Summary
Deze studie beschreef een betrouwbaar en kosteneffectief protocol voor het verzamelen en detecteren van microplastics door het dagelijks gebruik van plastic producten.
Abstract
Microplastics (parlementsleden) worden een wereldwijde zorg vanwege het potentiële risico voor de menselijke gezondheid. Case studies van plastic producten (d.w.z. plastic bekers voor eenmalig gebruik en waterkokers) geven aan dat mp-afgifte tijdens dagelijks gebruik extreem hoog kan zijn. Het nauwkeurig bepalen van het MP-afgifteniveau is een cruciale stap om de blootstellingsbron te identificeren en te kwantificeren en de overeenkomstige risico's die uit deze blootstelling voortvloeien te beoordelen/beheersen. Hoewel protocollen voor het meten van MP-niveaus in zee of zoet water goed zijn ontwikkeld, kunnen de omstandigheden die huishoudelijke plastic producten ervaren sterk variëren. Veel kunststofproducten worden blootgesteld aan frequente hoge temperaturen (tot 100 °C) en worden tijdens dagelijks gebruik weer op kamertemperatuur gebracht. Het is daarom van cruciaal belang om een bemonsteringsprotocol te ontwikkelen dat het werkelijke dagelijkse gebruiksscenario voor elk specifiek product nabootst. Deze studie richtte zich op veelgebruikte op polypropyleen gebaseerde babyvoedingsflessen om een kosteneffectief protocol te ontwikkelen voor MP-releasestudies van veel plastic producten. Het hier ontwikkelde protocol maakt het mogelijk: 1) preventie van de potentiële verontreiniging tijdens bemonstering en detectie; 2) realistische implementatie van scenario's voor dagelijks gebruik en nauwkeurige verzameling van de parlementsleden die zijn vrijgelaten uit babyvoedingsflessen op basis van who-richtlijnen; en 3) kosteneffectieve chemische bepaling en fysische topografie mapping van parlementsleden vrijgegeven uit babyvoeding flessen. Op basis van dit protocol was het herstelpercentage met standaard polystyreen MP (diameter van 2 μm) 92,4-101,2% terwijl de gedetecteerde grootte ongeveer 102,2% van de ontworpen grootte was. Het hier beschreven protocol biedt een betrouwbare en kosteneffectieve methode voor mp-monstervoorbereiding en -detectie, wat aanzienlijk kan profiteren van toekomstige studies naar MP-afgifte van plastic producten.
Introduction
De meeste soorten kunststoffen zijn niet biologisch afbreekbaar, maar kunnen in kleine stukjes worden afgebroken als gevolg van chemische en fysische processen zoals oxidatie en mechanische wrijving1,2. Plastic stukken kleiner dan 5 mm worden geclassificeerd als microplastics (Parlementsleden). Parlementsleden zijn alomtegenwoordig en worden in bijna elke hoek van de wereld gevonden. Zij zijn een wereldwijde zorg geworden vanwege het potentiële risico voor mens en dier3,4. Tot op heden zijn significante ophopingen van parlementsleden gevonden bij vissen, vogels, insecten5,6 en zoogdieren (muis, in de darm, nier en lever7,8). Studies hebben aangetoond dat de blootstelling en accumulatie van parlementsleden het lipidenmetabolisme van muizen kan beschadigen7,8. Uit een risicobeoordeling gericht op vissen bleek dat parlementsleden van minder dan micron de bloed-hersenbarrière kunnen binnendringen en hersenschade kunnen veroorzaken9. Er zij op gewezen dat tot op heden alle mp-risicoresultaten zijn verkregen uit dierproeven, terwijl het specifieke risico voor de menselijke gezondheid nog onbekend is.
In de afgelopen twee jaar zijn de zorgen over de bedreiging van de menselijke gezondheid door het parlementslid aanzienlijk toegenomen met de bevestiging van de niveaus van menselijke blootstelling aan parlementsleden. De accumulatie van parlementsleden is gevonden in de menselijke dikke darm10, de placenta van zwangere vrouwen11 en volwassen ontlasting12. Een nauwkeurige bepaling van de afgifteniveaus van mp's is van cruciaal belang om blootstellingsbronnen te identificeren, het gezondheidsrisico te beoordelen en de efficiëntie van eventuele controlemaatregelen te evalueren. In de afgelopen jaren hebben sommige casestudies gemeld dat kunststoffen voor dagelijks gebruik (d.w.z. de plastic waterkoker13 en bekers voor eenmalig gebruik14) extreem grote hoeveelheden parlementsleden kunnen vrijgeven. Bijvoorbeeld, wegwerppapierbekers (met interieurs gelamineerd met polyethyleen-PE of copolymeerfilms), brachten ongeveer 250 micron grote parlementsleden en 102 miljoen deeltjes van submicronformaat uit in elke milliliter vloeistof na blootstelling aan 85-90 °C heet water14. Een studie van polypropyleen (PP) voedselcontainers meldde dat tot 7,6 mg plastic deeltjes uit de container vrijkomt bij eenmalig gebruik15. Nog hogere niveaus werden geregistreerd van theezakjes gemaakt van polyethyleentereftalaat (PET) en nylon, die ongeveer 11,6 miljard parlementsleden en 3,1 miljard parlementsleden ter grootte van nano vrijkwamen in een enkele kop (10 ml) van de drank16. Aangezien deze plastic producten voor dagelijks gebruik zijn ontworpen voor de bereiding van voedingsmiddelen en dranken, is het waarschijnlijk dat er grote hoeveelheden parlementsleden vrijkomen en dat de consumptie ervan een potentiële bedreiging vormt voor de menselijke gezondheid.
Studies over mp-afgifte van huishoudelijke plastic producten (d.w.z. de plastic waterkoker13 en bekers voor eenmalig gebruik14) bevinden zich in een vroeg stadium, maar de verwachting is dat dit onderwerp steeds meer aandacht zal krijgen van onderzoekers en het grote publiek. De in deze studies vereiste methoden verschillen aanzienlijk van die welke worden gebruikt in mariene of zoetwaterstudies bij kamertemperatuur waar reeds gevestigde protocollen bestaan17. Studies met betrekking tot het dagelijks gebruik van huishoudelijke plastic producten daarentegen brengen een veel hogere temperatuur (tot 100 °C) met zich mee, waarbij in veel gevallen herhaaldelijk terug wordt gefietst naar kamertemperatuur. Eerdere studies wezen erop dat kunststoffen die in contact komen met warm water miljoenen parlementsleden16,18kunnen vrijgeven . Bovendien kan het dagelijks gebruik van plastic producten na verloop van tijd de eigenschappen van het plastic zelf veranderen. Het is daarom cruciaal om een bemonsteringsprotocol te ontwikkelen dat de meest voorkomende scenario's voor dagelijks gebruik nauwkeurig nabootst. De detectie van microdeeltjes is een andere grote uitdaging. Eerdere studies wezen erop dat de afgifte van kunststofproducten door parlementsleden kleiner is dan 20 μm16,19,20. Detectie van dit soort parlementsleden vereist het gebruik van gladde membraanfilters met een kleine poriegrootte. Bovendien is het noodzakelijk om parlementsleden te onderscheiden van mogelijke verontreinigingen die door het filter worden opgevangen. Hoge gevoeligheid Raman spectroscopie wordt gebruikt voor chemische samenstelling analyse, die het voordeel van het vermijden van de noodzaak van hoge laser vermogen dat is bekend om gemakkelijk te vernietigen kleine deeltjes20. Daarom moet het protocol verontreinigingsvrije behandelingsprocedures combineren met het gebruik van optimale membraanfilters en voor een karakteriseringsmethode die snelle en nauwkeurige MP-identificatie mogelijk maakt.
De hier gerapporteerde studie richtte zich op de PP-gebaseerde babyvoedingsfles (BFB), een van de meest gebruikte plastic producten in het dagelijks leven. Er werd vastgesteld dat een groot aantal parlementsleden vrijkomt uit plastic BFB tijdens formulevoorbereiding18. Voor verder onderzoek naar mp-afgifte uit dagelijkse kunststoffen wordt hier de monstervoorbereidings- en detectiemethode voor BFB beschreven. Tijdens de monstervoorbereiding werd het door de WHO21 aanbevolen standaard formulebereidingsproces (reinigen, steriliseren en mengen) zorgvuldig gevolgd. Door de protocollen rond de WHO-richtlijnen te ontwerpen, zorgden we ervoor dat de MP-release van BBF's het voorbereidingsproces voor babyvoeding nabootste dat door ouders werd gebruikt. Het filterproces is ontworpen om de parlementsleden die zijn vrijgelaten uit BBFBs nauwkeurig te verzamelen. Voor de chemische identificatie van parlementsleden werden de arbeidsomstandigheden voor Raman-spectroscopie geoptimaliseerd om schone en gemakkelijk te identificeren spectra van parlementsleden te verkrijgen, terwijl tegelijkertijd de mogelijkheid om de doeldeeltjes te verbranden werd vermeden. Tot slot is de optimale testprocedure en toegepaste kracht ontwikkeld om een nauwkeurige 3-dimensionale topografie mapping van parlementsleden met behulp van atoomkrachtmicroscopie (AFM) mogelijk te maken. Het hier beschreven protocol (figuur 1) biedt een betrouwbare en kosteneffectieve methode voor de bereiding en detectie van MP-monsters, wat toekomstige studies van kunststofproducten aanzienlijk ten goede kan komen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Warmwaterbereiding
- Gebruik voor alle hardware die in contact komt met de monsters schoon glas van borosilicaat 3.3 om mogelijke verontreiniging te voorkomen. Maak al het glaswerk grondig schoon.
Let op:Reeds bestaande krassen of onvolkomenheden op glaswerk kunnen deeltjes afgeven tijdens het verwarmings- en schudproces. We raden gebruikers aan het glaswerk te controleren en het gebruik van het bekraste glaswerk te vermijden. Onze vergelijking van glaswerk gemaakt van verschillende glazen (zoals soda-limoen en borosilicaat) toonde aan dat borosilicaat 3.3 de laagste hoeveelheid glasdeeltjes vrijgeeft (kan worden gescreend door Raman-spectroscopie), en we raden het gebruik van borosilicaat 3.3 glaswerk in alle tests aan. - Giet 360 ml DI water in een glazen bekerglas. Bedek het bekerglas met een schone glazen schijf. Verplaats het vervolgens naar een gloednieuwe magnetron en verwarm het gedurende 2,5 minuten op volle ovenkracht. Na zachtjes schudden om eventuele temperatuurgradiënten als gevolg van ongelijkmatige verwarming te verwijderen, is de temperatuur van het water in het bekerglas 70 °C en klaar voor monstervoorbereiding.
- Bereid 95 °C water voor op BFB-sterilisatie door 1 L DI-water in glaswerk te gieten en gedurende 14 minuten in een magnetron te verwarmen.
Let op: Gebruik nooit plastic waterkokers om warm water te bereiden. De plastic waterkoker zelf geeft miljoenen parlementsleden vrij in het hete water tijdens het kookproces13.
2. MP-release tijdens formulevoorbereiding
OPMERKING: Zorgvuldig volgen van het standaard formulevoorbereidingsproces (reinigen, steriliseren en mengen) aanbevolen door de WHO21, de parlementsleden die tijdens de formulevoorbereiding uit BBFB's zijn vrijgelaten, worden in de volgende 3 stappen nagebootst.
- Verzamel gloednieuwe BFB-producten bij apotheekwinkels en maak ze grondig schoon nadat u het product uit de verpakking hebt verwijderd. Was elke BFB met wasmiddelwater (herhaal 3 keer bij kamertemperatuur-RT) en gedestilleerd water (3 keer herhaald, RT). Spoel de BFB ten slotte 3 keer af met DI-water bij RT.
Let op: Reinig de BFB niet met behulp van sonicatie. Hoewel sonicatie veel wordt gebruikt in laboratoria voor mengen en reinigen, kan de sonicatie van BFB het flesoppervlak ernstig beschadigen en mp-afgifte van PP-producten binnen 1 minuut veroorzaken. - Week de BFB in 95 °C DI water (punt 1.3) om de fles te steriliseren. Om het drijven van de BFB te voorkomen, drukt u de buitenkant van de BFB lichtjes in met een roestvrijstalen pincet en zorgt u ervoor dat het hele flessenlichaam in het water onderdompelt.
- Haal na 5 minuten de fles eruit en verplaats deze naar een schone glazen schijf. Keer tijdens de luchtdroogstap de fles op de glazen schijf om totdat er geen sporen van druppels zijn.
- Giet 180 ml heet DI-water (70 °C, vanaf punt 1.2, overeenkomstig de WHO-richtlijnen) in de luchtgedroogde fles. Bedek de fles vervolgens onmiddellijk met een glazen petrischaal en plaats deze in een schuddend bed.
- Om het formulemengproces te simuleren, schudt u de fles gedurende 60 seconden met een snelheid van 180 tpm. Na het schudden verplaatst u de fles naar een schone glasplaat en laat u deze afkoelen.
3. Monstervoorbereiding voor mp-identificatie en kwantificering
- Soniceer en spoel alle delen van het glasfilter (diameter van 25 mm, glazen trechter, gefoleerde glazen steunvoet en ontvangerkolf) grondig af met DI-water.
- Plaats een stuk goudgecoat polycarbonaat-PC membraanfilter (poriegrootte van 0,8 μm, Au-coatinglaagdikte van 40 nm) in het midden van de glazen basis.
- Monteer de glazen trechter en roestvrijstalen klem om het membraanfilter te bevestigen. Sluit ten slotte het gemonteerde glasfilter aan op een vacuümpomp (figuur 2).
Let op: Om ervoor te zorgen dat het membraan soepel op het oppervlak van de glazen basis blijft plakken, is het belangrijk om de glazen basis nat te houden. Indien nodig moeten 1-2 druppels DI-water op het oppervlak van de glazen basis worden gedropt voordat het membraanfilter wordt geplaatst.
- Meng het gekoelde watermonster voorzichtig in de BFB (uit punt 2.3) en breng vervolgens een bepaalde hoeveelheid van het watermonster over naar de glazen trechter met behulp van een glazen pipet. Schakel de vacuümpomp in zodat het watermonster langzaam door het membraanfilter kan filteren.
- Was na het filteren de binnenkant van de glazen trechter met DI-water om ervoor te zorgen dat er geen deeltjes op de trechter blijven plakken.
Let op: Om overlapping van de deeltjes op het oppervlak van het membraanfilter te voorkomen, is het belangrijk om zorgvuldig het juiste volume water te kiezen dat door het filter wordt gepasseerd. BBFBs geven een groot aantal deeltjes vrij, zodat 3-5 membraanfilters nodig zijn om het volledige volume van het watermonster te filteren.
- Was na het filteren de binnenkant van de glazen trechter met DI-water om ervoor te zorgen dat er geen deeltjes op de trechter blijven plakken.
- Koppel de vacuümpomp los en demonteer het glasfilter. Verwijder vervolgens voorzichtig het membraanfilter met een roestvrijstalen pincet en verplaats het naar een schoon afdekglas. Bevestig het membraanfilter op het afdekglas met een klein stukje papiertape. Bewaar het monster onmiddellijk in een schone glazen petrischaal.
4. Voorbeeldvoorbereiding voor AFM topografie karakterisering
- Maak een schone siliconen wafer klaar. Laat een watermonster van 50 μL (uit rubriek 2.3) op het oppervlak van de siliciumwafel vallen en droog het in een oven bij een temperatuur van ongeveer 103 °C. Herhaal dit proces als het MP-niveau in het watermonster laag is.
- Na 1 uur drogen, verplaats de wafel naar een schoon glas Petrischaal en laat het afkoelen in een desiccator.
- Nadat de wafel is afgekoeld, bewaart u het monster in een droge en schone glazen petrischaal.
5. MP-identificatie en kwantificering met behulp van Raman-spectroscopie
- Kalibreer het Raman-systeem met behulp van een nul-orde correctie en een silicium wafer. Zorg ervoor dat de pieklocatie van siliciumwafels op 520,7 cm-1 ligt en dat de piekintensiteit hoger is dan 6000 a.u. wanneer de laserintensiteit op 100% ligt.
- Stel de parameters van het Raman-systeem in om mp-spectra met een hoog signaal naar ruis te verkrijgen terwijl het branden van parlementsleden wordt vermeden. Stel het systeem als volgt in: 532 nm excitatielaser, verwijder kosmische straal, laserintensiteit van 10% (laservermogen van 0,18 mW), spectrale resolutie van1,5 cm -1,belichtingstijd van 10-20 seconden, accumulaties van 10-40 keer en spectraal bereik van20-40cm. Figuur 3 toonde typische spectra van parlementsleden met accumulatietijden van 1 s tot 400 s.
Let op: Test geen deeltjes met 100% laser direct om de snelle verbranding te voorkomen (kan in 1 minuut worden verbrand als het deeltje klein is). Gebruik lage intensiteit (10-50%) om de test eerst uit te voeren. - Plaats het filtermonster (uit punt 3.3) in het midden van de raman-monsterfase. Kies vier representatieve vlekken (2 vlekken bevinden zich in het middelste gebied, terwijl andere 2 vlekken zich dicht bij de rand van het werkgebied bevinden, figuur 3C) op het membraanfilter om de test uit te voeren (totaal testgebied ongeveer 1,5 mm2).
- Observeer en fotografeer de deeltjes op het oppervlak van het membraanfilter met behulp van een optische microscoop (100x), gevolgd door chemische identificatie met behulp van Raman-spectroscopie.
- Vergelijk het Raman-spectrum verkregen met de referentiestandaard polymeerspectra (uit bulkmateriaal van BFB en eerdere publicatie22).
- Bepaal de chemische eigenschap van de deeltjes met behulp van de intensieve pieken in het bereik van 2780-2980, 1400-1640 en 709-850 cm-1, overeenkomend met de uitrekkende trillingen van CH/CH2/CH3 en C-C-groepen geassocieerd met polymeermaterialen (figuur 3).
- Analyseer de grootte en hoeveelheid van de geïdentificeerde parlementsleden met behulp van ImageJ.
- Verkrijg de concentratie van de parlementsleden in het watermonster op basis van het geteste gebied, het totale werkgebied (227 mm2)en het bekende gefilterde monstervolume.
- Classificeer de bevestigde parlementsleden in 5 groepen in termen van de grootte: 0,8-5 μm, 5-20 μm, 20-50 μm, 50-100 μm en > 100 μm.
- Bepaal ten slotte de hoeveelheid parlementsleden in één liter watermonster op basis van het gefilterde monstervolume, het aantal geregistreerde en geteste parlementsleden in het membraanfilter.
6. MP topografische karakterisering met behulp van AFM
- Rust het AFM-systeem (NT-MDT) uit met een tapmodussonde. Kalibreer het systeem met behulp van een staphoogtestandaard (SHS). Stel het systeem in onder optimale werkomstandigheden: de scansnelheid is 1 Hz, de scangrootte is 10-50 μm, de stemfrequentie is ongeveer 160 kHz en de scanlijn is 512 pixels.
- Bevestig de siliconen wafer (uit paragraaf 4.3) op de steekproeffase van de AFM. Observeer en fotografeer de doeldeeltjes op het oppervlak van de siliciumwafel, gevolgd door chemische identificatie volgens de methode in rubriek 5.
- Schakel het systeem over naar afm-modus (de Raman spectroscopie en AFM zijn in één systeem geassembleerd) en test de topografie van geïdentificeerde parlementsleden.
- Analyseer de 3d-gegevens met behulp van Gwyddion 2.54-software. Gebruik de optie van profiel om de deeltjesafmetingen en gemiddelde hoogten te verkrijgen terwijl 3D-weergave om 3D-structuur te verkrijgen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Om dit protocol te valideren, werd het watermonster bereid door standaard polystyreen microplastic bollen (een diameter van 2,0 ± 0,1 μm) toe te voegen aan DI-water. De toegevoegde MP-hoeveelheid komt overeen met 4.500.000 deeltjes/L, wat vergelijkbaar is met het MP-afgifteniveau van BTB's. Volgens protocolsecties 2-3 werden de parlementsleden met succes verzameld (figuur 4A) en was het herstelpercentage 92,4-101,2%. Dit herstelpercentage is vergelijkbaar met een eerdere studie over parlementsleden23. Met behulp van ImageJ was de gedetecteerde diameter van standaard parlementsleden 2,04±0,08 μm (waarbij ± de standaardfout van de gemiddelde waarde vertegenwoordigt), wat ongeveer 102,2% van de ontworpen grootte is (2,0 ± 0,1 μm). Ondertussen werd de potentiële interferentie van andere soorten parlementsleden, zoals PP en PE, ook getest, maar er werd geen gevonden in deze standaard PS-watermonsters. Daarom voorkomt het ontwikkelde protocol besmetting en is het een betrouwbare test van MP-afgifte van BTB's.
Dit protocol werd gebruikt om de MP-release van acht populaire BFB-producten te testen. Figuur 4B toonde de typische parlementsleden verzameld op het oppervlak van het membraanfilter. Tijdens de chemische bepaling met behulp van Raman spectroscopie (figuur 3) werden de pieken in het bereik van 2830-2970 cm-1 steeds significanter met de toegenomen accumulatietijd. Deze pieken weerspiegelen de uitrekkende trillingen van CH/CH2/CH3-groepen, die kunnen worden gebruikt om parlementsleden te identificeren. Een groot aantal parlementsleden werd vrijgelaten tijdens het gebruik van BBF's. De niveaus van de parlementsleden varieerden van 1,31 miljoen tot 16,20 miljoen deeltjes per liter (figuur 5). Dit resultaat is 3-5 ordes van grootte hoger dan de eerder gerapporteerde niveaus van Parlementsleden in drinkwater24. Het is duidelijk dat de baby's waarschijnlijk een hoge mate van blootstelling van parlementsleden ervaren.
Figuur 6 toont de typische topografiekaarten van parlementsleden die zijn opgenomen met behulp van protocolsecties 1, 2, 4 en 6. Voor grote parlementsleden van ongeveer 8 μm zijdelingse grootte (P1 in figuur 6)is de gemiddelde dikte 0,82 μm. Voor kleinere parlementsleden met een laterale grootte van ongeveer 3 μm (P2 in figuur 6)is de dikte bijna 0,25 μm. Over het algemeen is de dikte van de parlementsleden die zijn vrijgelaten van BFB ongeveer een tiende van de laterale grootte. Het valt ook op dat de oppervlaktetextuur van parlementsleden rijk is aan hobbels en valleien ter grootte van nano, wat hun absorptiecapaciteit aanzienlijk kan vergroten. Uit eerdere studies is gebleken dat parlementsleden effectieve dragers zijn voor verontreinigende stoffen, zoals pesticiden25,26. De hier gevonden topografie van de parlementsleden levert waarschijnlijk een belangrijke bijdrage aan de hoge draagkracht van parlementsleden.
Figuur 1: Het diagram van monstervoorbereiding en -test. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Figuur 2: Montage van het glasfilter en de pomp. 1-gekoeld watermonster in BFB; 2-geassembleerd glasfilter; 3-glas transfer pipet; 4-vacuümpomp; 5- wederkerige shaker. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Figuur 3: Typische Raman spectra voor de bepaling van parlementsleden. (A) De Raman spectra van een bulkstuk van respectievelijk BFB, membraanfilter en parlementsleden op het membraanfilter. (B) De Raman spectra van één potentiële MP met verschillende acquisitietijd (1 s, 10 s, 100 s, 400 s). C) De geteste representatieve vlekken. De totale diameter van het filtermembraan is 25 mm in diameter met een echt werkgebied met een diameter van 17 mm. De vier witte dozen geven volledige representatieve plekken aan voor Raman-tests. 2 plekken bevinden zich in het middelste gebied, terwijl de andere 2 plekken dicht bij de rand van het werkgebied liggen. In totaal is het geteste gebied van de vier spots 1,5 mm2. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Figuur 4: Typisch optisch beeld van standaard PS-parlementsleden en parlementsleden die respectievelijk van BFB worden vrijgegeven. (A) Het optische beeld van standaard PS-parlementsleden. Het deeltje in de rode doos werd bevestigd als typisch PS MP. (B) Het optische beeld van MP-release van BTB's. Het deeltje in de rode doos werd bevestigd als een typisch MP. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Figuur 5: Aantal parlementsleden dat vrijkomt uit plastic BFB-producten. Tijdens het onderzoek zijn 8 populaire producten gekozen. De foutbalk geeft de standaardfout van de gemiddelde waarde aan. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Figuur 6: Typisch 3D-beeld van parlementsleden die vrijkomen van BFB. (A) AFM-beeld van typische parlementsleden die vrijkomen bij BFB. (B) Geëxtraheerde dwarsdoorsnedeprofielen van de Parlementsleden. (C) De 3D topografische afbeelding van de vrijgegeven Parlementsleden. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Hoewel de studie van parlementsleden in zee en zoet water op grote schaal is gerapporteerd en het relevante standaardprotocol is ontwikkeld17, is de studie van plastic producten voor dagelijks gebruik een belangrijk opkomend onderzoeksgebied. De verschillende omgevingsomstandigheden die huishoudelijke plastic producten ervaren, zorgen ervoor dat extra zorg en inspanningen nodig zijn om betrouwbare resultaten te verkrijgen. Het studieprotocol moet consistent zijn met de scenario's voor echt dagelijks gebruik. Sonicatie wordt bijvoorbeeld veel gebruikt in laboratoriumtests om monsters schoon te maken. Er werd echter vastgesteld dat sonicatie van 1 minuut het oppervlak van de BFB ernstig kan beschadigen, wat resulteert in niveaus van MP-release een orde van grootte hoger. Vergelijkbare polymeerbreuk als gevolg van sonicatie werd eerder ook gemeld27, wat aangeeft dat sonicatie geen geschikte reinigingsmethode is voor het bereiden van plastic monsters in MP-studies.
Bovendien moeten potentiële besmettingsbronnen worden geïdentificeerd en geëlimineerd. Waterkokers worden veel gebruikt om warm water te bereiden, wat nodig is voor de BFB-test. Een enkele kook kan echter tot 30 miljoen deeltjes per liter genereren in een plastic waterkoker13. Magnetrons zijn een contactloze methode om warm water te bereiden zodra de lokale verwarming is uitgeschakeld. Voor filtratie wordt een glazen transferpipet aanbevolen in plaats van de plastic pipet (meestal gemaakt van PP). Voor gloednieuwe PP-producten is gemeld dat een grote hoeveelheid parlementsleden aan het oppervlak is bevestigd vanwege het productieproces 15, dus er moet op worden gelet dat alle producten goed worden schoongemaakt voordat het testen begint. Kortom, de onderzoeker moet waakzaam zijn om elke procedure te vermijden die de gemeten niveaus van MP-afgifte van BTB's nadelig kan beïnvloeden.
Opgemerkt moet worden dat het protocol geen rekening kan houden met alle soorten MP-release. Door het gebruik van een filter met een poriegrootte van 0,8 μm vallen nanodeeltjes kleiner dan 0,8 μm buiten het bereik van deze methode. Bovendien volgen individuele ouders mogelijk niet de WHO-richtlijnen waarop het protocol is gebaseerd, zodat in het echte leven het niveau van de parlementsleden in voorbereide formule aanzienlijk kan verschillen van het hier gerapporteerde niveau.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteurs hebben niets bekend te maken. De presentatie van het materiaal in deze publicatie impliceert niet dat Trinity College Dublin een mening uitdraagt over specifieke bedrijven of producten van bepaalde fabrikanten en impliceert niet dat zij door Trinity College Dublin worden onderschreven, aanbevolen, bekritiseerd of anderszins in plaats van andere van vergelijkbare aard. Fouten en weglatingen uitgezonderd. Alle redelijke voorzorgsmaatregelen zijn genomen om de informatie in deze publicatie te verifiëren. Het gepubliceerde materiaal wordt echter verspreid zonder enige vorm van garantie, expliciet of impliciet. De verantwoordelijkheid voor de interpretatie en het gebruik van het materiaal ligt bij de lezer. Trinity College Dublin is in geen geval aansprakelijk voor schade die voortvloeit uit het gebruik ervan.
Acknowledgments
De auteurs waarderen de Enterprise Ireland (subsidienummer CF20180870) en Science Foundation Ireland (subsidienummers: 20/FIP/PL/8733, 12/RC/2278_P2 en 16/IA/4462) voor financiële steun. We erkennen ook financiële steun van de School of Engineering Scholarship van Trinity College Dublin en China Scholarship Council (201506210089 en 201608300005). Daarnaast waarderen we de professionele hulp van Prof. Sarah Mc Cormack en technicusteams (David A. McAulay, Mary O'Shea, Patrick L.K. Veale, Robert Fitzpatrick en Mark Gilligan enz.) van Trinity Civil, Structural and Environmental Department en AMBER Research Centre.
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).
