https://openalex.org/W2918180286
  • https://openalex.org/W2977951555
  • https://openalex.org/W2978615133
  • https://openalex.org/W3010741082
  • https://openalex.org/W3022075160
  • https://openalex.org/W3048719531
  • https://openalex.org/W3093345578
  • https://openalex.org/W3106974874
  • https://openalex.org/W3126540362
  • https://openalex.org/W3176419185
  • https://openalex.org/W3190347183