Metal esaslı kirleticilerin ekosistemler üzerindeki ekotoksisitesi: gümüş metali üzerine bir meta-analiz
The ecotoxicity of metal-based pollutants on ecosystems: a meta-analysis on silver metal
- Tez No: 1005792
- Danışmanlar: PROF. DR. SELİM LATİF SANİN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Kolloidal gümüş, Metal nanopartiküller, Toksik metaller, Colloidal silver, Metal nanoparticles, Toxic metals
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Çevre Bilimleri, Mühendisliği ve Yönetimi Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Nanoteknolojinin endüstriyel, tıbbi ve tarımsal uygulamalarda giderek yaygınlaşması, mühendislik ürünü nanomalzemelerin çevresel ortamlara salınımı ve ekotoksikolojik etkilerine ilişkin belirsizlikleri artırmıştır. Antimikrobiyal özellikleri nedeniyle geniş kullanım alanına sahip olan gümüş nanopartiküller, üretim, kullanım ve bertaraf aşamalarında sucul ve karasal ekosistemlere ulaşabilmektedir. Bununla birlikte, gümüş nanopartiküllerin çevresel ortamlarda çözünme, agregasyon, yüzey dönüşümü ve iyon salımı gibi fizikokimyasal süreçlere uğraması, partikül form ile iyonik gümüş arasındaki toksisite ayrımını karmaşıklaştırmaktadır. Literatürde iyonik ve nanopartikül gümüşün toksik etkilerine ilişkin çok sayıda deneysel çalışma bulunmakla birlikte, farklı organizma grupları, maruziyet süreleri, konsantrasyon aralıkları ve ölçüm parametreleri nedeniyle çalışmalar arası yüksek heterojenlik söz konusudur. Bu durum, karşılaştırmalı toksisiteye ilişkin tutarlı ve genelleştirilebilir sonuçlara ulaşılmasını güçleştirmekte ve düzenleyici çerçeveler açısından belirsizlik yaratmaktadır. Bu tez çalışmasında, iyonik gümüş ile gümüş nanopartiküllerin farklı ekosistem tiplerinde (sucul ve karasal) ve farklı trofik düzeylerde yer alan organizmalar üzerindeki toksik etkileri sistematik ve nicel bir sentez yöntemi olan meta-analiz yöntemiyle değerlendirilmiştir. PRISMA yaklaşımı doğrultusunda yürütülen kapsamlı literatür taraması sonucunda 1.117 çalışma belirlenmiş, önceden tanımlanmış dahil etme ve dışlama kriterleri uygulanarak 11 çalışma meta-analize dahil edilmiştir. Bu çalışmalardan toplam 28 bağımsız veri seti elde edilmiştir. Toksisite verileri standartlaştırılmış ortalama fark (SMD) yöntemi ile analiz edilmiş, çalışmalar arası heterojenlik Cochran'ın Q istatistiği ve I² indeksi ile değerlendirilmiştir. Yüksek düzeyde heterojenlik tespit edilmesi (Q=2013,040; p<0,001; I²=98,659) nedeniyle analizlerde rastgele etkiler modeli kullanılmıştır. Heterojenliğin olası kaynakları ekosistem tipi ve maruziyet süresi temel moderatör değişkenler olarak ele alınarak alt grup ve duyarlılık analizleriyle incelenmiştir. Toksisite göstergeleri olarak mikrobiyal büyüme inhibisyonu, oksidatif stres biyobelirteçleri ve hücresel hasar parametreleri esas alınmıştır. Meta-analitik bulgular, tüm ekosistemler genelinde iyonik gümüşün nanopartikül forma kıyasla istatistiksel olarak anlamlı ve büyük etki büyüklüğü düzeyinde daha yüksek toksisiteye sahip olduğunu göstermiştir (SMD=3,268; %95 GA=1,805–4,731; p<0,001). Alt grup analizleri, toksisite farklılıklarının çevresel bağlama duyarlı olduğunu ortaya koymuştur. Ekosistem temelli analizde her iki ekosistemde de iyonik gümüşün daha yüksek toksisite gösterdiği belirlenmiş; karasal ekosistemde etki büyüklüğü (6,283) sucul ekosisteme (2,300) kıyasla yüksek bulunmuştur. Bu durum, çevresel matriks özelliklerinin iyon mobilitesi, bağlanma kapasitesi ve biyoyararlanım üzerindeki etkileri ile ilişkilendirilmektedir. Maruziyet süresine dayalı analizler ise toksik yanıtın zamansal dinamiklere bağlı olarak değiştiğini göstermiş; özellikle 24–47 saat ve 72 saat üzeri maruziyetlerde iyonik form lehine anlamlı ve yüksek etki büyüklükleri tespit edilmiştir. Bulgular, nanopartikül formun toksisitesinin önemli ölçüde iyon salımı ve çözünme kinetiğine bağlı olduğunu desteklemekte; zamana bağlı biyoyararlanım değişkenliğinin toksik yanıtın şiddetini belirleyen temel mekanizmalardan biri olduğunu ortaya koymaktadır. Elde edilen sonuçlar, nanopartiküllerin çevresel ortamlardaki davranışının partikül boyutu veya yüzey özellikleriyle sınırlı kalmadığını, iyon salım hızı, çözünme dengesi ve ortam kimyası ile birlikte değerlendirilmesi gerektiğini göstermektedir. Özellikle sucul sistemlerde iyonik formun yüksek çözünürlüğü ve doğrudan biyoyararlanımı toksik etkinin daha hızlı ve belirgin ortaya çıkmasına neden olurken, karasal sistemlerde toprak matriksinin adsorpsiyon kapasitesi ve iyon mobilitesini sınırlayıcı özellikleri toksik yanıtın çevresel koşullara daha duyarlı olmasına yol açmaktadır. Bu bulgular, nanomalzemelerin ekosistemlerdeki taşınım süreçleri ile toksisite arasındaki ilişkinin bütüncül bir çerçevede ele alınmasının gerekliliğini ortaya koymaktadır. Yayın yanlılığı analizlerinde görsel asimetri gözlenmekle birlikte, Begg-Mazumdar sıra korelasyon testi istatistiksel olarak anlamlı bir yayın yanlılığına işaret etmemiştir (p=0,061). Sonuç olarak bu tez, iyonik ve nanopartikül gümüşün karşılaştırmalı ekotoksisitesine ilişkin literatürdeki dağınık bulguları istatistiksel olarak bütünleştirerek, form yapısına özgü toksisite farklılıklarını nicel düzeyde ortaya koymaktadır. Bulgular, nanomalzemelerin çevresel risk değerlendirme süreçlerinde partikül ve iyonik fraksiyonların ayrı ayrı ele alınması gerektiğini vurgulamakta; maruziyet süresinin risk karakterizasyonunda kritik bir değişken olduğunu göstermektedir. Ayrıca çalışma, deneysel tasarım standardizasyonu, maruziyet senaryolarının gerçekçi koşulları yansıtacak şekilde yapılandırılması ve nano-özgü risk değerlendirme yaklaşımlarının geliştirilmesinin önemini vurgulamaktadır. Bu yönü ile çalışma, ekotoksikoloji literatürüne metodolojik ve kavramsal düzeyde katkı sunmakta ve nanomalzemelerin güvenli tasarımı ile sürdürülebilir kullanımına yönelik bilimsel bir temel oluşturmaktadır.
Özet (Çeviri)
The increasing use of nanotechnology in industrial, medical, and agricultural applications has raised uncertainties regarding the release of engineered nanomaterials into the environment and their ecotoxicological effects. Silver nanoparticles, which have a wide range of applications due to their antimicrobial properties, can reach aquatic and terrestrial ecosystems during production, use, and disposal. However, the fact that silver nanoparticles undergo physicochemical processes such as dissolution, aggregation, surface transformation, and ion release in environmental settings complicates the distinction between the toxicity of particulate and ionic silver. Although numerous experimental studies on the toxic effects of ionic and nanoparticulate silver exist in the literature, there is high heterogeneity between studies due to different organism groups, exposure times, concentration ranges, and measurement parameters. This makes it difficult to reach consistent and generalizable conclusions regarding comparative toxicity and creates uncertainty in terms of regulatory frameworks. In this thesis, the toxic effects of ionic silver and silver nanoparticles on organisms in different ecosystem types (aquatic and terrestrial) and at different trophic levels were evaluated using a meta-analysis method, a systematic and quantitative synthesis method. A comprehensive literature review conducted according to the PRISMA approach resulted in the identification of 1,117 studies, and 11 studies were included in the meta-analysis using predefined inclusion and exclusion criteria. A total of 28 independent datasets were obtained from these studies. Toxicity data were analyzed using the standardized mean difference (SMD) method, and heterogeneity between studies was evaluated using Cochran's Q statistic and the I² index. Due to the high level of heterogeneity detected (Q=2013.040; p<0.001; I²=98.659), a random effects model was used in the analyses. Possible sources of heterogeneity were examined using subgroup and susceptibility analyses, with ecosystem type and exposure time considered as the main moderator variables. Microbial growth inhibition, oxidative stress biomarkers, and cellular damage parameters were used as indicators of toxicity. Meta-analytic findings showed that ionic silver had statistically significant and larger effect size higher toxicity compared to nanoparticle form across all ecosystems (SMD=3,268; 95% CI=1,805–4,731; p<0.001). Subgroup analyses revealed that toxicity differences were sensitive to the environmental context. In the ecosystem-based analysis, ionic silver was found to exhibit higher toxicity in both ecosystems; the effect size (6,283) was higher in the terrestrial ecosystem compared to the aquatic ecosystem (2,300). This is related to the effects of environmental matrix properties on ion mobility, binding capacity, and bioavailability. Exposure time-based analyses showed that the toxic response varied depending on temporal dynamics; Significant and high effect sizes favoring the ionic form were detected, particularly at exposures of 24–47 hours and over 72 hours. The findings support the idea that the toxicity of the nanoparticle form is significantly dependent on ion release and dissolution kinetics; revealing that time-dependent bioavailability variability is one of the key mechanisms determining the severity of the toxic response. The results demonstrate that the behavior of nanoparticles in environmental settings is not limited to particle size or surface properties, but should be evaluated in conjunction with ion release rate, dissolution equilibrium, and environmental chemistry. In aquatic systems, the high solubility and direct bioavailability of the ionic form lead to a faster and more pronounced toxic effect, while in terrestrial systems, the adsorption capacity and limiting properties of the soil matrix lead to a more sensitive toxic response to environmental conditions. These findings highlight the need for a holistic approach to the relationship between the transport processes of nanomaterials in ecosystems and their toxicity. Although visual asymmetry was observed in publication bias analyses, the Begg-Mazumdar rank correlation test did not indicate statistically significant publication bias (p=0.061). In conclusion, this thesis statistically integrates the scattered findings in the literature regarding the comparative ecotoxicity of ionic and nanoparticle silver, revealing form-structure-specific toxicity differences at the quantitative level. The findings emphasize that particle and ionic fractions should be considered separately in environmental risk assessment processes of nanomaterials; and show that exposure time is a critical variable in risk characterization. In addition, the study demonstrates that experimental design standardization and exposure scenarios reflect realistic conditions.
Benzer Tezler
- Preparation and application of poly(styrene) basedpolymeric sorbents
Poli (stiren) esaslı polimerik sorbentlerin hazırlanması veuygulaması
EBRU AKGÜL
Doktora
İngilizce
2026
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. BAHİRE FİLİZ ŞENKAL
- Mangan esaslı nanomalzemelerin sentezi ve bu malzemelerin kurşun tayini ve kadmiyum arıtım stratejilerinde kullanımları
Synthesis of manganese-based nanomaterials and their use in lead determination and cadmium treatment strategies
MİRAY ÖNER
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
KimyaYıldız Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ GÜLTEN ÇETİN
PROF. DR. SEZGİN BAKIRDERE
- Konya bölgesinde cıva maden atıklarıyla olası kirliliğin çevresel bir örnekle araştırılması
Environmental monitoring of Konya region near an abandoned mercury mine in Turkey
MEVLÜT ULUKAYA
Yüksek Lisans
Türkçe
2010
Eczacılık ve FarmakolojiGazi ÜniversitesiFarmasötik Toksikoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BENSU KARAHALİL
- Ağır metal tayini için biyosorpsiyon temelli mikrobiyal sensör geliştirilmesi
Development of biosorption based microbial sensor for heavy metal detection
ÖZLEM ALASAĞ UYKUN
- Fabrication of nanostructured metal oxide materials and their use in energy and environmental applications
Nanoyapılı metal oksit malzemelerin üretimi ve enerji ve çevre uygulamalarında kullanımı
MEHMET DURMUŞ ÇALIŞIR
Doktora
İngilizce
2020
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALİ KILIÇ