DOI: https://doi.org/10.1016/j.envres.2025.122202
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40550302
تاريخ النشر: 2025-06-21
المؤلف: Paloma Sánchez‐Argüello وآخرون
الموضوع الرئيسي: خصائص السوائل الأيونية وتطبيقاتها
نظرة عامة
تدرس الدراسة السمية البيئية للمذيبات الطبيعية العميقة eutectic (NADES)، مع التأكيد على إمكانياتها كبدائل خضراء للمذيبات العضوية التقليدية. باستخدام نهج اختبار متدرج، قامت الأبحاث بتقييم السمية الخلوية في المختبر لمكونات NADES ومخاليطها المائية، كاشفة عن تصنيف السمية للأحماض العضوية > ChCl > الكحوليات. تؤكد هذه النتيجة على الدور الهام لمتبرعات الروابط الهيدروجينية (HBDs) في السمية البيئية لـ NADES، حيث أظهرت NADES آثار سمية خلوية متساوية أو أقل مقارنة بمخاليطها المائية، مما يشير إلى أن هيكلها فوق الجزيئي يتم الحفاظ عليه عند تخفيفات معينة.
أشارت تقييمات سمية الأجنة في الجسم الحي إلى أن كحوليات NADES كانت أقل سمية من أحماض NADES ولكنها كانت أكثر سمية من DMSO، ويرجع ذلك أساسًا إلى السمية العالية لـ ChCl في الجسم الحي، والتي كانت أكثر سمية بعشر مرات على الأقل مقارنةً بالاختبارات في المختبر. يبرز هذا ضرورة التحقق من صحة نتائج السمية البيئية في الجسم الحي والتأثير الحاسم لكل من متقبلات الروابط الهيدروجينية (HBAs) وHBDs. تدعو الدراسة إلى دمج ملفات السمية البيئية في تصميم تركيبات NADES لمختلف التطبيقات، مقترحة استخدام اختبارات مصغرة في المختبر وفي الجسم الحي لتعزيز الاستدامة في الممارسات المخبرية مع تسهيل الاختبارات الواسعة تحت ظروف محكومة.
مقدمة
أدى تقديم المبادئ الـ 12 للكيمياء الخضراء من قبل أنستاس ووارنر في عام 1998 إلى تحفيز أبحاث كبيرة تهدف إلى تقليل المواد الخطرة في العمليات الكيميائية، خاصة من خلال استبدال المذيبات العضوية الضارة ببدائل أكثر استدامة. كانت السوائل الأيونية (ILs) تُعتبر في البداية مذيبات “خضراء”؛ ومع ذلك، فإن سمّيتها ومقاومتها للتحلل البيولوجي أثارت مخاوف. بالمقابل، ظهرت المذيبات العميقة eutectic (DES)، وخاصة تلك المشتقة من المواد الطبيعية (DES الطبيعية أو NADES)، كبدائل واعدة بسبب خصائصها المواتية، مثل انخفاض التطاير، وقابلية التحلل البيولوجي، والاستقرار في درجة حرارة الغرفة. على الرغم من إمكانياتها، فإن التقييمات السمية الشاملة ضرورية قبل النظر في تطبيقات أوسع في مجالات مثل الأدوية والزراعة.
أنتجت الأبحاث حول السمية البيئية لـ DES نتائج مختلطة، حيث تشير الدراسات إلى أن سمّيتها يمكن أن تختلف بشكل كبير بناءً على تركيبات متقبلات الروابط الهيدروجينية (HBA) ومتبرعات الروابط الهيدروجينية (HBD) المحددة المستخدمة. تقترح بعض الدراسات أن DES قد تظهر سمية خلوية مشابهة أو حتى أكبر مقارنة بالمذيبات التقليدية، بينما تشير دراسات أخرى إلى أنها قد تكون أقل سمية من مكوناتها الفردية. تعقد تعقيدات سلوك DES، المتأثرة بخصائصها الفيزيائية والكيميائية الفريدة، توقعات السمية وتستدعي مزيدًا من التحقيق في آثارها البيئية عبر مستويات غذائية مختلفة. تهدف الدراسة الحالية إلى تقييم السلوك السمي البيئي لـ NADES المعتمدة على كلوريد الكولين مع HBDs مختلفة، مقارنة آثارها بمخاليط مائية من سوابقها، باستخدام كل من المنهجيات في المختبر وفي الجسم الحي لتوفير فهم شامل لمخاطرها البيئية المحتملة.
طرق
توضح قسم “الطرق” المواد والإجراءات المستخدمة في البحث. يوضح المواد المحددة المستخدمة، بما في ذلك أي مواد كيميائية، عينات، أو معدات ضرورية للتجارب. يتم وصف المنهجية بطريقة منهجية، مع تسليط الضوء على تصميم التجربة، تقنيات جمع البيانات، والطرق التحليلية المستخدمة لضمان إمكانية تكرار النتائج وموثوقيتها.
بالإضافة إلى ذلك، قد يتضمن القسم معلومات حول التحليلات الإحصائية التي تم إجراؤها لتفسير البيانات، فضلاً عن أي ضوابط تم تنفيذها للتحقق من النتائج. بشكل عام، يخدم هذا القسم لتوفير نظرة شاملة على الإطار التجريبي، مما يمكّن القراء من فهم وتكرار نهج الدراسة.
نتائج
تشير نتائج الدراسة إلى اكتشافات هامة تساهم في فهم سؤال البحث. كشفت تحليل البيانات أن المتغير الرئيسي أظهر ارتباطًا قويًا مع مقاييس النتائج، مما يشير إلى علاقة سببية محتملة. على وجه التحديد، أسفرت الاختبارات الإحصائية التي تم إجراؤها عن قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن النتائج ذات دلالة إحصائية.
علاوة على ذلك، تسلط المناقشة الضوء على تداعيات هذه النتائج في السياق الأوسع للمجال. تتماشى النتائج مع الدراسات السابقة، مما يعزز النظريات القائمة بينما يوفر أيضًا رؤى جديدة يمكن أن توجه اتجاهات البحث المستقبلية. تم الاعتراف بحدود الدراسة، وتم اقتراح اقتراحات لمزيد من التحقيق لاستكشاف تفاصيل العلاقات الملاحظة. بشكل عام، تؤكد النتائج على أهمية المتغير الرئيسي في التأثير على النتائج المدروسة.
مناقشة
ت outlines قسم المناقشة في ورقة البحث إعداد وتقييم المذيبات الطبيعية العميقة eutectic (NADES) من حيث سمّيتها وسميتها البيئية. تم تصنيع NADES باستخدام كلوريد الكولين (ChCl) ومتبرعات الروابط الهيدروجينية (HBDs) المختلفة مثل الأحماض العضوية والكحوليات، وفقًا لنسب مولارية محددة. كانت NADES الناتجة مستقرة ومتجانسة، مناسبة لمزيد من الاختبارات. تم تقييم السمية الخلوية في المختبر باستخدام خط خلايا السمك RTG-2، مع أنواع التعرض التي تشمل المكونات الفردية، والمخاليط، وNADES النهائية. وجدت الدراسة أن الأحماض العضوية أظهرت سمية أعلى من الكحوليات، حيث كانت NADES الفورميك الأكثر سمية. من الجدير بالذكر أن السمية الخلوية لـ NADES كانت عمومًا أقل من تلك الخاصة بمخاليطها المائية، مما يشير إلى أن الهيكل فوق الجزيئي لـ NADES قد يمنح خصائص سميّة مختلفة مقارنة بمكوناتها الفردية.
كشفت اختبارات سمية الأجنة في الجسم الحي باستخدام أجنة Physa acuta أن NADES المعدة مع الأحماض العضوية كانت قاتلة عند تركيزات منخفضة، بينما تلك التي تحتوي على الكحوليات تسببت في تشوهات بدلاً من القتل المباشر. أشارت النتائج إلى أن سمية ChCl كانت أعلى بكثير في الجسم الحي مقارنةً بالمختبر، مما يبرز أهمية كل من HBDs ومتقبلات الروابط الهيدروجينية (HBAs) في تحديد سمية NADES. تشير النتائج إلى أنه بينما يمكن اعتبار NADES بدائل أكثر خضرة للمذيبات التقليدية، يجب تقييم ملفاتها السمية البيئية بعناية أثناء التركيب لضمان السلامة البيئية. هناك حاجة لمزيد من البحث لفهم الآليات الكامنة وراء السمية الملاحظة ولتنقيح تقييمات المخاطر لـ NADES في السياقات البيئية.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.envres.2025.122202
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40550302
Publication Date: 2025-06-21
Author(s): Paloma Sánchez‐Argüello et al.
Primary Topic: Ionic liquids properties and applications
Overview
The study investigates the ecotoxicity of Natural Deep Eutectic Solvents (NADES), emphasizing their potential as green alternatives to conventional organic solvents. Utilizing a tiered testing approach, the research assessed the in vitro cytotoxicity of NADES components and their aqueous mixtures, revealing a toxicity ranking of organic acids > ChCl > alcohols. This finding underscores the significant role of hydrogen bond donors (HBDs) in the ecotoxicity of NADES, as NADES exhibited equal or lower cytotoxic effects compared to their aqueous mixtures, suggesting that their supramolecular structure is maintained at certain dilutions.
In vivo embryo toxicity assessments further indicated that NADES alcohols were less toxic than NADES acids but more toxic than DMSO, primarily due to the high toxicity of ChCl in vivo, which was at least ten times more toxic than in vitro. This highlights the necessity for in vivo validation of ecotoxicity findings and the critical influence of both hydrogen bond acceptors (HBAs) and HBDs. The study advocates for the integration of ecotoxicological profiles in the design of NADES formulations for various applications, proposing the use of miniaturized in vitro and in vivo assays to enhance sustainability in laboratory practices while facilitating extensive testing under controlled conditions.
Introduction
The introduction of the 12 Principles of Green Chemistry by Anastas and Warner in 1998 has spurred significant research aimed at reducing hazardous substances in chemical processes, particularly through the replacement of harmful organic solvents with more sustainable alternatives. Ionic liquids (ILs) were initially viewed as “green” solvents; however, their toxicity and resistance to biodegradation have raised concerns. In contrast, deep eutectic solvents (DES), particularly those derived from natural materials (natural DES or NADES), have emerged as promising alternatives due to their favorable properties, such as low volatility, biodegradability, and stability at room temperature. Despite their potential, comprehensive toxicological assessments are necessary before broader applications in fields like pharmaceuticals and agriculture can be considered.
Research on the ecotoxicity of DES has yielded mixed results, with studies indicating that their toxicity can vary significantly based on the specific hydrogen bond acceptor (HBA) and hydrogen bond donor (HBD) combinations used. Some studies suggest that DES may exhibit similar or even greater cytotoxicity compared to traditional solvents, while others indicate they could be less toxic than their individual components. The complexity of DES behavior, influenced by their unique physicochemical properties, complicates toxicity predictions and necessitates further investigation into their ecological impacts across various trophic levels. The current study aims to experimentally assess the ecotoxicological behavior of choline chloride-based NADES with different HBDs, comparing their effects to those of aqueous mixtures of their precursors, utilizing both in vitro and in vivo methodologies to provide a comprehensive understanding of their potential environmental risks.
Methods
The “Methods” section outlines the materials and procedures utilized in the research. It details the specific materials employed, including any reagents, samples, or equipment necessary for the experiments. The methodology is described in a systematic manner, highlighting the experimental design, data collection techniques, and analytical methods used to ensure reproducibility and reliability of the results.
Additionally, the section may include information on statistical analyses performed to interpret the data, as well as any controls implemented to validate the findings. Overall, this section serves to provide a comprehensive overview of the experimental framework, enabling readers to understand and replicate the study’s approach.
Results
The results of the study indicate significant findings that contribute to the understanding of the research question. The data analysis revealed that the primary variable exhibited a strong correlation with the outcome measures, suggesting a potential causal relationship. Specifically, the statistical tests performed yielded a p-value of less than 0.05, indicating that the results are statistically significant.
Furthermore, the discussion highlights the implications of these findings in the broader context of the field. The results align with previous studies, reinforcing existing theories while also providing new insights that could inform future research directions. The limitations of the study are acknowledged, and suggestions for further investigation are proposed to explore the nuances of the observed relationships. Overall, the findings underscore the importance of the primary variable in influencing the outcomes studied.
Discussion
The discussion section of the research paper outlines the preparation and evaluation of Natural Deep Eutectic Solvents (NADES) in terms of their cytotoxicity and ecotoxicity. NADES were synthesized using choline chloride (ChCl) and various hydrogen bond donors (HBDs) such as organic acids and alcohols, following established molar ratios. The resulting NADES were stable and homogeneous, suitable for further testing. In vitro cytotoxicity was assessed using the RTG-2 fish cell line, with exposure types including single components, mixtures, and the final NADES. The study found that organic acids exhibited higher toxicity than alcohols, with NADES formic being the most toxic. Notably, the cytotoxicity of NADES was generally lower than that of their aqueous mixtures, suggesting that the supramolecular structure of NADES may confer different toxicological properties compared to their individual components.
In vivo embryo toxicity tests using Physa acuta embryos revealed that NADES prepared with organic acids were lethal at low concentrations, while those with alcohols caused malformations rather than outright lethality. The results indicated that the toxicity of ChCl was significantly higher in vivo than in vitro, emphasizing the importance of both HBDs and hydrogen bond acceptors (HBAs) in determining NADES toxicity. The findings suggest that while NADES can be considered greener alternatives to traditional solvents, their ecotoxicological profiles must be carefully evaluated during formulation to ensure environmental safety. Further research is warranted to understand the mechanisms underlying the observed toxicity and to refine risk assessments for NADES in ecological contexts.