Summary
מחקר זה פירט פרוטוקול אמין וחסכוני לאיסוף וזיהוי מיקרופלסטיק מהשימוש היומיומי במוצרי פלסטיק.
Abstract
מיקרופלסטיק (MPs) הופך לדאגה עולמית בשל הסיכון הפוטנציאלי לבריאות האדם. מחקרי מקרה של מוצרי פלסטיק (כלומר, פלסטיק חד פעמי כוסות וקומקומים) עולה כי שחרור MP במהלך השימוש היומי יכול להיות גבוה מאוד. קביעת רמת שחרור MP במדויק היא צעד מכריע כדי לזהות ולכמת את מקור החשיפה ולהעריך / לשלוט בסיכונים המתאימים הנובעים מחשיפה זו. למרות פרוטוקולים למדידת רמות MP במים ימיים או מתוקים פותחה היטב, התנאים מנוסים על ידי מוצרי פלסטיק ביתיים יכולים להשתנות במידה רבה. מוצרי פלסטיק רבים חשופים לטמפרטורות גבוהות תכופות (עד 100 °C (60 °F) והם מקוררים בחזרה לטמפרטורת החדר במהלך השימוש היומי. לכן חיוני לפתח פרוטוקול דגימה המחקה את תרחיש השימוש היומיומי בפועל עבור כל מוצר מסוים. מחקר זה התמקד בשימוש נרחב פוליפרופילן מבוססי בקבוקי האכלה לתינוק לפתח פרוטוקול חסכוני עבור מחקרים שחרור MP של מוצרי פלסטיק רבים. הפרוטוקול שפותח כאן מאפשר: 1) מניעת זיהום פוטנציאלי במהלך דגימה וגילוי; 2) יישום מציאותי של תרחישי שימוש יומיומיים ואיסוף מדויק של חברי הפרלמנט ששוחררו מבקבוקי האכלת תינוקות על סמך הנחיות ארגון הבריאות, ו-3) קביעה כימית חסכונית ומיפוי טופוגרפיה פיזיקלית של חברי פרלמנט ששוחררו מבקבוקי האכלת תינוקות. בהתבסס על פרוטוקול זה, אחוז ההתאוששות באמצעות MP פוליסטירן סטנדרטי (קוטר של 2 מיקרומטר) היה 92.4-101.2% בעוד הגודל שזוהה היה סביב 102.2% מהגודל המתוכנן. הפרוטוקול המפורט כאן מספק שיטה אמינה וחסכונית להכנה וזיהוי מדגם MP, אשר יכול להפיק תועלת משמעותית מחקרים עתידיים של שחרור MP ממוצרי פלסטיק.
Introduction
רוב סוגי הפלסטיק אינם מתכלים אך יכולים להתפרק לחתיכות קטנות עקב תהליכים כימיים ופיזיים כגון חמצון וחיכוך מכני1,2. חתיכות פלסטיק קטנות מ-5 מ"מ מסווגות כמיקרופלסטיק (MPs). חברי פרלמנט נמצאים בכל מקום ונמצאים כמעט בכל פינה בעולם. הם הפכו לדאגה עולמית בשל הסיכון הפוטנציאלי לבני אדם וחיות בר3,4. עד כה, הצטברויות משמעותיות של חברי פרלמנט נמצאו דגים, ציפורים, חרקים5,6, כמו גם יונקים (עכבר, במעיים, בכליות ובכבד7,8). מחקרים מצאו כי חשיפה והצטברות של חברי פרלמנט יכול לפגוע בחילוף החומרים של השומנים של עכברים7,8. הערכת סיכונים המתמקדת בדגים מצאה כי חברי פרלמנט תת מיקרון יכולים לחדור את מחסום הדם למוח ולגרום נזק מוחי9. יש לציין כי עד כה כל תוצאות הסיכון של MP התקבלו ממחקרים שנעשו בבעלי חיים בעוד הסיכון הספציפי לבריאות האדם עדיין לא ידוע.
בשנתיים האחרונות, החששות לגבי האיום של חבר הפרלמנט על בריאות האדם גברו באופן משמעותי עם אישור רמות החשיפה האנושית לחברי פרלמנט. הצטברות של חברי פרלמנט נמצאה במעי הגס האנושי10, השליה של נשים בהריון11 שרפרף מבוגר12. קביעה מדויקת של רמות שחרור MP היא חיונית כדי לזהות מקורות חשיפה, להעריך את הסיכון הבריאותי ולהעריך את היעילות של כל אמצעי בקרה פוטנציאליים. בשנים האחרונות, כמה מקרי מבחן דיווחו כי פלסטיק לשימוש יומיומי (כלומר, קומקום פלסטיק13 ו כוסות חד פעמיות14) יכול לשחרר כמויות גבוהות מאוד של חברי פרלמנט. לדוגמה, כוסות נייר חד פעמיות (עם פנים למינציה עם פוליאתילן-PE או סרטי קופולימר), שוחרר כ 250 חברי פרלמנט בגודל מיקרון ו 102 מיליון חלקיקים בגודל תת מיקרון לתוך כל מיליליטר של נוזל בעקבות חשיפה 85-90 °C (70 °F) מים חמים14. מחקר של פוליפרופילן (PP) מיכלי מזון דיווח כי עד 7.6 מ"ג של חלקיקי פלסטיק משוחרר מהמכל במהלך שימוש יחיד15. רמות גבוהות עוד יותר נרשמו משקיות תה העשויות מפוליאתילן terephthalate (PET) וניילון, אשר שחררו כ 11.6 מיליארד חברי פרלמנט ו 3.1 מיליארד חברי פרלמנט בגודל ננו לתוך אחת (10 מל) של המשקה16. בהתחשב בכך שמוצרי פלסטיק אלה לשימוש יומיומי מיועדים להכנת מזון ומשקאות, שחרור כמויות גבוהות של חברי פרלמנט סביר וצריכתם היא איום פוטנציאלי על בריאות האדם.
מחקרים על שחרור MP ממוצרי פלסטיק ביתיים (כלומר, קומקום פלסטיק13 ו כוסות חד פעמיות14) נמצאים בשלב מוקדם, אך צפוי כי נושא זה יקבל תשומת לב גוברת מהחוקרים ומהציבור הרחב. השיטות הנדרשות במחקרים אלה שונות באופן משמעותי מאלה המשמשות במחקרים ימיים או מים מתוקים בטמפרטורת החדר, שבהם פרוטוקולים מבוססים כבר קיימים17. לעומת זאת, מחקרים העוסקים בשימוש יומיומי במוצרי פלסטיק ביתיים כרוכים בטמפרטורה גבוהה בהרבה (עד 100 מעלות צלזיוס), כאשר במקרים רבים רכיבה חוזרת על אופניים חזרה לטמפרטורת החדר. מחקרים קודמים הצביעו על כך שפלסטיק במגע עם מים חמים יכול לשחרר מיליוני חברי פרלמנט16,18. בנוסף, השימוש היומיומי במוצרי פלסטיק עשוי לאורך זמן לשנות את המאפיינים של הפלסטיק עצמו. לכן חיוני לפתח פרוטוקול דגימה המחקה במדויק את התרחישים הנפוצים ביותר לשימוש יומיומי. גילוי חלקיקים זעירים הוא אתגר גדול נוסף. מחקרים קודמים הצביעו על כך שחברי הפרלמנט משחררים ממוצרי פלסטיק קטנים מ-20 מיקרומטר16,19,20. זיהוי של סוגים אלה של חברי פרלמנט דורש שימוש במסנני ממברנה חלקים עם גודל נקבוביות קטן. בנוסף, יש צורך להבחין בין חברי פרלמנט מזהמים אפשריים שנתפסו על ידי המסנן. רגישות גבוהה ספקטרוסקופיה ראמאן משמש לניתוח הרכב כימי, אשר יש את היתרון של הימנעות הצורך כוח לייזר גבוה כי ידוע בקלות להרוס חלקיקים קטנים20. לפיכך, הפרוטוקול חייב לשלב נהלי טיפול ללא זיהום עם שימוש במסנני ממברנה אופטימליים ולשיטת אפיון המאפשרת זיהוי MP מהיר ומדויק.
המחקר דיווח כאן התמקד בקבוק האכלה לתינוק מבוסס PP (BFB), אחד ממוצרי הפלסטיק הנפוצים ביותר בחיי היומיום. נמצא כי מספר גבוה של חברי פרלמנט משוחררים מפלסטיק BFB במהלך הכנת נוסחה18. למחקר נוסף של שחרור MP מפלסטיק יומי, שיטת ההכנה והזיהוי לדוגמה עבור BFB מפורטת כאן. במהלך הכנת המדגם, תהליך הכנת הנוסחה הסטנדרטי (ניקוי, עיקור וערבוב) שהומלץ על ידי21 המלון היה במעקב קפדני. על ידי עיצוב הפרוטוקולים סביב הנחיות WHO, הבטחנו כי שחרור MP מ BFBs חיקה את תהליך הכנת נוסחת התינוק בשימוש על ידי ההורים. תהליך הסינון נועד לאסוף במדויק את חברי הפרלמנט ששוחררו מ-BFBs. עבור זיהוי כימי של חברי פרלמנט, תנאי העבודה של ספקטרוסקופיה ראמאן היו אופטימיזציה כדי להשיג ספקטרום נקי מזוהה בקלות של חברי פרלמנט, תוך הימנעות האפשרות של שריפת חלקיקי היעד. לבסוף, פותח הליך הבדיקה האופטימלי והכוח החל כדי לאפשר מיפוי טופוגרפיה תלת מימדי מדויק של חברי פרלמנט באמצעות מיקרוסקופיה של כוח אטומי (AFM). הפרוטוקול (איור 1) המפורט כאן מספק שיטה אמינה וחסכונית להכנת דגימת MP וזיהוי, אשר יכולה להועיל באופן משמעותי מחקרים עתידיים של מוצרי פלסטיק.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. הכנת מים חמים
- עבור כל החומרה שבאה במגע עם הדגימות, להשתמש בזכוכית נקייה עשוי borosilicate 3.3 כדי למנוע כל זיהום פוטנציאלי. לנקות ביסודיות את כל כלי הזכוכית.
זהירות: שריטות קיימות מראש או כתמי פגם על כלי זכוכית יכולים לשחרר חלקיקים במהלך תהליך החימום והרעידות. אנו מציעים למשתמשים לבדוק את כלי הזכוכית ולהימנע משימוש בכלי הזכוכית השרויים. ההשוואה שלנו של כלי זכוכית עשוי משקפיים שונים (כגון סודה-סיד ו borosilicate) הראה כי borosilicate 3.3 משחרר את הכמות הנמוכה ביותר של חלקיקי זכוכית (ניתן לסנן על ידי ספקטרוסקופיה ראמאן), ואנו ממליצים על שימוש borosilicate 3.3 כלי זכוכית בכל הבדיקות. - יוצקים 360 מל של מים DI לתוך זכוכית. מכסים את הכף בדיסק זכוכית נקי. ואז להעביר אותו לתוך מיקרוגל חדש לגמרי לחמם במשך 2.5 דקות במלוא העוצמה בתנור. לאחר רועד בעדינות כדי להסיר את כל שיפוע הטמפרטורה הפוטנציאלי עקב חימום אחיד, הטמפרטורה של המים בתוך הכומתה היא 70 מעלות צלזיוס ומוכן להכנת מדגם.
- הכן 95 °C (95 °F) מים עבור עיקור BFB על ידי שפיכת 1 L של מים DI בכלי זכוכית וחימום במיקרוגל במשך 14 דקות.
זהירות: לעולם אל תשתמש בקומקומים מפלסטיק להכנת מים חמים. קומקום הפלסטיק עצמו משחרר מיליוני חברי פרלמנט למים החמים במהלך תהליך הרתיחה13.
2. שחרור MP במהלך הכנת נוסחה
הערה: בזהירות בעקבות תהליך הכנת הנוסחה הסטנדרטי (ניקוי, עיקור וערבוב) המומלץ על ידיWHO 21, חברי הפרלמנט ששוחררו מ- BFBs במהלך הכנת הנוסחה מחקים בשלושת השלבים הבאים.
- לאסוף מוצרי BFB חדשים לגמרי מחנויות בית מרקחת ולנקות אותם ביסודיות לאחר הסרת המוצר מאריזתו. לשטוף כל BFB באמצעות מי ניקוי (לחזור 3 פעמים בטמפרטורת החדר-RT) ומים מזוקקים (חוזר על עצמו 3 פעמים, RT). לבסוף, לשטוף את BFB 3 פעמים באמצעות מים DI ב RT.
זהירות: אין לנקות את ה- BFB באמצעות sonication. למרות sonication נמצא בשימוש נרחב במעבדות לערבוב וניקוי, sonication של BFB יכול לפגוע קשות על פני השטח של הבקבוק ולגרום שחרור MP ממוצרי PP בתוך 1 דקה. - משרים את ה-BFB במי DI ב-95 מעלות צלזיוס (סעיף 1.3) כדי לעקר את הבקבוק. כדי למנוע את הציפה של BFB, לחץ מעט על החלק החיצוני של BFB באמצעות פינצטה נירוסטה ולהבטיח כי כל גוף הבקבוק טובל במים.
- לאחר 5 דקות, מוציאים את הבקבוק ומעבירים אותו לדיסק זכוכית נקי. במהלך שלב ייבוש האוויר, להפוך את הבקבוק על דיסק הזכוכית עד שאין ראיות של טיפות.
- יוצקים 180 מ"ל של מים DI חם (70 מעלות צלזיוס, מסעיף 1.2, בהתאם להנחיות WHO) לתוך הבקבוק מיובש באוויר. ואז לכסות את הבקבוק מיד באמצעות צלחת פטרי ומניחים אותו למיטה רועדת.
- כדי לדמות את תהליך ערבוב הנוסחה, יש לנער את הבקבוק במהירות של 180 סל"ד למשך 60 שניות. לאחר הרעידות, מעבירים את הבקבוק לצלחת זכוכית נקייה ומאפשרים לו להתקרר.
3. הכנה לדוגמה לזיהוי וכימות MP
- Sonicate ולשטוף ביסודיות את כל החלקים של מסנן הזכוכית (קוטר של 25 מ"מ, משפך זכוכית, בסיס תמיכה זכוכית פריטט בקבוק מקלט) באמצעות מים DI.
- מניחים חתיכת מצופה זהב פוליקרבונט-PC מסנן קרום (גודל נקבובית של 0.8 מיקרומטר, עובי שכבת ציפוי Au של 40 ננומטר) באמצע בסיס זכוכית.
- להרכיב את משפך זכוכית מהדק נירוסטה כדי לתקן את מסנן הממברנה. לבסוף חברו את מסנן הזכוכית שהורכב למשאבת ואקום (איור 2).
זהירות: כדי להבטיח כי הממברנה נדבקת בצורה חלקה על פני השטח של בסיס הזכוכית חשוב לשמור על בסיס הזכוכית רטוב. במידת הצורך, 1-2 טיפות של מים DI צריך להיות ירד על פני השטח של בסיס הזכוכית לפני הנחת למטה מסנן הממברנה.
- מערבבים בזהירות את דגימת המים הקרירים ב- BFB (מסעיף 2.3), ולאחר מכן מעבירים כמות מסוימת של דגימת המים למשפך הזכוכית באמצעות פיפטה מזכוכית. הפעל את משאבת ואקום כדי לאפשר מדגם המים לסנן דרך מסנן הממברנה לאט.
- לאחר הסינון, לשטוף את הפנים של משפך הזכוכית באמצעות מים DI כדי להבטיח כי אין חלקיקים דבק על המשפך.
זהירות: כדי למנוע את החפיפה של החלקיקים על פני השטח של מסנן הממברנה, חשוב לבחור בקפידה את נפח המים הנכון המועבר דרך המסנן. BFBs לשחרר מספר גדול של חלקיקים, כך 3-5 מסנני ממברנה נדרשים כדי לסנן את כל נפח דגימת המים.
- לאחר הסינון, לשטוף את הפנים של משפך הזכוכית באמצעות מים DI כדי להבטיח כי אין חלקיקים דבק על המשפך.
- נתק את משאבת הוואקום ופרק את מסנן הזכוכית. ואז בזהירות להוציא את מסנן הממברנה באמצעות פינצטה נירוסטה ולהעביר אותו לזכוכית כיסוי נקי. תקן את מסנן הממברנה על זכוכית הכיסוי באמצעות פיסת נייר קטנה. מיד לאחסן את המדגם בצלחת פטרי זכוכית נקייה.
4. הכנה לדוגמה לאפיון טופוגרפיה של AFM
- הכינו רקיק סיליקון נקי. זרוק דגימת מים 50 μL (מסעיף 2.3) על פני השטח של רקיק הסיליקון ולייבש אותו בתנור בטמפרטורה של סביב 103 מעלות צלזיוס. חזור על תהליך זה אם רמת MP במדגם המים נמוכה.
- לאחר שעה של ייבוש, מעבירים את הוופל לצלחת פטרי מזכוכית נקייה ומאפשרים לו להתקרר בייבוש.
- לאחר קירור הוופל, יש לאחסן את הדגימה בצלחת פטרי זכוכית יבשה ונקייה.
5. זיהוי וכימות MP באמצעות ספקטרוסקופיה ראמאן
- כייל את מערכת ראמאן באמצעות תיקון מסדר אפס וופל סיליקון. ודא כי מיקום השיא של רקיק סיליקון הוא ב 520.7 ס"מ-1 וכי עוצמת השיא גבוהה מ 6000 a.u. כאשר עוצמת הלייזר היא ב 100%.
- הגדר את הפרמטרים של מערכת ראמאן כדי להשיג ספקטרום גבוה של אות לרעש MP תוך הימנעות משריפת חברי פרלמנט. הגדר את המערכת כדלקמן: לייזר עירור 532 ננומטר, להסיר קרן קוסמית, עוצמת לייזר של 10% (כוח לייזר של 0.18 mW), רזולוציה ספקטרלית של 1.5 ס"מ-1,זמן חשיפה של 10-20 שניות, הצטברויות של 10-40 פעמים וטווח ספקטרלי של 200-3200 ס"מ-1. איור 3 הראה ספקטרום אופייני של חברי פרלמנט עם זמני הצטברות של 1 s עד 400 s.
זהירות: אין לבדוק חלקיקים באמצעות לייזר 100% ישירות כדי למנוע צריבה מהירה (ניתן לשרוף תוך דקה אם החלקיק קטן). השתמש בעוצמה נמוכה (10-50%) כדי לבצע את הבדיקה קודם. - מקם את דוגמת המסנן (מסעיף 3.3) באמצע שלב הדגימה של ראמאן. בחר ארבעה מקומות מייצגים (2 נקודות נמצאות באזור האמצעי בעוד ש-2 נקודות אחרות קרובות לקצה אזור העבודה, איור 3C)במסנן הממברנה כדי לבצע את הבדיקה (שטח בדיקה כולל סביב 1.5 מ"מ2).
- שים לב וצלם את החלקיקים על פני השטח של מסנן הממברנה באמצעות מיקרוסקופ אופטי (100x) ואחריו זיהוי כימי באמצעות ספקטרוסקופיה ראמאן.
- השווה את ספקטרום ראמאן המתקבל ספקטרום פולימר סטנדרטי הפניה (מחומר בתפזורת של BFB ופרסום קודם22).
- לקבוע את המאפיין הכימי של החלקיקים באמצעות הפסגות האינטנסיביות בטווח של 2780-2980, 1400-1640 ו- 709-850 ס"מ-1, בהתאם לתנודות המתיחה של קבוצות CH/CH2/CH3 ו- C-C הקשורות לחומרי פולימר (איור 3).
- נתח את הגודל והכמות של חברי הפרלמנט שזוהו באמצעות ImageJ.
- השג את ריכוז חברי הפרלמנט במדגם המים בהתבסס על האזור שנבדק, שטח העבודה הכולל (227 מ"מ2)ונפח הדגימה המסונן הידוע.
- לסווג את חברי הפרלמנט שאושרו לתוך 5 קבוצות במונחים של הגודל: 0.8-5 מיקרומטר, 5-20 מיקרומטר, 20-50 מיקרומטר, 50-100 מיקרומטר > 100 מיקרומטר.
- לבסוף, קבע את כמות חברי הפרלמנט בליטר אחד של דגימת מים בהתבסס על נפח הדגימה המסונן, מספר חברי הפרלמנט שתועדו ונבדקו באזור של מסנן הממברנה.
6. אפיון טופוגרפי של MP באמצעות AFM
- צייד את מערכת AFM (NT-MDT) בבדיקה של מצב הקשה. כייל את המערכת באמצעות תקן גובה צעד (SHS). הגדר את המערכת בתנאי עבודה אופטימליים: קצב הסריקה הוא 1 הרץ, גודל הסריקה הוא 10-50 מיקרומטר, תדר הכוונון הוא סביב 160 kHz, וקו הסריקה הוא 512 פיקסלים.
- תקן את רקיק הסיליקון (מסעיף 4.3) בשלב הדגימה של AFM. שימו לב וצילמו את חלקיקי המטרה על פני השטח של רקיק הסיליקון, ואחריו זיהוי כימי באמצעות השיטה בסעיף 5.
- העבר את המערכת למצב AFM (ספקטרוסקופיית ראמאן ו- AFM מורכבים במערכת אחת) ובדוק את הטופוגרפיה של חברי פרלמנט מזוהים.
- לנתח את הנתונים 3D באמצעות תוכנת Gwydion 2.54. השתמשו באפשרות הפרופיל להשגת מידות החלקיקים והגבהים הממוצעים בתצוגת תלת-ממד להשגת מבנה תלת-ממדי.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
כדי לאמת פרוטוקול זה, דגימת המים הוכנה על ידי הוספת כדורי מיקרופלסטיק פוליסטירן סטנדרטיים (קוטר של 2.0 ± 0.1 מיקרומטר) למים DI. כמות MP הוסיף תאם 4,500,000 חלקיקים / L, אשר דומה לרמת שחרור MP מ BFBs. בעקבות סעיפי פרוטוקול 2-3 נאספו חברי הפרלמנט בהצלחה (איור 4A) ושיעור ההחלמה היה 92.4-101.2%. שיעור התאוששות זה דומה למחקר קודם על חברי פרלמנט23. באמצעות ImageJ, הקוטר שזוהה של חברי פרלמנט סטנדרטיים היה 2.04±0.08 מיקרומטר (כאשר ± מייצג שגיאת תקן של הערך הממוצע), שהוא סביב 102.2% מהגודל המתוכנן (2.0 ± 0.1 מיקרומטר). בינתיים, ההפרעה הפוטנציאלית מסוגים אחרים של חברי פרלמנט, כגון PP ו- PE, נבדקה גם היא, אך אף אחת מהן לא נמצאה בדגימות מים סטנדרטיות אלה של PS. לפיכך, הפרוטוקול שפותח מונע זיהום והוא מבחן אמין של שחרור MP מ BFBs.
פרוטוקול זה שימש לבדיקת שחרור MP משמונה מוצרי BFB פופולריים. איור 4B הראה את חברי הפרלמנט הטיפוסיים שנאספו על פני השטח של מסנן הממברנה. במהלך הקביעה הכימית באמצעות ספקטרוסקופיית ראמאן (איור 3), הפסגות בטווח של 2830-2970 ס"מ-1 הפכו משמעותיות יותר ויותר עם זמן ההצטברות המוגבר. פסגות אלה משקפות את התנודות המתוחות של קבוצות CH/CH2/CH3, בהן ניתן להשתמש כדי לזהות חברי פרלמנט. מספר גבוה של חברי פרלמנט שוחררו במהלך השימוש ב- BFBs. רמות חברי הפרלמנט נעו בין 1.31 מיליון ל-16.20 מיליון חלקיקים לליטר (איור 5). תוצאה זו היא 3-5 סדרי גודל גבוהים יותר מאשר רמות שדווחו בעבר של חברי פרלמנט במי שתייה24. ניכר כי התינוקות צפויים לחוות רמות גבוהות של חשיפה לחברי פרלמנט.
איור 6 מציג את מפות הטופוגרפיה האופייניות של חברי פרלמנט שתועדו באמצעות מקטעי פרוטוקול 1, 2, 4 ו- 6. עבור חברי פרלמנט גדולים בגודל רוחבי של כ-8 מיקרומטר (P1 באיור 6),העובי הממוצע הוא 0.82 מיקרומטר. עבור חברי פרלמנט קטנים יותר בגודל רוחבי של כ-3 מיקרומטר (P2 באיור 6),העובי קרוב ל-0.25 מיקרומטר. באופן כללי, עובי חברי הפרלמנט ששוחררו מ-BFB הוא כעשירית מהגודל לרוחב. זה גם מורגש כי מרקם פני השטח של חברי פרלמנט עשיר בליטות בגודל ננו ועמקים, אשר יכול להגדיל באופן משמעותי את יכולת הספיגה שלהם. מחקרים קודמים מצאו כי חברי פרלמנט הם נשאים יעילים עבור מזהמים, כגון חומרי הדברה25,26. הטופוגרפיה הנצפית של חברי הפרלמנט שנמצאו כאן היא ככל הנראה תורמת חשובה ליכולת הנשיאה הגבוהה של חברי הפרלמנט.
איור 1: הדיאגרמה של הכנה ובדיקה לדוגמה.
איור 2: הרכבה של מסנן הזכוכית והמשאבה. מסנן זכוכית דו-מורכב; פיפטה העברת 3 זכוכית; משאבת 4 ואקום; 5- שייקר הדדי. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 3: ספקטרום ראמאן טיפוסי לקביעת חברי פרלמנט. (A) ספקטרום ראמאן של חתיכה בתפזורת מ BFB, מסנן קרום וחברי פרלמנט על מסנן הממברנה, בהתאמה. (ב) ספקטרום ראמאן של חבר פרלמנט פוטנציאלי אחד עם זמן רכישה שונה (1 s, 10 s, 100 s, 400 s). (ג) המקומות הייצוגיים שנבדקו. הקוטר הכולל של קרום המסנן הוא 25 מ"מ קוטר עם אזור עבודה אמיתי בקוטר 17 מ"מ. ארבע הקופסאות הלבנות מצביעות על נקודות נציגות מלאות לבדיקת ראמאן. 2 כתמים נמצאים באזור האמצעי בעוד 2 המקומות האחרים קרובים לקצה אזור העבודה. בסך הכל, השטח שנבדק של ארבעת המקומות הוא 1.5 מ"מ2. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 4: תמונה אופטית אופיינית של חברי פרלמנט וחברי פרלמנט סטנדרטיים של PS משחררים מ- BFB, בהתאמה. (א) התמונה האופטית של חברי פרלמנט PS סטנדרטיים. החלקיק בתוך הקופסה האדומה אושר כחבר פרלמנט טיפוסי. (ב) התמונה האופטית של שחרור MP מ BFBs. החלקיק בתוך הקופסה האדומה אושר כחבר פרלמנט טיפוסי. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 5: כמות חברי הפרלמנט ששוחררו ממוצרי BFB מפלסטיק. סרגל השגיאות מציין את שגיאת התקן של הערך הממוצע. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 6: תמונה תלת-ממדית אופיינית של חברי פרלמנט ששוחררו מ- BFB. (א) תמונת AFM של חברי פרלמנט טיפוסיים ששוחררו מ- BFB. (ב) פרופילי חתך שחולצו של חברי הפרלמנט. (ג) התמונה הטופוגרפית תלת-ממדית של חברי הפרלמנט ששוחררו.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
למרות המחקר של חברי פרלמנט במים ימיים וטריים דווח בהרחבה ואת הפרוטוקול הסטנדרטי הרלוונטי פותחה17, המחקר של מוצרי פלסטיק לשימוש יומיומי הוא אזור מחקר חשוב המתעוררים. התנאים הסביבתיים השונים שחווים מוצרי פלסטיק ביתיים פירושם שנדרשים טיפול נוסף ומאמצים כדי להשיג תוצאות אמינות. פרוטוקול המחקר חייב להיות עקבי עם תרחישי השימוש היומיומיים האמיתיים. לדוגמה, sonication נעשה שימוש נרחב בבדיקות מעבדה כדי לנקות דגימות. עם זאת, נמצא כי 1 sonication דקה יכול לפגוע קשות פני השטח של BFB, וכתוצאה מכך רמות של MP לשחרר סדר גודל גבוה יותר. שבירה פולימרית דומה עקב sonication דווח גם בעבר27, אשר מציין כי sonication אינה שיטת ניקוי מתאימה להכנת מדגם פלסטיק במחקרים MP.
בנוסף, מקורות זיהום פוטנציאליים חייבים להיות מזוהים ומסולקים. קומקומים נמצאים בשימוש נרחב להכנת מים חמים, אשר הכרחי לבדיקת BFB. עם זאת, רתיחה אחת יכולה לייצר עד 30 מיליון חלקיקים לליטר בקומקום פלסטיק13. תנורי מיקרוגל הם שיטה ללא מגע להכנת מים חמים לאחר הטיפול נלקח כדי לחסל את החימום המקומי. לסינון, פיפטה העברת זכוכית מומלץ ולא אחד פלסטיק (בדרך כלל עשוי PP). עבור מוצרי PP חדשים לגמרי, דווח כי כמות גבוהה של חברי פרלמנט מחוברת אל פני השטח בשל תהליך הייצור 15 ולכן יש לנקוט בזהירות כדי לנקות כראוי את כל המוצרים לפני תחילת הבדיקה. לסיכום, החוקר חייב להיות ערני כדי למנוע כל הליך שיכול להשפיע לרעה על רמות נמדד של שחרור MP מ BFBs.
יש לציין כי הפרוטוקול אינו יכול להסביר את כל סוגי מהדורת MP. בשל השימוש במסנן עם גודל נקבובית 0.8 מיקרומטר, חלקיקים קטנים מ 0.8 מיקרומטר הם מעבר להיקף של שיטה זו. בנוסף, הורים בודדים עשויים שלא לפעול על פי הנחיות WHO שעליהן מבוסס הפרוטוקול, כך שבחיים האמיתיים רמת חברי הפרלמנט בנוסחה מוכנה יכולה להיות שונה באופן משמעותי מזה שדווח כאן.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
למחברים אין מה לחשוף. הצגת החומר בפרסום זה אינה מרמזת על הבעת דעה כלשהי מצד טריניטי קולג ' דבלין על חברות ספציפיות או על מוצרי יצרנים מסוימים ואינה מרמזת על כך שהם מאושרים, מומלצים, מותחים ביקורת או בכל דרך אחרת על ידי טריניטי קולג 'דבלין בהעדפה לאחרים בעלי אופי דומה. שגיאות והשמטות למעט. כל אמצעי הזהירות הסבירים ננקטו כדי לאמת את המידע הכלול בפרסום זה. עם זאת, החומר שפורסם מופץ ללא אחריות מכל סוג שהוא, מפורשת או משתמעת. האחריות לפרשנות ולשימוש בחומר מוטלת על הקורא. בשום מקרה טריניטי קולג' דבלין לא תהיה אחראית לנזקים הנובעים מהשימוש בה.
Acknowledgments
המחברים מעריכים את אירלנד הארגונית (מספר מענק CF20180870) ואת קרן המדע אירלנד (מספרי מענקים: 20/FIP/PL/8733, 12/RC/2278_P2 ו- 16/IA/4462) לתמיכה כספית. אנו גם מכירים בתמיכה כספית מבית הספר להנדסה של מלגת טריניטי קולג ' דבלין ומועצת המלגות של סין (201506210089 201608300005). בנוסף, אנו מעריכים את העזרה המקצועית של פרופ' שרה מק'קורמק וצוותי טכנאים (דיוויד א. מקולי, מרי אושיאה, פטריק ל.ק. ויל, רוברט פיצפטריק ומארק גיליגן וכו') מהמחלקה האזרחית, המבנית והסביבתית של טריניטי ומרכז המחקר אמבר.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| AFM cantilever | NANOSENSORS | PPP-NCSTAuD-10 | To obtain three-dimensional topography of PP MPs |
| Atomic force microscope | Nova | NT-MDT | To obtain three-dimensional topography of PP MPs |
| Detergent | Fairy Original | 1015054 | To clean the brand-new product |
| Gold-coated polycarbonate-PC membrane filter-0.8 um | APC, Germany | 0.8um25mmGold | To collect microplastics in water and benefit for Raman test |
| Gwyddion software | Gwyddion | Gwyddion2.54 | To determine MPs topography |
| ImageJ software | US National Institutes of Health | No, free for use | To determine MPs size |
| Microwave oven | De'longhi, Italy | 815/1195 | Hot water preparation |
| Optical microscope, x100 | Mitutoyo, Japan | 46-147 | To find and observe the small MPs |
| Raman spectroscopy | Renishaw | InVia confocal Raman system | To checmically determine the PP-MPs |
| Shaking bed-SSL2 | Stuart, UK | 51900-64 | To mimic the mixing process during sample preparaton |
| Standard polystyrene microplastic spheres | Polysciences, Europe | 64050-15 | To validate the robusty of current protocol |
| Tansfer pipette with glass tip | Macro, Brand | 26200 | To transfer water sample to glass filter |
| Ultrasonic cleaner | Witeg, Germany | DH.WUC.D06H | To clean the glassware |
| Vacuum pump | ILMVAC GmbH | 105697 | To filter the water sample |
References
- Law, K. L., Thompson, R. C.
- Thompson, R. C., et al. Lost at sea: where is all the plastic. Science. 304 (5672), 838 (2004).
- Coburn, C. Microplastics and gastrointestinal health: how big is the problem. The Lancet Gastroenterology & Hepatology. 4 (12), 907 (2019).
- The Lancet Planetary Health. Microplastics and human health-an urgent problem. The Lancet Planetary Health. 1 (7), 254 (2017).
- Foley, C. J., Feiner, Z. S., Malinich, T. D., Höök, T. O. A meta-analysis of the effects of exposure to microplastics on fish and aquatic invertebrates. Science of the Total Environment. 631, 550-559 (2018).
- Chae, Y., An, Y. -J. Effects of micro-and nanoplastics on aquatic ecosystems: Current research trends and perspectives. Marine Pollution Bulletin. 124 (2), 624-632 (2017).
- Lu, L., Wan, Z., Luo, T., Fu, Z., Jin, Y. Polystyrene microplastics induce gut microbiota dysbiosis and hepatic lipid metabolism disorder in mice. Science of the total environment. 631, 449-458 (2018).
- Yang, Y. -F., Chen, C. -Y., Lu, T. -H., Liao, C. -M. Toxicity-based toxicokinetic/toxicodynamic assessment for bioaccumulation of polystyrene microplastics in mice. Journal of Hazardous Materials. 366, 703-713 (2019).
- Mattsson, K., et al. Brain damage and behavioural disorders in fish induced by plastic nanoparticles delivered through the food chain. Scientific Reports. 7 (1), 11452 (2017).
- Ibrahim, Y. S., et al. Detection of microplastics in human colectomy specimens. JGH Open. , (2021).
- Ragusa, A., et al. Plasticenta: First evidence of microplastics in human placenta. Environment International. 146, 106274 (2021).
- Schwabl, P., et al. Detection of various microplastics in human stool: a prospective case Series. Annals of Internal Medicine. 171 (7), 453-457 (2019).
- Sturm, M. T., Kluczka, S., Wilde, A., Schuhen, K. Determination of particles produced during boiling in differenz plastic and glass kettles via comparative dynamic image analysis using FlowCam. Analytik News. , (2019).
- Ranjan, V. P., Joseph, A., Goel, S. Microplastics and other harmful substances released from disposable paper cups into hot water. Journal of Hazardous Materials. 404, 124118 (2020).
- Fadare, O. O., Wan, B., Guo, L. -H., Zhao, L. Microplastics from consumer plastic food containers: Are we consuming it. Chemosphere. 253, 126787 (2020).
- Hernandez, L. M., et al. Plastic teabags release billions of microparticles and nanoparticles into tea. Environmental Science & Technology. 53 (21), 12300-12310 (2019).
- Frias, J., et al. Standardised protocol for monitoring microplastics in sediments. Deliverable 4.2. , (2018).
- Li, D., et al. Microplastic release from the degradation of polypropylene feeding bottles during infant formula preparation. Nature Food. , (2020).
- Imhof, H. K., et al. Pigments and plastic in limnetic ecosystems: A qualitative and quantitative study on microparticles of different size classes. Water Research. 98, 64-74 (2016).
- Oßmann, B. E., et al. Small-sized microplastics and pigmented particles in bottled mineral water. Water Research. 141, 307-316 (2018).
- World Health Organization. How to prepare formula for bottle-feeding at home. World Health Organization. , (2007).
- Käppler, A., et al. Analysis of environmental microplastics by vibrational microspectroscopy: FTIR, Raman or both. Analytical and Bioanalytical Chemistry. 408 (29), 8377-8391 (2016).
- Zhao, S., Danley, M., Ward, J. E., Li, D., Mincer, T. J. An approach for extraction, characterization and quantitation of microplastic in natural marine snow using Raman microscopy. Analytical Methods. 9 (9), 1470-1478 (2017).
- World Health Organization.
- Sunta, U., Prosenc, F., Trebše, P., Bulc, T. G., Kralj, M. B. Adsorption of acetamiprid, chlorantraniliprole and flubendiamide on different type of microplastics present in alluvial soil. Chemosphere. 261, 127762 (2020).
- Gong, W., et al. Comparative analysis on the sorption kinetics and isotherms of fipronil on nondegradable and biodegradable microplastics. Environmental Pollution. 254, 112927 (2019).
- Wong, M., Moyse, A., Lee, F., Sue, H. -J. Study of surface damage of polypropylene under progressive loading. Journal of Materials Science. 39 (10), 3293-3308 (2004).
